1 控制工程概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,控制工程基础,李艳,机械学院4079办公室,liyanly,dhu,.,edu,.,cn,本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用,PowerPoint,可以跟踪演示时的即席反应，,在幻灯片放映中，右键单击鼠标,请选择“会议记录”,选择“即席反应”选项卡,必要时输入即席反应,单击“确定”撤消此框,此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片，包括您的观点。,10/1/2024,1,1 概述,什么是控制，自动控制,控制理论与应用的发展,控制系统的基本概念及工作原理,控制系统的基本类型及基本组成,控制系统的基本要求,本课程主要内容及安排,10/1/2024,2,1 概述,什么是控制？,一般意义下，,控制，,control，,动词,：,是掌握住对象,不使任意活动或超出范围；,使其按控制者的意愿活动；,必要的时候及时采取矫正措施。,10/1/2024,3,1 概述,什么是控制？,控制理论意义下，,控制，,cybernetics,：,为改善对象的性能，要通过获得信息，并使用信息，对受控对象产生的作用，叫做控制。,控制的基础是,信息,和,信息传递,；,控制依赖于,信息反馈,来实现。,10/1/2024,4,1 概述,什么是控制？,信息反馈,是控制论的一个极其重要的概念；,将信息作用到对象系统中，又把其作用,结果返送,回来；,并对信息进行修正，再对对象发生影响，起到控制的作用，以达到预定的目的；,控制的本质是,反馈,。反馈，以提高性能。,10/1/2024,5,1 概述,什么是自动控制？,在没有人直接参与的情况下；,利用外加的设备或装置,控制装置，控制器,；,使机器，设备或生产过程,（,被控对象,）,的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。,举例：,化学反应炉的温度或压力自动维持恒定；,数控车床按照预定程序自动切削工件；,无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行；,人造卫星准确进入预定轨道运行并回收。,10/1/2024,6,1 概述,控制理论与应用的发展,控制论的奠基人，维纳发表控制论，并发明名词,控制论，,英文,cybernetics,。,国际著名学术杂志,System,Man and Cybernetics,(,系统，人与控制论),战争,中自动控制技术的发展；,20世纪50年代开始，在控制理论的指导下，火炮及导弹控制技术,极大地发展，数控、电力、冶金自动化技术突飞猛进；,在自动控制装备的需求和发展基础上，控制理论不断发展。,理论与实际应用相互促进。,10/1/2024,7,1 概述,控制理论与应用的发展,自动控制理论根据内容和发展的不同阶段，分为,经典控制理论和现代控制理论,。,经典控制理论研究单输入单输出系统；,现代控制理论研究多输入、多输出、时变参数、分布参数、随机参数、非线性等系统。,现代控制理论的发展：,最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制，人工智能控制,等。,智能控制又发展了神经网络，模糊逻辑，进化算法，专家系统，鲁棒控制与 控制等技术。,无论任何一种控制理论或方法，（经典的，现代的，传统的，智能的），最基本的还是,信息反馈,。,10/1/2024,8,1 概述,控制理论与应用的发展,控制理论渗透到各个领域：工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论，并伴随其他科学技术的发展，极大地改变了世界。,10/1/2024,9,控制系统的基本概念及工作原理,1 概述,举例1：人取桌上的书。,人用眼睛目测与书的距离；,人向着书走过去；,重复上述动作，直到手能碰到书；,人用手将书拿起。,10/1/2024,10,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,人取书的控制描述：,首先,测量,人与书的,初始距离,；,根据距离，人,决定,采用的动作是：走近书，减小人与书的距离；,再测量人与书的距离，,决定,如何动作：继续走还是用手拿；,重复上步，直到手能拿到书；,拿书。,这是一个反馈控制系统；,10/1/2024,11,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,人取书的反馈控制系统方块图,10/1/2024,12,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,人取书的反馈控制系统,输入量,为书的位置,；,测量元件,是眼睛，测量人与书的距离；,控制器,为大脑，决定人的动作；,执行元件,为腿，手臂和手，以完成控制任务；,输出,（动作结果）为手的位置；,反馈元件,是眼睛，再次测量人与书的距离；,重复3-6，直到书与手的,距离为零,，即能拿到书；,拿书。,10/1/2024,13,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,举例2：恒温控制系统,图1-1人工控制的恒温箱,通过,输入电压,，对电阻丝进行加热；,通过,温度计,测量箱内温度；,通过,人眼观察,，,比较,测量温度与给定温度；,根据温度,偏差,，,手动,调节调压器，使偏差减小，重复上步，直至偏差为零。,人工控制恒温箱缺点：系统响应慢，动作误差大，过渡时间长。,10/1/2024,14,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,举例2：恒温自动控制系统图1-2,输入,测量元件,比较电路,放大电路,执行元件,输出电压,反馈元件,10/1/2024,15,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,举例2：恒温自动控制系统,输入,：给定电压,u1；,测量元件,：热点偶,将温度信号转换为电压信号；,放大元件,：电压、功率放大；,执行元件,：执行电机、减速器和调压器；,输出,：电压信号，提供给电阻丝。,反馈元件,：热电偶,将转换后的电压信号通过,比较电路,与给定电压进行比较,；,比较元件,：比较电路。,10/1/2024,16,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,举例2：恒温自动控制系统方块图1-3,10/1/2024,17,1 概述,控制系统的基本概念及工作原理,控制系统是按,偏差,进行控制的；,使被控量按照给定量的变化规律进行变化；,控制系统要解决的两个问题：,分析给定系统的工作原理、动态特性；,分析其稳定性，准确性和快速性；,根据实际需要进行控制系统的设计。,10/1/2024,18,1 概述,控制系统的基本类型及基本组成,按有无反馈：,开环控制：没有输出反馈的一类控制系统。,控制器只根据输入指令工作，对控制对象产生控制作用；没有反馈，是,开路,。,特点：结构简单；精度低，易受干扰。,闭环控制：采用反馈原理，输出反馈到输入端，根据偏差向控制器发指令，以控制受控对象。形成,闭环回路。,特点：结构复杂，,精度高,，抗干扰能力强。,需设计适当的控制器，,否则系统易不稳定,。,10/1/2024,19,1 概述,控制系统的基本类型及基本组成,按采用信号处理技术的不同,模拟控制系统,和数字控制系统；,按给定量是否变化,恒值系统,和随动系统；,变量是否连续,连续控制系统,和离散控制系统；,是否线形方程描述,线形控制系统,和非线性控制系统。,10/1/2024,20,1 概述,控制系统的基本类型及基本组成,基本组成：,产生输入信号，给定信号,测量输出量，并将其反馈到输入,比较输入和反馈，产生偏差信号,对偏差信号进行放大，以匹配执行机构,直接对受控对象进行操作的元件,控制信号施加的对象,校正装置，以稳定系统，提高性能,10/1/2024,21,1 概述,控制系统的基本要求,稳定性：,系统在动态过程中的振荡倾向，以及系统能够恢复平衡的能力。,即初始偏差应随时间逐渐减小或趋于0。,快速性：,当系统出现偏差，或偏差超出要求范围时，消除偏差的时间长短，速度快慢。,准确性：,对系统输出进行调整后，系统达到稳定时的偏差值。即,稳态误差,，衡量系统的控制精度。,10/1/2024,22,1 概述,本课程主要内容及学时安排,建立系统数学模型；,时间域下系统性能的分析；,频率域下性能指标的分析；,系统稳定性的分析；,系统误差的分析；,系统校正的设计与分析；,10/1/2024,23,1 概述,本课程主要内容及教学安排,以课堂笔记为主；,认真完成课后作业；,考试=卷面分（70%）+平时分（30%）；,平时分由课堂表现获得；,10/1/2024,24,