【全套课件】控制工程基础课件资料重点

§2. 自动控制系统的基本概念
• 自动控制系统的工作原理 • 开环控制和闭环控制 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的分类 • 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
三.控制系统的基本组成
比较元件
给定
串联校
元件 输入 + -
正元件 + -
信号xi 偏差
信号e
放大变 换元件
执行 元件
扰动
控制 对象
Ua
电 机 正转
UR
T
(>0)
(>0)
自 动 补 偿 ，T＝直 给至 定 值U，＝ 0时 止
实例分析
• 恒温箱温度自动控制系统
输入 量
给 定 元 件 UsT ＋
给 定 电位 器
)
(
U
－ UfT
U电 枢 电压 放大元件 a
(
工散 件 扰动
增热 量 减
)
U 电 炉 电 压 －Q2
执行元件 R
控 制 对象
一.自动控制系统的工作原理
• 控制系统:使受控对象的状态按照预期规 律变化
• 反馈控制的基本原理
• 测量、反馈 • 求偏差 • 纠正偏差
实例分析 .1
• 离心式飞球调速器
高压供油路
喷油泵
发动机
离心式飞球调速器
实例分析
• 恒温箱温度自动控制系统
温 度 计
加热电阻丝
调压器
～220V
恒温箱人工控制系统
• 控制工程的学科组成和学习控制工 程基础目的
• 自动控制理论的发展过程
控制工程的学科组成和学习控制 工程基础目的
自动控制理论的发展过程
1765年蒸汽机
1788年离心式 飞球调速器
二次世界大仗 期间的发展
1868年麦克斯威尔 “反馈控制”
30年代奈奎斯特稳 定性判据
伯德负反馈放大器
20世纪20年代劳 斯线性系统稳 定性的判据
输出 信号
x0
并联校 正元件 局部反馈
主反馈信号xb
反馈 元件
主反馈
典型的反馈控制系统框图
§2. 自动控制系统的基本概念
• 自动控制系统的工作原理 • 开环控制和闭环控制 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的分类 • 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
四. 控制系统的分类
• 给定量的运动规律分（输入）：恒值系统、程 序控制系统、随动系统
• 前后课程
– 前续课程《高等数学》、《工程数学》 – 相关课程《理论力学》、《机械设计》、《液压传动》、《电路理论》、《模拟、数字电子技术》、
《电机拖动基础》 、《计算机技术 》 – 后续课程《现代控制理论》、《计算机控制系统》
• 内容与结构 • 学习方法
– 复习和综合运用已学知识 – 注意运用已学知识解决实际问题 – 课程比较抽象和概括，注意物理概念的理解，既要结合实际又要善于思考 – 多看参考书 – 重视习题
• 输入输出数量（信号数量）：单变量、多变量
§2. 自动控制系统的基本概念
• 自动控制系统的工作原理 • 开环控制和闭环控制 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的分类 • 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
五. 控制系统的基本要求：
• 稳、准、快
– 稳定性：由于系统存在惯性，当系统的各个参数匹配 不妥时，将会引起系统的振荡而失去工作能力。稳定 性是系统工作的首要条件。
给定信号
usT
比较 ⊿u
执行电动机 减速器
ufT
T
电热偶 加热电阻丝
电压 功率 放大器 放大器
调压器
恒温箱自动控制系统
～220V
实例分析
• 恒温箱温度自动控制 系统
电
电
转
wenku.baidu.com
转
电
U sT ＋
U －
压 电 压放 大
功率 压 放大
角 电 动机
角 减 速器
压 调 压器
电炉
T
UfT
热 电偶
T
UfT
U＝(UsT－UfT)
课程简介
• 教材及参考资料
– 《控制工程基础》第三版孔祥东、王益群主编，机械工业出版社 – 《自动控制原理》第四版 胡寿松主编，科学出版社 – 《机械控制工程基础》 朱骥北主编，机械工业出版社 – 《现代控制工程》 Katsuhiko Ogata 著，卢伯英 于海勋译，电子工业出版社 – 自动控制原理》 周其节主编，华南理工大学出版社 – 《自动控制原理》 李友善主编，国防工业出版社 – 有关Matlab软件的工具书
1948年维纳:信息、反 馈与控制三要素
1954年钱学森发 表工程控制论
50年代末 <<现代控制理论>>
当前:智能化、自适应、自主控制等 向非工程领域扩展（如生物系统、医
学系统、经济系统、社会系统等）
§2. 自动控制系统的基本概念
• 自动控制系统的工作原理 • 开环控制和闭环控制 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的分类 • 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
– 准确性：输出量与给定量之间的偏差，随时间变化的 程度，称动态精度偏差；调整过程结束后的偏差，称 静态精度偏差。
– 快速性：在系统稳定的前提下，消除偏差过程的快速 程度。
• 性能指标形式：
– 时域性能指标 – 频域性能指标 – 综合性能指标（最优性能指标）
• 开环控制系统：系统的输出端和输入端之间不存在 反馈回路，输出量对系统的控制没有影响。
– 特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精 度低、抗干扰能力差。
• 闭环控制系统：又称反馈控制系统，系统的输出端 和输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接 影响。
– 特点：精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。
放大器
电动机、减速器、调压器 电炉
(
反馈 量
)
检 测 元件 反 馈 回路
热电偶
T炉 温 (输 出 量 )
§2. 自动控制系统的基本概念
• 自动控制系统的工作原理 • 开环控制和闭环控制 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的分类 • 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
二.开环控制和闭环控制
• 作业和考试
第一章 绪论
• §1. 概述
– 自动控制的学科组成和学习自动控制的目的 – 自动控制理论的发展过程
• §2. 自动控制系统的基本概念
– 自动控制系统的工作原理 – 开环控制和闭环控制 – 控制系统的基本组成 – 控制系统的分类 – 控制系统的基本要求 – 自动控制系统实例分析
§1. 概述
• 系统线性特性分（模型）：线性、非线性
an
d
n yt
dt n
an 1
d n1yt
dt n1
an 2
d
n2 yt
dt n2
a0
yt
bm
d mxt
dt m
bm 1
d m1xt
dt m1
bm 2
d m2xt
dt m2
b0 xt
• 参数是否变化分（结构）：时变、定常
• 系统信号类型分（信号形式）：连续、离散、 混合