1自动控制原理 第一章 自动控制的一般概念

自动控制原理参照：现代控制系统(第八版)课程性质：专业基础课教材：胡寿松《自动控制原理》（第五版）科学出版社学时安排：64学时（讲授56学时，实验8学时）作业：每周上交一次实验：安排4个必做实验和部分选做实验，1人/1组，独立完成， 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 写实验报告成绩评定：考试70%（闭卷考试），考勤10%平时作业10%，实验10%。本课程与其它课程的关系本课程研究的主要内容控制系统的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ：1）建立系统的数学模型；2）分析系统性能：“稳”、“准”、“快”；3）分析参数变化对性能指标的影响。控制系统的设计：1）性能要求（系统性能，约束条件）：想要什么样的系统，达到什么样的指标；2）控制器的结构和参数设计与整定；3）性能校核（计算，仿真，实验）：系统的实现和分析。附：参考资料《自动控制原理》校精品课程网址：http://jpkc.cuit.edu.cn/mysy/cxy/che.asp?cid=48教材：胡寿松主编《自动控制原理》（第五版）科学出版社参考书：王划一主编《自动控制原理》国防工业出版社胡寿松主编《自动控制原理习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 集》（第2版）科学出版社黄忠霖编著《控制系统MATLAB计算及仿真》国防工业出版社刘坤主编《MATLAB自动控制原理习题精解》国防工业出版社第一章自动控制的一般概念4第二章控制系统的数学模型8第三章线性系统的时域分析法10第四章线性系统的根轨迹分析法6第五章线性系统的频域分析法10第六章线性系统的校正方法8第七章线性离散系统的分析与校正8第一章自动控制的一般概念本章主要内容:I-0自动控制理论的发展概况I-1自动控制的基本原理与方式I-2自动控制系统的举例I-4自动控制系统的基本要求I-4自动控制理论的发展概况1、明确什么叫自动控制、自动控制系统、负反馈原理等基本概念2、正确理解三种控制方式，特别是闭环控制3、初步掌握绘制系统方块图的方法习题：1-2、1-5这类题要会写出工作原理、画出系统方块图本讲要点介绍作业和练习Part1-1自动控制的基本原理与方式正确的操作步骤：图1-1人工控制的恒值水位系统1）将水位的要求值（期望水位）牢记在大脑中；2）用眼睛和测量工具测量水池实际水位；3）将期望水位和实际水位进行比较、计算、从而得出偏差值；4）按偏差大小和正负性质，由大脑指挥手正确地调节进水阀门的开度。图1-2简单的水位自动控制系统工作步骤： 用变送器代替眼睛，用控制器代替人的大脑，用气动阀门代替手，得到图1-2所示自动控制系统1）在控制器中设定好水位的期望值；2）当水位超过或低于期望值时，其水位由变送器检测出来送入控制器并与期望值比较产生控制作用；3）按减小误差的方向控制阀门的开度；有缺点：出水太多，阀门到最大开度时，无法恒定水位。1.1.1基本概念：1、自动控制概念:P1在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（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。控制器(控制装置)----除去被控对象以外的具有测量、计算、放大和执行功能的部分;被控对象(或过程)----被控制的具体的机器设备、生产过程，是系统的主体。2、方块图（方框图）:组成： 方块、信号（带箭头的直线）和信号相加点、分支点。其中：每一个方块代表一个环节，箭头表示信号的流向（输入或输出）。人工控制自动控制请判断：哪个是人工控制？哪个是自动控制？炉温人工控制--方块图炉温自动控制--方块图3、负反馈控制(原理):P2将系统的输出量反送到输入端，与输入量相比较产生偏差；根据偏差信号调整控制信号；根据控制信号驱动执行器的操作以减小或消除偏差，实现控制目标。实质：按偏差进行控制反馈：指取出输出量送回到输入端并与输入信号相比较产生偏差的过程反馈连接方式：正反馈和负反馈，负反馈指偏差越来越小。请判断：哪个是正反馈？哪个是负反馈？负反馈：按偏差减小控制正反馈：按偏差增大控制输入量（参考输入）：作用于控制系统输入端，并可实现使系统具有预定性能或预定输出的物理量偏差：参考输入与反馈信号之间的差值误差：期望输出与实际输出之间的偏差扰动：指外界或系统内部影响系统输出的干扰信号前向通道：从输入端沿箭头方向到输出端的传输通道反馈通道：从输出端到输入端的反方向通道常用术语：被控对象：要求实现自动控制的机器、设备或过程输出量（被控量）：指被控对象的输出控制量：指控制器施加给被控对象的控制信号4、自动控制系统组成:P4指承担控制任务的被控对象和控制装置的总体。1.1.2自动控制系统的基本控制方式：1、开环控制：P5控制器与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系，且控制单方向进行的过程；有两种组成方式：1）按给定量控制：2）按扰动控制（顺馈）：2、反馈控制（闭环控制、按偏差控制）：P5 控制器与被控对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。1）输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；2）低精度元件可组成高精度系统；3）因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。闭环控制1）输出不影响输入，对输出不需要测量，通常易实现；2）组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；3）系统的稳定性不是主要问题。开环控制开环控制与闭环控制的比较：3、复合控制方式：P6成都信息工程学院-控制工程系上节课内容回顾自动控制的定义？反馈？负反馈控制的实质？自动控制系统的组成？基本控制方式？本讲要点介绍作业和练习1、掌握绘制系统方块图的方法2、了解系统的分类，特别是线性与非线性系统区别3、明确对自动控制系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义：稳、准、快习题：1-10（2）、（3）、（4）、（6）这类题要会判别线性（根据系数判别定常与时变）与非线性系统例1-1磁盘驱动控制系统P11目的：将磁头准确定位，以便读取磁盘上磁道的信息Part1-2自动控制的举例请问：3）初步 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ：利用电机驱动磁头臂到达预期的位置4）请画出系统方块图？1）被控对象：读/写磁头2）被控量：磁头位置例1-2家用电冰箱温控系统被控对象：冰箱被控量：输入量：控制器设定值（代表温度的期望值）扰动量：开门时的外界温度请问1：冰箱内温度请问2：工作原理？画出系统方块图？工作原理:闭环控制方式 控制器设定温度与冰箱内温度比较，产生偏差值，当偏差电压达到使继电器接通时，压缩机工作，将蒸发器中高温低压气态制冷液送至冷却器散热，降温后的低温低压制冷液压缩成高压液态进入蒸发器，急速降压扩散成气体，吸收箱体内热量，使冰箱温度下降，如此循环操作，使箱体温度达到希望温度，此时继电器断开，压缩机停止工作。方块图如下：习题1-1要求： 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 工作原理并画出系统方框图被控对象：水箱被控量：水箱液位输入量：电位器设定位置（代表液位的期望值）扰动量：用水量请问1：请问2：工作原理？画出系统方框图？工作原理:闭环控制方式 设电位器中点接零电位对应于希望液面高度。当系统处于平衡时,Q1=Q2，液位C维持不变。当Q1<Q2，则导致液面下降，此时，电位器滑臂偏离接地的零电位，则使得直流伺服电动机转动，经过减速器后，进一步调节控制阀，使得Q1↑，当液位上升到期望值c时，且达到新的平衡，此时电位器输出的电压为零，控制阀达到新的开度。方框图如下：Part1-3自动控制系统的分类P11分类方法很多，一般组合应用。例如：按控制方式分：开环、闭环、复合控制等按元件类型分：机械系统、电气系统等按系统功用分：温度控制、位置控制等控制系统中通常如何分类？ 控制理论研究的重点是信息的传递和转换，因此以系统信息为出发点进行分类，例如：1、按信号传递路径划分1）开环控制2）闭环控制3）复合控制2、按给定信号的特征划分1）恒值控制系统2）随动控制系统3）程序控制系统例如：液位控制系统例如：火炮自动瞄准系统例如：机床数控加工系统3、按系统数学模型1）线性系统2）非线性系统线性系统：系统各元件输入输出特性是线性的，系统的状态和性能可以用线性微分（或差分）方程来描述，其突出特点是：满足叠加原理。非线性系统：系统中只要存在一个非线性的元件，系统就用非线性方程来描述，通常在一定条件下线性化处理。4、按信号传递的连续性划分1）连续系统2）离散系统连续系统：特点是系统中各元件的输入输出信号都是时间连续的函数（工程上称为模拟量），其运动状态一般用微分方程来描述。离散系统：系统中总有至少一处信号是脉冲序列（采样序列）或数码形式，其运动状态一般用差分方程来描述。5、按系统输入输出信号的数量划分1）单变量系统（SISO）2）多变量系统（MIMO）单变量系统：从系统外部变量来说的描述来说，给定输入是单一的，响应也是单一的。是经典控制理论的主要研究对象，以传递函数为基本数学工具，讨论线性定常系统的分析和设计问题。多变量系统：系统有多个输入量和多个输出量，是现代控制理论的主要研究对象，以状态空间法为数学基础，讨论多变量、变参数、非线性、高精度等控制系统的分析和设计问题。1、稳定性：扰动下不发散 当扰动信号进入系统破坏系统平衡时，有重新恢复平衡的能力。1-4-1基本要求：“稳、准、快、壮、省”Part1-4自动控制系统基本要求P132、准确性：与给定值的偏差小 稳态响应与给定值加以比较，是否完全一致。不稳定系统，没有必要讨论准确性偏差：0偏差：0.5不稳定系统，没有必要讨论快速性缓慢收敛，稳定快速收敛，稳定3、快速性：用最少的时间达到要求扰动信号进入系统开始，到重新恢复平衡所用时间的长短来度量，即：动态性能指标。注意：“稳、准、快”相互制约，不同性质的系统，对稳、准和快的要求各有侧重，如：恒值系统对“稳、准”要求严格，随动系统对“快”要求严格，具体设计时要折中考虑。 综上所述，对自动控制系统的要求，在时域中一般可归纳为： 要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量；瞬态响应过程具有一定的快速和平稳性；系统最终响应的准确度在工程允许的范围内。1、阶跃信号(StepSignal)R=1时，称为单位阶跃信号，用1(t)表示或用ε(t)表示1-4-2典型信号P14阶跃信号：含宽频带谐波分量，产生容易，是最常用系统性能测试信号。2、斜坡信号(RampSignal)当R=1时，则称为单位斜坡信号斜坡信号：为匀速信号，适于测试匀速系统。3、加速度信号（抛物线信号(ParabolicSignal)）当R=1时，则称为单位加速度信号抛物线信号：为匀加速信号，适于测试匀加速系统4、脉冲信号(ImpulseSignal)当面积R=1时就得理想的单位脉冲信号(亦称δ(t)函数)。脉冲信号：可用于测试系统抗冲击能力5、正弦信号(SinSignal)A为幅值T为周期，ω=2π/T为角频率正弦信号：为单频率信号，适于测试系统频率特性本章教学要求1、明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控制装置和自动控制系统等概念；2、正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；3、初步掌握由系统原理图画方框图的方法，并能正确判断系统的控制方式；4、明确系统常用分类方法；5、明确对自动控制系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。