第一章 自动控制系统慨述

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第三节 对自动控制系统的基本性能要求
•一、 稳定性 一 • 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。 如果系统受到扰动作用（系统内或系统外） 如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回 到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。 到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特 征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。 征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。
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第二节 自动控制系统的分类
2、非线性系统 特点： 特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上 的非线性环节。 的非线性环节 非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目 前尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。
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第二节 自动控制系统的分类
二、按给定值信号的特点来分类
1、恒值控制系统 特点：输入信号是一个恒定的数值。 特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒 温、恒压等自动控制系统都属于这一类型。 2、程序控制系统 特点：输入信号是一个已知的函数。 特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程 按 预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化 工中的压力、温度、流量控制。 恒值控制系统可看成输入等于常值的过程控制系统。
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• 温度
程序控制系统
T2 T1
0
t1
t2
t3
时间
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• 热处理炉温度控制曲线
第二节 自动控制系统的分类
3、随动系统（或称伺服系统） 随动系统（或称伺服系统） 特点：输入信号是一个未知函数。 特点：输入信号是一个未知函数。要求控制系统 的输出量跟随输入信号变化。 的输出量跟随输入信号变化。 火炮自动跟踪系统——“火炮打飞机”,要求:该系统 火炮打飞机” 要求: 火炮自动跟踪系统 火炮打飞机 要求有较好的跟踪能力。 要求有较好的跟踪能力。
R( s)
放大器
-
串联 校正
-
变换 放大
并联校正
执行 元件
被控 对象
C (s)
Hale Waihona Puke 测量元件5举例1:温控系统 举例1:温控系统 1:
控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。 控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。
炉子 热电偶 _
u r
给定信号 _ + 电压 放大器 功率 + 放大器 E _
电动机 减速器 调压器
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•三、 快速性由上升时间、峰值时间、过渡过程 三 快速性由上升时间、峰值时间、 时间等来判定 12
s2+2s+12
单位阶跃响 应仿真 MATLAB模型 MATLAB模型
Step1
Scope out
1.4 1.2
1 +△ 1 -△
1 0.8
仿真输出
0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5
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第二节 自动控制系统的分类
*、常见离散控制系统举例 、
比较 元件 放大 整形 电路 工业控 制计算 机等 功率 放大 器 被控 对象
g (t )
放大 整形
A/D
计算机 反馈元件
D/A
SCR
锅炉
T
f (t )
测量元件
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第二节 自动控制系统的分类
四、其他的分类方法： 其他的分类方法： 按功能来分： 温度控制系统、 按功能来分： 温度控制系统、速 度控制系统、 位置控系统等。 度控制系统、 位置控系统等。 按元件组成分：机电系统、 按元件组成分：机电系统、液压系 生物系统等。 统、生物系统等。
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第三节 对自动控制系统的基本性能要求
•二、 准确性由稳态误差来判定 二 指稳定系统在完成过渡过程后的稳态输出 偏离希望值的程度。开环控制系统的稳态 偏离希望值的程度。 误差通常与系统的增益或放大倍数有关， 误差通常与系统的增益或放大倍数有关， 而反馈控制系统（闭环系统） 而反馈控制系统（闭环系统）的控制精度 主要取决于它的反馈深度。稳态误差越小， 主要取决于它的反馈深度。稳态误差越小， 系统的精度越高， 系统的精度越高，它由系统的稳态响应反 映出来。 映出来。 稳态误差=输出希望值 输出希望值-实际值 稳态误差 输出希望值 实际值
﹢U
减速器
水槽 水位H
浮子
﹣U 电机
出水量
液面位置的自动控制过程
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第二节 自动控制系统的分类
一、按描述系统的数学模型不同来分类
1、线性系统 特点：系统由线性元件构成， 特点：系统由线性元件构成，描述运动规律的数学模型为线性 微分方程。运动方程一般形式： 微分方程。运动方程一般形式：
式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量 式中： 系统输入量； 系统输出量 系统输入量 主要特点是具有叠加性和齐次性。 主要特点是具有叠加性和齐次性。 叠加性和齐次性
第三节 开环控制与闭环控制系统
举例2:压下装置位置控制系统——自动控制 举例2:压下装置位置控制系统——自动控制 2:压下装置位置控制系统——
见黑板
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• 作业：习题1-5、1-6 作业：习题 、
• 谢谢大家！
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控制器
被控制 对象
输出量
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第一节 开环控制与闭环控制
二.闭环控制：是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有 闭环控制： 反向联系的控制过程。 反向联系的控制过程。 主要特点： 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰； 主要特点 • 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；
• 低精度元件可组成高精度系统； 低精度元件可组成高精度系统； • 因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。 因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。
控制方式： 反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式： 控制方式 • 反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反
负反馈。我们所讲述的反馈系统如果无特殊说明， 馈，负反馈。我们所讲述的反馈系统如果无特殊说明， 一般都指负反馈。 一般都指负反馈。
闭环控制 典型方框图 扰动 被控制 对象 输出 量 3
220
电热丝
+
控制过程： 控制过程：
期望温度 _ 电压 放大器 功率 放大器 电机、减速器、 电机、减速器、 调压器 实际温度
炉子
热电偶
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举例2:液面位置控制系统 举例2:液面位置控制系统 2:液面位置
控制目标：要求水槽的水位恒定在期望的数值上。 控制目标：要求水槽的水位恒定在期望的数值上。
入水量
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tr tp
ts
第三节 对自动控制系统的基本性能要求
超调量
它是说明系统阻尼性即振荡性的，阻尼大则振荡小。 它是说明系统阻尼性即振荡性的，阻尼大则振荡小。 对于稳定系统而言， 对于稳定系统而言，第一次超调量为输出最大超调 取其为性能指标之一， 量，取其为性能指标之一，即：
σp =
c (t p ) − c ( ∞ ) c (∞ ) × 100%
输入量
-
控制器
第一节 开环控制与闭环控制
• 三.闭环系统的组成 闭环系统的组成: 闭环系统的组成
• 控制器：对被控对象起控制作用装置的总体 控制器：对被控对象起控制作用装置的总体. • 被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。 被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。 • 输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控 输出量：表现于控制对象或系统输出端， 制的物理量。 制的物理量。 • 输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预 输入量：作用于控制对象或系统输入端， 定功能或预定输出的物理量。 定功能或预定输出的物理量。 • 扰动：所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素， 扰动：所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素， 称为干扰量或扰动量。 称为干扰量或扰动量。 扰动N(s) 扰动
受信仪
• •
放大器 _
电机 校正装置
减速器
_
检测装置
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第二节 自动控制系统的分类
三、按系统传输信号的性质来分类 1、连续控制系统
特点：系统各部分信号都是模拟的连续函数。 特点：系统各部分信号都是模拟的连续函数。目前工业 中普遍采用的常规仪表PID调节器控制的系统。
2、离散控制系统
特点： 特点：系统的某一处或几处信号以脉冲序列或数码形式 传递的控制系统。 传递的控制系统。系统中用脉冲开关或采样开关，将连续 信号转变为离散信号。其中离散信号以脉冲形式传递的系 统又叫脉冲控制系统，离散信号以数码形式传递的系统又 叫数字控制系统。
R( s)
控制器 被控对象
C (s)
测量元件
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第一节 开环控制与闭环控制
*.控制器的组成: *.控制器的组成: 控制器的组成
尽管控制系统不同，控制器的复杂程度各异，但基本组成是相似的， 尽管控制系统不同，控制器的复杂程度各异，但基本组成是相似的，即 控制器的基本组成为：(1)比较元件 (2)放大元件 (3)执行元件 比较元件； 放大元件； 执行元件； 控制器的基本组成为：(1)比较元件；(2)放大元件；(3)执行元件；(4) 校正元件；(5)测量元件 测量元件。 校正元件；(5)测量元件。
第一章
自动控制系统慨述
1 开环控制与闭环控制 2 自动控制系统的分类 3 对自动控制系统的基本性能要求
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第一节 开环控制与闭环控制
一.开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向 开环控制： 作用而没有反向联系的控制过程。 作用而没有反向联系的控制过程。 主要特点： 主要特点 • 输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现； 输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；
• 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； • 系统的稳定性不是主要问题；