自控原理—第1章控制工程

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子教案,2009.9.24,*,教材：韦子枝 主编,控制工程基础,第一章 自动控制的一般概念,什么是自动控制？,自动控制技术及其应用,自动控制系统基本控制方式,反馈控制原理,反馈控制系统的基本组成,自动控制系统举例,自动控制,在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。,1.,什么是自动控制？,2.,自动控制技术及其应用,自动控制技术应用,工业：压力、温度、流量、位移、湿度,军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船,更多领域：系统工程、交通管理,生物学系统：生物控制论、人造器官,经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论,现代化的工厂,飞机的自动驾驶,卫星的发射与回收,3.,自动控制系统基本控制方式,开环控制方式,控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程,.,没有修正偏差能力,抗扰动性较差,.,结构简单、调整方便、成本低,.,在精度要求不高的情况下有一定的实用价值,.,3.,自动控制系统基本控制方式,反馈控制方式,（,闭环控制,）,最基本的控制方式,.,偏差控制,可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响,.,精度高、结构复杂,设计、分析麻烦。,复合控制方式,将按偏差控制与按扰动控制结合起来,对主要扰动采用适当补偿装置实现扰动控制,.,同时,再组成反馈控制系统实现按偏差控制,以消除其余扰动产生的偏差,.,4.,反馈控制原理,自动控制系统,完成一定控制任务的一些元、部件的组合,.,反馈,把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为,反馈,。,若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，称为,负反馈,；反之，称为,正反馈,.,4.,反馈控制原理,反馈控制系统,能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为,反馈控制系统,。,由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此,反馈控制,也称为,闭环控制,。,4,.,反馈控制原理,手臂,手,人眼,输入,信号,大脑,人眼,输出信号,用自动装置代替人工操作,4.,反馈控制原理,对象,是指一个机器、设备或生产过程，,如加热炉、化学反应过程或宇宙飞船。,4.,反馈控制原理,控制装置,或,控制器,由具有一定职能的各种基本元件组成。,4.,反馈控制原理,测量元件,其职能是测量被控制的物理量。,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,给定元件,其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量,即参据量,.,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,放大元件,将比较元件给出的偏差进行放大,用来推动执行元件去控制被控对象,.,可用晶体管、集成电路、等组成电压放大器或功率放大器,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,执行元件,直接推动被控对象,使其被控量发生变化。执行元件有阀、电动机、液压马达等,.,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,校正元件,亦称补偿元件,它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中,以改善系统性能,.,5.,反馈控制系统的基本组成,前向通路,信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路,.,主反馈通路,系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路,.,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,主回路,前向通路与主反馈通路共同构成主回路,.,局部反馈通路,单回路系统：,包含一个主反馈通路的系统,.,多回路系统,：有两个或两个以上反馈通路的系统,.,5.,反馈控制系统的基本组成,串联补偿元件,放大,元件,执行,元件,被控,对象,反馈补偿元件,测量,元件,输入量,输出量,外作用的两种类型,有用输入和扰动,.,前者决定系统被控量的变化规律,;,而后者破坏有用输入对系统的控制,.,6.,自动控制系统举,例,热力系统的人工反馈控制,被控对象,:,热水炉,测量元件,:,温度计,输入量,:,给定温度,比较元件,:,人脑,执行元件,:,阀门,输出量,:,出水温度,扰动,:,冷水温度、,环境温度,热力系统的,自动,反馈控制,被控对象,:,热水炉,测量元件,:,测温装置,输入量,:,给定温度,控制器,:,比较 放大,执行元件,:,阀门,输出量,:,出水温度,扰动,:,冷水温度、,环境温度,