自动控制原理第六版课件-第一章资料讲解

自动控制原理第六版课件-第一章一、课程的主要内容控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统、离散系统、非线性系统等（教材前八章内容）。二、课程的内容重点数学模型、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统等。三、相关课程

先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、电子技术等；

后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论等。四、学习要求1、坚持及时预习、复习；2、独立完成作业、实验与实验报告AutomaticControlTheory第一章自动控制的一般概念1.1引言

1、理论形成的背景

1765年，瓦特发明蒸汽机，工业与军事的需要，电子技术的发展，···，推动了控制理论的不断地向前发展。2、创建控制理论代表人物：维纳（Wiener）、劳斯（Routh)、胡尔维茨（Hurwitz）、伯德（H.W.Bode）、奈奎斯特（Nyquist）、李雅普诺夫（Ляпунов）、扎德(Zadeh)、傅京孙等.AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念3、问题的提出（1）人类社会进步的需要（2）科学技术发展的需要①减轻劳动强度；②提高劳动效率简单复杂低级高级手动自动AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.2

自动控制理论的发展1.经典控制理论(20世纪40~60年代):

研究对象:单输入单输出(SISO)、线性定常系统;

研究方法:传递函数、根轨迹、频率特性2.现代控制理论(20世纪60~70年代):

研究对象:多输入多输出(MIMO)、非线性、时变系统;

研究方法:状态空间法.3.智能控制与大系统理论(20世纪70年代~):

研究对象:多输入多输出(MIMO)、非线性、时变复杂系统;

研究方法:模糊规则、神经网络模型与算法等智能方法.

AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.3本章的重点、难点与考点一、重点：控制系统基本概念的理解、闭环（反馈）系统的特征、方框图的绘制、工作原理分析二、难点：系统方框图的绘制、工作原理分析三、考点：1、基本概念

*2、控制系统方框图的绘制、工作原理分析AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.4自动控制的基本概念

1、重要概念1).自动控制:指在没有人直接参与的情况下,利用控制器(控制装置),使被控对象(或过程)的被控量(物理量或状态)自动地按照预定的规律运行.(1).控制器(控制装置)除去被控对象以外的具有测量、计算、放大和执行功能的部分;(2).被控对象(或过程)被控制的具体的机器设备、生产过程.是系统的主体.2).自动控制系统:指承担控制任务的被控对象和控制装置的总体.AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念被控对象自动控制系统给定元件、测量元件、控制装置比较元件、放大元件、

执行元件、校正元件3).负反馈控制(原理):将系统的被控量(/输出)反送到输入端与给定量(/输入)相比较,并利用所得到的偏差信号来引起控制器产生控制量进行控制,以减小或消除偏差.其实质是:按偏差进行控制.2、常用概念控制对象(过程)、控制器(控制装置)、系统、输出(被控量)、输入(给定)、操作量(控制量)、扰动(量)、(静态/动态)特性等.AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.5基本控制方式

1.开环控制:指系统的输出量对系统不产生控制作用的控制方式.开环控制有两种情形：1）按给定值控制;输出输入控制器被控对象2）按扰动补偿控制(/顺馈控制)输入控制器被控对象补偿环节扰动输出AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念2.闭环控制(/反馈控制):指系统的输出信号对系统的控制作用有直接影响的控制方式.

输出检测元件输入控制器被控对象3.复合控制:指闭环控制与开环控制相结合的控制方式.或者说,是偏差控制和顺馈控制相结合的控制方式.复合控制亦有两种情形:

1）附加给定输入补偿;2）附加扰动输入补偿AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念

1）附加给定输入补偿;

2）附加扰动输入补偿G2(s)Gr(s)G1(s)由于前馈补偿装置Gr(s)引入，相当于在系统中增加了一个输入信号Gr(s)R(s)，如果Gr(s)选取合适，则可使它产生的误差信号与R(s)产生的误差信号相比，大小相等、方向相反，实现全补偿。选择合适的Gn(s)对输出进行补偿，以抵消因为N(s)通过G2（s)对C(s)的影响。AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1）按给定值控制输出输入G1(s)G2(s)2）按扰动控制4.

比较“开环控制”与“复合控制”G2(s)Gr(s)G1(s)输入G1(s)G2(s)Gn(s)扰动输出AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.6

自动控制系统的分类及基本组成1.分类:要求掌握方法.尤其是线性与非线性系统的分类.1.7

对控制系统的基本要求1.“稳”定性:基本要求.稳定裕度(h,γ)要合理;2.基本组成:要求掌握各元件的作用及其在系统中的相对位置.2.“快”速性:动态要求.超调量σ要小,调节时间ts要短;3.“准”确性:稳态要求.稳态误差ess要小.1.8

自动控制系统的分析与设计主要分析工具：Matlab平台AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念1.9

系统分析（1）、请在图中标示出a、b、c、d

应怎样连接才能成为负反馈系统？（2）、试画出系统的方框图，并简要分析系统的工作原理。例题1：

下图是一电动机转速控制系统工作原理图：KM+E

给定ur

放大器触发器

整流器电抗器电动机负载

测速发电机

abc+ufd–ua

n解：⑴、a与d，b与c分别相连，即可使系统成为负反馈系统；⑵、系统方框图为：AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念uf△un给定ur放大器触发器整流器电动机负载测速发电机例题2：

教材Page3之图1-2龙门刨床速度控制系统.uKu0uautAutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念例题3：下图是一电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，并指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。(习题1-5)

解：⑴、系统工作过程及各部件的作用（略）；⑶、系统方框图为：⑵、被控对象：电动机；被控量：电动机转速；AutomaticControlTheory§1.自动控制的一般概念解：⑴、系统工作过程及各部件的作用（略）；⑶、系统方框图为：⑵、被控对象：电炉；被控量：电炉炉温；uf△uT给定ur放大器调压器电阻丝电炉