控制工程基础 第一章 绪论_第1页
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机械控制工程根底主讲:林海鹏机械电子教研室主要内容第一章绪论第二章控制系统数学模型第三章控制系统时间呼应分析第四章控制系统的频率特性第五章控制系统的稳定性分析第六章控制系统的综合与校正第一章绪论1.1自动控制系统的任务原理及根本概念1.2控制系统的根本概述1.1自动控制系统的任务原理及根本概念一控制系统的任务原理自动控制系统的分类反响控制系统的根本组成控制系统的根本要求一控制系统的任务原理自动控制:在没有人的直接参与下利用控制器〔机械、电子、液压等系统〕使消费过程或被控对象〔机器、恒温箱〕的某一物理量〔温度、压力、速度〕准确的按预期规律运转。控制系统按控制类型分为人工控制自动控制人工控制:如自行车速度控制〔根据交通情况控制车速起停〕汽车驾驶控制系统〔方向和速度〕,收音机音量控制,普通洗衣机〔根据衣服多少来控制加水量〕。1.恒温箱〔1〕人工控制系统人工控制的恒温箱原理图人工控制恒温箱调理过程:〔1〕观测恒温箱内的温度〔被控量〕〔2〕与要求的温度〔给定值〕进展比较,得到温度偏向的大小和方向〔3〕根据偏向大小和方向调理调压器,控制加热电阻丝的电流以调理温度回到要求值人工控制恒温箱系统功能框图总结:人工控制过程的本质:检测偏向再纠正偏向〔2〕自动控制系统恒温箱的自动控制系统原理图恒温箱自动控制系统任务原理:〔1〕恒温箱实践温度由热电偶转换为对应的电压U2〔2〕恒温箱期望温度由U1给定,并与实践温度U2比较得到温度偏向信号△U=U1-U2〔3〕温度偏向信号经电压、功率放大后,用以驱动执行电动机,并经过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时,动触头向减小电流的方向运动,反之,加大电流,直到温度到达给定值为止,此时,偏向△U=0,电机停顿转动。自动控制恒温箱系统功能框图控制系统功能图包括:〔1〕输入信号〔2〕输出信号〔3〕比较元件〔4〕控制器〔5〕控制对象〔6〕反响环节控制系统的任务原理

〔具有反响回路的〕〔1〕检测输出量〔被控制量〕的实践值〔2〕将输出量的实践值与给定值〔输入量〕进展比较,得出偏向〔3〕用偏向值产生控制调理作用去消除偏向,使得输出值维持期望的输出。3.人工控制与自动控制的比较①丈量:前者靠观测者的眼睛,自动控制由元器件实现〔热电偶〕②比较:前者人的大脑,而后者靠自动控制器③执行:前者靠支配者的手实现,后者由执行电机完成。总结:人工控制和自动控制的原理是一样的,只是执行机构不同而已,在自动控制过程中,偏向是经过反响建立起来。二自动控制系统分类1.根据控制系统有无反响来分闭环控制系统开环控制系统2.按给定量的特点来分随动控制系统恒值控制系统程序控制系统3.按系统反响特性来分离散控制系统延续控制系统①开环控制系统:指系统的输入和输出之间不存在反响回路,输出量对系统的控制造用没有影响,这样的系统称为开环控制系统。②闭环控制系统:反响控制系统也称为闭环控制系统,是指系统的输入端与输出端之间存在反响回路,输出量对控制造用有直接影响,其作用运用反响来减少偏向,但不能消除偏向。(1)开环控制系统特点抗干扰才干差,控制精度低,但构造简单,调整方便,本钱低,无自动纠偏才干。(2)闭环控制系统特点抗干扰才干强,控制精度高,构造复杂,能自动纠偏。缺陷:由于引入反响,存在稳定、振荡和超调等问题,设计分析比较复杂。开环控制系统与闭环控制系统特点〔比较〕恒值控制系统:输入量是一个给定的恒定值。系统作用是保证在任何扰动作用下,系统维持恒值输出量〔恒温、恒压、恒速、恒定水位高度〕特点:能抑制扰动对输出量的影响程序控制系统:输入量为时间的知函数,输出量要尽快跟随输入量信号变化的系统〔程序控制机床——数控机床〕随动控制系统:输入量是时间的未知函数,保证输出量变化紧紧跟随输入量的变化系统〔液压仿形刀架、电信号笔式记录仪、雷达跟踪系统〕特点:呼应较快按给定量的特点来分:〔1〕延续控制系统:系统的各环节输入量与输出量是信号延续的系统称为~按系统反响特性来分〔2〕离散控制系统:系统的各环节输入量、输出量信号是离散的系统称为~〔如采样信号〕三反响控制系统的根本组成1.组成:给定元件、比较元件、反响元件、放大元件、执行元件、控制对象及校正元件。①给定元件:用于产生输入信号或给定信号如:电位计②比较元件:用来比较输入信号与反响信号所产生偏向的元件。③反响元件:置于主反响通道中的元件,用于产生主反响信号单位反响:系统的输出不经过任何变化〔即主反响元件不存在〕直接参与到系统输入的反响称为单位反响.④放大元件:对偏向信号放大以推进执行元件动作2.各元件功能⑤执行元件:直接对控制对象进展操作的元件〔调压器、电动机〕⑥控制对象:控制系统所要支配的对象,它的输出量即为系统的被控量〔恒温箱、机床任务台〕⑦校正元件:用以改善系统控制性能的元件〔该元件可有可无〕输入信号:控制系统一切输入信号〔给定信号和扰动信号〕,也叫输入量、控制量或给定量。输出信号:也叫输出量、被控制量或被调理量。输出信号是输入信号作用的结果,它的变化规律与输入信号之间坚持确定的关系。反响信号:指输出信号经过反响元件变换后加到输入端的信号〔有正负〕。偏向信号:输入信号与主反响信号之差。误差信号:指实践输出值与希望值之差。通常希望值是系统的输入量。留意:只需在单位反响系统中,即反响信号等于输出信号的情况下,偏向与误差一样,否那么不等。扰动信号:系统中偶尔的、无法加以人为控制的信号称为扰动信号。通常对系统的输出产生不利影响。3.名词述语四控制系统的根本要求控制系统的共同要求〔稳、准、快〕①稳定性:是指动态过程的振荡倾向和系统能否恢复平衡形状的才干。保证控制系统能正常任务,是控制系统的首要条件。②准确性:是指在调整过程终了后输出量和给定量之间的偏向,即指的是控制系统的控制精度。③快速性:是指当系统输出量与给定量产生偏向时,消除这种偏向的快速程度。运用领域:恒温控制系统要求准确性较好随动系统〔雷达跟踪,液压仿形〕要求快速性好调速系统要求稳定性较好。一.学习控制工程的意义二.控制论的开展三.控制实际的组成1.2概述一学习控制工程的意义控制工程是研讨控制论在工程中运用的科学,控制工程根底是自动控制技术的根底实际,即控制工程根底又称为自动控制实际〔或自动控制原理〕。自动控制技术运用范围:(1)日常生活:如声控灯,电饭煲,自动洗衣机(2)工业消费:自动棉纺厂,工厂的自动化(3)军事领域:火炮射击的雷达跟踪系统(4)航空航天领域:卫星定位系统二.控制论的开展18世纪,JamesWatt为控制蒸汽机速度设计的离心调理器,是自动控制领域的第一项艰苦成果。1922年,Minorsky研制出船舶支配自动控制器,并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。1932年,Nyquist提出了一种根据系统的开环频率呼应(对稳态正弦输入),确定闭环系统稳定性的方法。1934年,Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念,讨论了可以准确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。19世纪40年代,频率呼应法为闭环控制系统提供了一种可行方法,Evans提出并完善了根轨迹法。19世纪50年代末,控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统,转到设计在某种意义上的最正确系统。19世纪60年代,数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制实际提供了能够。从1960年到1980,确定线性系统、随机系统的最正确控制及复杂系统的自顺应和智能控制,都得到充分的研讨。从1980年到如今,现代控制实际进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。三.控制实际的组成根据控制论对消费的开展和社会提高的影响分为经典控制论和现代控制论.1.经典控制论:以传送函数为根底,对单输入单输出的控制系统进展分析和设计。2.现代控制论:以形状空间法为根底,对多输入和多输出变系数非线性等控制系统进展分析和设计。以下图〔a〕是一个液位控制系统原理图。在这里,自动控制器经过比较实践液位与希望液位,并经过调整气动阀门的开度,对误差进展修正,从而坚持液位不变。图〔b〕是该控制系统的方框图。试画出相应的人工支配液位控制系统方块图。例题1-1〔a〕液位控制系统原理图控制器:比较、放大的作用浮子:液面高度的反响元件Q2为系统的干扰量气动阀门:执行机构被控对象:水箱〔b〕控制系统方框图

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