自动控制系统概述

自动控制系统概述第一页，共二十三页，2022年，8月28日1.1引言自动控制概念：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置（控制器）使被控对象（如生产过程中的位移，速度，温度，电力系统中的电压,电流,功率等物理量，或某些化合物的成分，航空航天中的飞船姿态等）依照预定的规律进行运动或变化。这种能对被控对象的工作状态进行控制的系统称为自动控制系统。它一般由控制装置和被控对象组成第二页，共二十三页，2022年，8月28日《自动控制原理》是一门技术基础课，它是自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系。

自动控制原理自动控制原理电机与拖动模拟电子技术线性代数微积分（含微分方程）复变函数、拉普拉斯变换电路理论大学物理（力学、热力学）信号与系统第三页，共二十三页，2022年，8月28日课程特点：研究系统的共性实际系统物理模型数学模型方法（系统组成分析、设计第四页，共二十三页，2022年，8月28日第一章自动控制系统概论1.2开环控制与闭环控制开环系统控制器被控对象控制量被控量给定值r(t)u(t)y(t)

k

udn~ug例：直流电动机调速系统优点：简单缺点：对扰动没有抑制能力第五页，共二十三页，2022年，8月28日第一章自动控制系统概论反映了控制量与被控制量相互间的矛盾,动静性能得到提高。闭环控制负反馈：构成按偏差调节的闭环系统控制器被控对象控制量被控量给定值r(t)u(t)y(t)测量元件偏差e(t)＋－1.2开环控制与闭环控制第六页，共二十三页，2022年，8月28日ug

kudn~ub按偏差调节：n↑→ub↑→(ug-ub)↓→ud↓→n↓

例：直流电动机调速系统第一章自动控制系统概论

1.2开环控制与闭环控制控制量：ud=K(ug-ub)偏差信号：ug-ub第七页，共二十三页，2022年，8月28日第一章自动控制系统概论

1.2开环控制与闭环控制人工控制与自动控制：水箱水位控制问题水位测量与变送执行器控制器给定眼手脑第八页，共二十三页，2022年，8月28日水位控制工作原理人工控制：眼、脑、手、水箱+阀门

自动控制：传感器、控制器、执行器、水箱+阀门人脑手水箱系统眼h控制器执行器水箱系统传感器h第九页，共二十三页，2022年，8月28日典型的自动控制系统方框图理想化系统控制元件执行元件被控对象反馈元件参考输入元件参考输入r(t)+e(t)偏差_b(t)主反馈+_被控量系统误差

g(t)C(t)第十页，共二十三页，2022年，8月28日反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈负反馈：输入信号—反馈信号（输出信号）输出偏差减小正反馈：输入信号+反馈信号反馈控制、闭环控制:按偏差进行控制

1.3自动控制与自动控制系统第十一页，共二十三页，2022年，8月28日自动控制系统的基本组成反馈控制系统：控制装置、被控对象控制装置：由具有一定职能的各种基本元件（部件）组成。测量元件、给定元件、比较元件放大元件、执行元件、校正元件测量元件串联校正反馈校正执行元件放大元件被控对象局部反馈主反馈第十二页，共二十三页，2022年，8月28日一些基本概念前向通路：从输入端沿箭头方向到输出端的传输通路主反馈通路：输出经过测量元件到达输入端的通路主回路：前向通路+主反馈通路内回路：局部前向通路+局部反馈通路单回路系统、多回路系统反馈控制系统受到的外部作用参考（有用）输入：决定系统被控量的变化规律扰动：系统外部扰动、系统内部扰动第十三页，共二十三页，2022年，8月28日自动控制系统分类

对控制系统分类，从不同的观点出发可以有不同的分类方法，通常可按下列方法进行划分线性控制系统和非线性系统恒值控制系统和随动系统连续控制系统和离散控制系统单输入－单输出系统和多输入－多输出系统第十四页，共二十三页，2022年，8月28日线性连续控制系统由系数判定线性时变系统、线性定常系统线性定常系统根据参考输入量又可分为：恒值控制系统、随动系统、程序控制系统第十五页，共二十三页，2022年，8月28日第一章自动控制系统概述

自动控制系统的设计

1最重要、基本的要求：稳定，不能失控，一切其他指标以稳定为前提。即在扰动作用下，系统不能处于一个相对固定的状态，如单摆、倒立摆，对线性系统，稳定与否是内在的、系统内部结构决定的，与输入无关。第十六页，共二十三页，2022年，8月28日2一般要求：响应快，动态过程平稳，跟踪准确；

为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响应来满足的。例如，用单位阶跃信号的过渡过程及稳态的一些特征值来表示。快速性：上升时间、峰值时间（动态指标）、调节时间（稳态指标）ts进入误差带平稳性：超调量、震荡次数；准确性：即精度要求，动态误差、稳态误差3

设计：

a.系统分析，建立模型，分析规律与性能。

b.设计。根据分析确定控制方法：数字——物理装置

c.仿真：数字，物理仿真，反复进行

d.实现：制作，调试、重购。第十七页，共二十三页，2022年，8月28日

液位控制实例.第一章自动控制系统概述第十八页，共二十三页，2022年，8月28日小结：对自动控制系统设计的基本要求稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准）“稳”（动态平稳）与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因：系统中储能元件的能量不可能突变。“准”是说明系统的稳态（静态）品质稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件无关。快速性

是系统在稳定的条件下，衡量系统过渡过程的形式和快慢，通常称为“系统动态性能”。

过渡过程时间、超调量准确性

是在系统过渡过程结束后，衡量系统输出（被控量）达到的稳态值与系统输出期望值之间的接近程度。稳态误差第十九页，共二十三页，2022年，8月28日典型外部输入信号（1）阶跃函数（信号）（2）斜坡函数（信号）（3）冲激函数（信号）（4）正弦函数（信号)第二十页，共二十三页，2022年，8月28日第一章自动控制系统概论1经典控制理论40~50年代形成SISO系统基于：二战军工技术目标：反馈控制系统的镇定基本方法：传递函数，频率法，PID调节器2现代控制理论60~70年代形成MIMO系统基于：冷战时期空间技术，计算机技术目标：最优控制基本方法：状态方程1.4控制理论的发展(工业控制理论）第二十一页，共二十三页，2022年，8月28日3智能控制技术

90年代开始发展专家系统模糊控制神经网络4正在发展的各个领域自适应控制大系统理论非线性控制（微分几何，混沌，变结构）第一章自动控制系统概论1.4控制理论的发展：(工业控制理论）第二十二页，共二十三页，2022年，8月28日本课程的基本内容和要求本课程的主要内容分为:(相应有一定的要求