《自动化控制原理》课件2

《自动化控制原理》课程简介本课程旨在引导学生深入理解自动化控制系统原理，并掌握相关分析、设计方法和应用技术。通过学习，学生将能够掌握自动化控制系统设计、分析、调试的基本方法，并能够运用所学知识解决实际工程问题。自动化控制系统概念定义自动化控制系统是指在没有人直接参与的情况下，根据预先设定的目标，自动地对被控对象进行控制的系统。特点自动化控制系统具有自动控制、无人值守、高精度、高效率、高可靠性等特点。自动化控制系统基本结构1传感器采集被控对象的实际值2控制器根据偏差进行控制3执行机构执行控制指令4被控对象需要控制的目标反馈控制系统基本原理设定值期望的输出值偏差设定值与实际值之差控制信号控制器发出的信号实际值被控对象的输出值系统传递函数的定义与求解1定义系统传递函数是指系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。2求解方法可利用微分方程、传递函数模型进行求解。频域分析法概念利用正弦信号分析系统的动态特性，考察系统对不同频率信号的响应。应用判断系统稳定性、确定参数、设计控制器。稳定性分析与判据稳定性系统在受到扰动后，能否恢复到原有状态。判据Routh-Hurwitz判据、Nyquist判据等。根轨迹法1基本原理分析闭环系统特征根随开环增益变化的轨迹。2应用确定系统稳定性、设计控制器参数。PID控制器原理和设计方法比例控制输出与偏差成比例关系。积分控制输出与偏差的积分成比例关系。微分控制输出与偏差的变化率成比例关系。典型调节器参数的确定1试凑法根据经验和实验进行调节。2解析法基于数学模型进行参数计算。3自适应控制根据系统变化在线调整参数。离散系统建模Z变换的基本概念定义将离散时间信号变换到Z域的工具。应用分析离散时间系统的动态特性、设计控制器。离散时间系统的频域分析频率响应考察系统对不同频率信号的响应。稳定性利用Z域分析法判断系统稳定性。离散控制系统的设计方法1系统辨识建立离散时间系统的数学模型。2控制器设计基于Z变换或状态空间方法设计控制器。3仿真验证利用仿真软件验证控制器性能。状态空间分析状态变量描述系统状态的变量。状态方程描述系统状态变量之间的关系。输出方程描述系统输出与状态变量的关系。状态反馈控制1控制目标提高系统性能、改善稳定性。2方法利用状态变量信息进行反馈控制。状态观测器设计观测器根据系统输入和输出估计状态变量。非线性系统建模1描述方法微分方程、函数逼近等。2建模工具MATLAB、Simulink等。非线性系统分析方法1相平面分析分析系统轨迹的动态行为。2李雅普诺夫稳定性判断系统稳定性的方法。自适应控制系统原理自适应性能够根据系统变化自动调整控制参数。应用处理系统参数不确定性、外部扰动等问题。模糊控制系统基本原理1模糊逻辑利用模糊集合和模糊规则进行推理和决策。2应用解决难以精确建模的非线性系统控制问题。神经网络控制系统1神经网络模拟人脑神经网络结构和功能。2应用学习系统特性、进行自适应控制。微机控制系统的硬件结构CPU系统核心，负责控制和运算。存储器存储程序和数据。I/O接口连接传感器、执行机构。微机控制系统的软件设计1系统软件操作系统、驱动程序等。2应用软件实现特定控制功能的程序。现场总线技术概述概念将现场仪表、传感器、执行机构等连接起来的网络。优势数据传输速度快、可靠性高、成本低。工业以太网技术特点高速传输、高可靠性、易于扩展。智能仪表与现场总线智能仪表集成了传感器、处理器、通信接口的仪表。现场总线为智能仪表提供通信网络。工业机器人技术应用焊接、喷涂、搬运等。控制系统包括伺服系统、运动控制系统、视觉系统等。工业过程