自动控制基本知识

自动控制的基本概念2008.90引言

二十世纪以来对人类社会起重要作用的“三论”是：系统论、信息论、控制论。

控制论：

是研究自然、科学、人文等方面问题的统一的方法论。

工程控制论、生物控制论、社会控制论

基本概念、思想、方法NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系1自动控制与自动控制系统

例：人用手取物NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系例：火炮打飞机

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系控制论中的三大要素：人用手取物火炮打敌机感觉器官：眼、耳检测机构：雷达中枢决策器官：大脑决策机构：指挥仪效应器官：手、脚执行机构：随动系统1、同构理论2、信息的流通、交换3、反馈机制感知决策执行NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系自动控制：

是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备和装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统：

能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系控制任务：被控量给定量对应的期望值被控量（即被控对象的输出量）：是要求严格加以控制的物理量；控制装置：对被控对象施加控制作用的机构的总体。控制系统方框图：信号线方向NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系开环控制方式

控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。2自动控制系统的基本形式开环控制系统的方框图如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系例：电加热炉炉温开环控制电加热炉

电加热炉炉温开环控制原理图

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系输入信号：控制方框图如下：

被控对象：电流（电压）控制装置：开关，电阻丝输出信号：炉子炉温

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系例：直流电机转速的开环控制直流电机转速系统直流电机转速开环控制原理图

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系控制方框图如下：

输入信号：被控对象：电压控制装置：电位器、功放、电机输出信号：负载负载的转速

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系闭环控制方式指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制。闭环控制系统的方框图如下：

反馈原理：“检测偏差再纠正偏差”

(利用偏差消除偏差)NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系例：电加热炉炉温闭环控制电加热炉炉温闭环控制原理图

控制方框图如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系例：直流电机转速的闭环控制直流电机转速闭环控制原理图

控制方框图如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系复合控制方式（略）开环控制与闭环控制的比较：稳定性

精度

抗干扰结构、功率、价格NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系稳定性、快速性、准确性3对自动控制系统的基本要求1、稳定性：

控制系统在实际工作过程中，总会受到内部的或外界的各种因素的干扰（负载或能源的波动、系统参数的变化、环境条件的改变等）。稳定性通常分析系统在受到干扰后是否出现自激振荡等现象。例如：

保证控制系统正常工作的先决条件NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系稳定平衡点

a不稳定平衡点

a’有条件的稳定平衡点

a”2、快速性：

快速性属于动态性能，动态过渡过程的性能主要由快速性能和振荡性能来描述。

NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系3、准确性：

稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要标志。稳态误差是在系统过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。不同的系统对快速性能和振荡性能侧重不一如：火炮系统的快速性很重要车床的给进系统不允许有振荡NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系4时域性能指标

下一页约定：以系统的单位阶跃响应为准进行动态性能的描述。NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系延迟时间td（DelayTime）响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间。上升时间tr（RisingTime）响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间。上升时间越短，响应速度越快。对于震荡系统，也可定义为由零开始，首次达到稳态值所需的时间。峰值时间tp（PeakTime）响应曲线达到第一个峰值所需要的时间。上页图NJUSTAUTOMATION南京理工大学自动化系调节时间ts（SettlingTime）响应曲线达到并永远保持在一个允许误差范围内（5%或2%）所需的最短时间。超调量（MaximumOvershoot）指响应的最大偏离量h(tp)与终值之差的百分比，即稳态误差ess