自动控制原理-第1章-绪论课件

第一章 绪 论,自动控制：,在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象达到预期的目标。,第一章 绪 论自动控制：,自动控制研究的内容：,经典控制理论,现代控制理论,经典控制理论,主要研究对象,:,对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。,现代控制理论,主要研究对象,:,多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。,自动控制研究的内容：,自动控制原理-第1章-绪论课件,2.,自动控制系统的概念,2.自动控制系统的概念,自动控制原理-第1章-绪论课件,转速表,直流电动机,人工控制直流电动机转速示意图如下所示,:,功率放,大 器,激磁回路,激磁电流,电枢电压,人所起的三个作用,:,(1),观察电机的转速,;,(2),将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较,;,(3),根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压,.,转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放,实际行驶方向,预期行驶方向,汽车驾驶控制原理框图,实际行驶方向预期行驶方向 汽车驾驶控制原理框图,测量,预期路线,大脑,方向盘,汽车,实际路线,眼睛和其他感觉器官,手,汽车驾驶控制原理框图,测量预期路线大脑方向盘汽车实际路线眼睛和其他感觉器官手汽车,根据以上例子自动控制的概念总结如下：,自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使整个生产过程或工作机械（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：能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。,控制对象,控制器,输入量,输出量,扰动量,?,根据以上例子自动控制的概念总结如下：自动控制：是指没有人直接,3,、技术术语,1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。,3）控制器：又称调节器、控制装置，由控制元件组成，它接受指令信号，输出控制作用信号于被控对象。,2）被控量：表征被控对象工作状态的物理参量(或状态参量)，如,转速、,压力、,温度、,电压、位移等。,3、技术术语1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或,4）,给定值或指令信号,r,(,t,)：,要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。,5）,干扰信号,n,(,t,)：,又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。,6）,反馈信号,b,(,t,)：,是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。,7）偏差信号,e,(,t,)：,是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。,4）给定值或指令信号r(t)：要求控制系统按一定规律变化的信,4,、控制系统的职能方框图,（重点）,控制系统职能方框图,4、控制系统的职能方框图（重点）控制系统职能方框图,控制器,应具有三种基本职能，即,测量,、,比较,和,执行,。,1）,测量元件,的职能是检测被控制的物理量，如果所测量的物理量为非电量，一般要将其转换为电量。,2）,比较元件,的职能,是将测量元件检测到的被控量的实际值与给定值相比较，计算求出二者间的偏差。,控制器应具有三种基本职能，即测量、比较和执行。1）测量元件,4）,执行元件,的职能是,直接推动被控对象，使被控量发生变化,。,3）,放大元件,的职能是,将比较元件给出的偏差信号放大，以驱动执行元件去控制被控对象。,4）执行元件的职能是直接推动被控对象，使被控量发生变化。3,1.2,自动控制的基本方式,一、闭环控制,闭环控制框图,1.2 自动控制的基本方式 一、闭环控制 闭环控制框图,反馈,：控制的核心思想,闭环控制特点：信息的双向流动,控制器,被控对象,预期输出,r(t),实际输出,y(t),比较器,测量装置,误差,e(t),控制量,u(t),被测变量,测量值,反馈：控制的核心思想闭环控制特点：信息的双向流动控制器被控,二、开环控制,按给定值控制,例,:,直流电动机转速开环控制系统,。,输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统,二、开环控制 按给定值控制 例:直流电动机转速开环控制系,开环控制系统：,1.,结构简单经济,2.,调试方便,3.,抗干扰能力差，控制精度不高。,闭环控制系统：,1.,系统具有纠正偏差的能力。,2.,抗扰性好，控制精度高。,3.,包含元件多，结构复杂，价格高。,4.,参数应选择适当,。,开环闭环复合控制系统（兼有两者的优点，精度很高）,开环与闭环系统的比较,开环控制系统：开环与闭环系统的比较,2.,按干扰补偿,按干扰补偿框图,2.按干扰补偿 按干扰补偿框图,3.复合控制,复合控制框图,3.复合控制 复合控制框图,1.3,对控制系统的性能要求,1.,稳：,（基本要求）,被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定的。,2.,准：,（稳态要求）,系统响应达到稳态时，,输出跟踪精度要高,3.,快：,（动态要求）,系统阶跃响应的过渡过程,要平稳，快速,1.3 对控制系统的性能要求 1.稳：（基本要求）,稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。,快速性：动态性能，有指标。,准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。,t,n,n,1,(,a,),0,(,b,),n,t,0,n,0,n,1,t,0,n,(,c,),n,0,t,(e),n,1,n,0,t,(,d,),n,0,n,1,n,0,t,(,f,),(a),、,(b),非周期振荡；,(c),发散振荡；,(d),、,(e),收敛振荡；,(f),等幅振荡,。,稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。tnn1(a)0(,1.4,自动控制系统示例,例,1,炉温控制系统,1.4 自动控制系统示例 例 1 炉温控制系统,自动控制原理-第1章-绪论课件,例,2,、涡轮喷气发动机转速控制系统,涡轮喷气发动机转速控制系统原理图,例2、涡轮喷气发动机转速控制系统 涡轮喷气发动机转速控制,首先应明确：,1.被控对象：涡轮喷气发动机,2.被控量：涡轮转速,n,c,3.,执行元件：即是改变供油量的机构，系统中与柱塞泵的斜盘以及和斜盘相连接的油缸活塞。斜盘倾角不同，泵在同样转速下供油量就不同。,4.转速测量：靠离心块（转速传感器）来完成转速测量，离心块产生的离心力不同，作用在滑阀上（分油活门）的力的大小就代表了转速的大小。,首先应明确：,5.转速给定：由油门的位置给定，油门位置不同，作用在滑阀上的起始弹簧力也不同，起始弹簧力的大小就代表了给定转速的大小。,6.,比较元件：就是滑阀，离心力和弹簧力在阀芯上进行比较，若两个作用力不相等，则推动阀芯打开油路，输出高压燃油到燃烧室。,5.转速给定：由油门的位置给定，油门位置不同，作用在滑阀上,涡轮喷气发动机转速控制系统职能框图,涡轮喷气发动机转速控制系统职能框图,水箱原来处于一个平衡状态，,q1(t)=q2(t)=0,。如果打开阀门，冲水，冲好后关上阀门，,h(t),发生变化，水位下降，,h,变大，通过浮子反馈到执行机构。机械杠杆带动活塞打开，,q1(t),变大，使,h,变小，浮子上浮，活塞也上升，直至达到新的平衡。,水箱原来处于一个平衡状态，q1(t)=q2(t),原理方框图：,这就是负反馈控制系统，检测偏差，然后进行调节，使偏差减小，最后直至消除偏差。,按偏差控制。,原理方框图：这就是负反馈控制系统，检测偏差，然后进行调节，,本章小结,1,正确理解自动控制的三种基本控制方式，尤其闭环负反馈按偏差控制的原理更要清楚。,2,在已知自动控制系统工作原理图的条件下，熟练地给出该系统的职能方框图，正确标示出系统各职能元件的名称和信号的名称。,本章小结1正确理解自动控制的三种基本控制方式，尤其闭环负反,