自控1-2讲-使用版

自动控制原理大连理工大学城市学院2012年3月《自动控制原理》参考教材1>

《自动控制原理》

胡寿松顾树生、王建辉

孟华2>ModernControlEngineering课程考核72学时（64

+8），4.5学分，必修课实验（10%）小测验（10%）期中考试（10%）

期末70%：闭卷考试平时30%：3交通工具自动控制到底有什么用？

4机电设备自动控制到底有什么用？

5航天科技自动控制到底有什么用？

中巴资源卫星

哈勃望远镜－特殊地卫星

制导导弹

6学完这门课程后，你可以获得什么知识或者能力？1.什么是自动控制？

————定义，基础理论2.自动控制具有什么好处和特点

————

分析方法3.如何实现自动控制？————设计与实现7课程内容第1章引论第2章线性系统的数学模型第3章控制系统的时域分析第4章根轨迹法第5章控制系统的频域分析第8章采样控制系统8

引言：自动控制理论发展概述

§1.1开环控制和闭环控制

§1.2自动控制的组成及术语

§1.3自动控制系统的类型

§1.4自动控制系统性能的基本要求

§1.5常用的典型的输入信号

§1.6控制系统实例第一章引论

9引言：自动控制理论发展概述-发展简史经典控制理论

(20世纪初)

时域法复域法(根轨迹法)

频域法现代控制理论

(20世纪60-70年代)

线性系统自适应控制最优控制鲁棒控制最佳估计容错控制系统辨识集散控制

智能控制理论

(20世纪80年代)

专家系统大系统复杂系统模糊控制神经网络遗传算法101.自动化的发展历史公元前我国的自动计时漏壶公元132年张衡研制的候风地动仪11公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车

121788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器

131954年第一台工业机器人

1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功14

例：储水槽的液位人工控制控制任务：储水槽液位稳定不变一、引出问题：什么是自动控制人工直接参与15人工直接参与

和

自动控制16

1.控制过程自动控制过程方块图：172.自动控制Automation18

在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械或生产过程（被控对象）的某一个或多个物理量（被控量）准确地按照预定的要求规律变化。自动控制的目的提高劳动生产率和产品质量；改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生活质量等。

19国防：人造卫星等；

工业：起重机，数控车床等；人体系统：体温、心跳、眼球等；日常生活：冰箱温度、风扇、电梯等。

自动控制的应用20※3

自动控制系统

Automaticcontrolsystem21为了实现各种复杂的控制任务，将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体的系统。通过控制器使被控对象按照预定的规律运行的系统。作用：是研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论；是研究自动控制过程共同规律的技术学科特点：理性，数学基础二、课程的作用及特点22电力电子技术、模拟电路数字电路单片机、计算机控制技术、电路、PLC电机与拖动、电气控制普通物理、高等数学检测技术、信号处理整个系统的设计与校正——自动控制原理学习自动控制需了解哪些课程？

23

1.开环控制

2.闭环控制

3.复合控制

1.1系统的控制方式自动控制系统基本控制方式241.※开环控制（系统）无被控量反馈的控制系统—Openloopcontrol

系统输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。被控对象25开环控制系统特点控制简单，成本低；无法自动补偿，抗干扰能力差；控制精度难以保证。26用于自动化流水线控制，如包装机等。生活中的开环控制实例272.※

闭环控制（反馈控制）（系统）系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端。--closedloopcontrol(feedbackcontrol)

系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统。28闭环控制系统特点输出信号反馈到输入端—闭合—结构复杂，成本提高；利用偏差实现动态调节；控制精度高。由于反馈的存在，使系统可能出现“振荡”；29※※反馈控制原理在反馈控制系统中，控制器对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息；而反馈信息则用来不断的修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的目的。——偏差控制30生活中的开环和闭环控制实例对比31※开环控制和闭环控制特点对比闭环控制

开环控制特点对比精度要求有无反馈抗干扰能力

适用场合

有无高低差强系统结构参数稳定，扰动信号较弱

没有要求32干扰补偿的复合控制系统方框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量前馈补偿开环控制和闭环控制相结合的系统。

33

3.复合控制(系统)4.控制方式选择预知输入量的变化规律，干扰参数变化少——高精度、有干扰——复合开环、闭环控制——开环闭环复合34例:人取书的反馈控制过程方框图以此例思考系统的组成351.控制任务：

例:人取书的反馈控制过程的组成2.被控量：5.测量反馈：3.被控对象：人手的位置达到书的位置人手的位置人手或者手臂人的大脑

根据控制系统的原理，绘制方框图。361.2自控系统的组成及术语一、组成4.控制器：眼睛人取书的反馈控制过程的方块图被控对象被控量测量元件37给定量控制器1.2自控系统的组成及术语一、组成比较环节38组成要素1被控对象：控制系统所控制和操纵的对象。2控制器：偏差信号控制信号3放大变换环节：偏差信号控制器4校正装置：为改善系统的特性而附加的装置。5反馈环节：测被控量处理反馈信号6给定环节：产生输入控制信号。7比较环节：输入给定与反馈信号比较。转换、计算变换39二、术语1输入信号：泛指对系统的输出量有直接影响的外界输入信号。（包括给定和干扰）2输出信号（输出量）：被控的物理量。3反馈信号：输出信号变换处理反馈到输入端的信号。4偏差信号

=输入信号-主反馈信号。5误差信号

=输出实际值-期望值。6扰动信号：除控制信号外，对系统的输出有影响的信号。40开环控制反馈控制(闭环控制)复合控制按信号流向

1-3自动控制系统的分类41自动控制系统的分类1

按输入信号自动控制系统的分类2恒值控制系统（自动镇定系统）

随动系统（自动跟踪系统）

程序控制系统42自动控制系统的分类3按系统中是否含有非线性元件线性系统非线性系统按系统参数是否随时间变化定常系统时变系统按信号的连续性连续系统离散系统按输入输出变量的多少单变量系统多变量系统431.4自控系统性能的基本要求一、引出问题：保温箱、空调的温度变化较好最好不好44（a）（b）（c）图1-13通电后自动控制热水器的水温输出信号变化曲线如何评价系统的性能好坏？1.4自控系统性能的基本要求稳——

准——

快——

动态要求基本要求精度要求45二、性能的要求：1稳定性（稳）----系统正常工作的首要条件。

稳定系统：输出量的过渡过程衰减变化最终与期望值一致（接近）。

不稳定系统：输出量的过渡过程持续振荡。462稳态精度（准）：指系统过渡到新的平衡工作状态以后（干扰恢复后）最终保持的精度。3动态过程（快、好）：指系统的被控量在输入信号作用下随时间变化的全过程。1.5常用的典型输入信号1阶跃函数：r(t)tAr(t)=0,t<0A,t>0当A=1时，称为单位阶跃函数，记为1(t)幅值为A时，也表示为A(t)或A(t-t0)当t=t0时r(t-t0)=0,t<t0A,t>t047t02斜坡函数（等速度函数）：r(t)tAr(t)=0,t<0At,t>0当A=1时，称为单位斜坡函数1.5常用的典型输入信号481.5常用的典型输入信号3抛物线函数（等加速度函数）：r(t)t当A=1时，称为单位抛物线函数r(t)=0,491.5常用的典型输入信号4脉冲函数：r(t)tr(t)=0,当A=1时，称为单位脉冲函数记为501.5常用的典型输入信号5正弦函数：r(t)=0A为振幅，角频率51装配机器人汽车自动焊接生产线1.6自动控制系统（应用举例）52自动控制原理月球车机器人足球比赛53机器人干活无人驾驶汽车54总结-本章重点理解自动控制系统的概念和组成

；

理解反馈控制原理，画出典型反馈控制系统的方框图；重点理解闭环控