自动控制演示文稿1

R( s)
-
放大 整形
串联 校正
-
变换 放大
并联校正
执行 元件
被控 对象
C (s)
测量元件
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退出
对控制系统的一般要求
为了实现自动控制的基本任务， 为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为 提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响 提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响 应来满足的。例如， 应来满足的。例如，用单位阶跃信号的过渡过程及稳态的一些特征值来表 示。
7
退出
4 闭环系统的组成及性能要求
闭环系统举例: 1 恒值系统
比较 元件
放大 元件 电机 放大 执行 电机 反馈元件
执行 元件
R( s)
电压电流 放大
减速器
ω
被控 对象
C ( s)
Ui
8
退出
闭环系统举例:
2 恒值系统
比较 元件
放大 元件 电机 放大机 执行 电机
执行 元件
被控 对象
θg
自整 角机
控制方式： 控制方式
按给定值 控制的原 理方框图 给定 值
按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。 按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定 的给定值对应一定的输出量。 的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系 统事先的调整精度。 统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性 参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉， 参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用 于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合, 于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合,如自动售货 自动报警器， 机，自动报警器，自动流水线等。
σp =
退出
c(t p ) − c(∞) c (∞ )
× 100%
12
12
单位阶跃响应 仿真MATLAB MATLAB模型 仿真MATLAB模型
s2+2s+12 Step1 Scope out
• 过度过程时间 过度过程时间ts
系 统 达 到 给 定 仿真输出 区所需的时间。 △ 区所需的时间 。 这个指标反映系 统的惯性， 统的惯性 ， 即响 应 速 度 。 •上升时间 tr 上升时间 从原始状态开 始 ， 第一次达到 单位阶跃响应的 时间， 时间 ， 对系统要 求概括一句话 稳定好， 为 ： 稳定好 ， 动 作快， 精度高。 作快 ， 精度高 。
2
退出
2 自动控制方式
开环控制： 开环控制：开环控制是指控制器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。 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；
放大器及 串联校正
减速器
发射架
θ
反馈元件
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退出
闭环系统举例:
3 恒值系统
比较 元件 放大整 形电路 80C196 单片机 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
电阻炉
T
f (t )
测量 元件
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闭环系统的组成 :
由上述举例表明，尽管控制系统不同，复杂各异，但基本组成是类同的， 由上述举例表明，尽管控制系统不同，复杂各异，但基本组成是类同的，即闭 环系统的基本组成为：(1)比较元件 (2)放大元件 (3)执行元件 (4)校正元 比较元件； 放大元件； 执行元件； 环系统的基本组成为：(1)比较元件；(2)放大元件；(3)执行元件；(4)校正元 (5)被控对象 (6)测量元件 被控对象； 测量元件。 件；(5)被控对象；(6)测量元件。
控制器 被控制 对象 输出 量
3
退出
按扰动补偿 。这种控制方式的原理是：利用对扰动信号的测量产生控制 作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置， 作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至 被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。 被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动 以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响， 以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身 无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制 工作机械的恒速控制（ 无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀 具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。 具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。
1.4 1.2
1 +△ 1 -△
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
tr tp1
2
ts
3
4
5
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退出
扰动 被控制 对象 输出 量
控制方式： 控制方式
闭环控制 典型方框图
控制器 输入 量
退出
5
3 控制系统类型
自动控制系统有多种分 恒值系统：也称镇定系统。输出量以一定的精度 类方法。例如， 类方法。例如，按信号 等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢， 开环， 传递路径，可分为开环 传递路径，可分为开环， 扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过 程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温 闭环等控制系统 等控制系统； 闭环等控制系统；按系 系统，石油部门的恒压系统等。 统使用的能源可分为机 统使用的能源可分为机 随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化 电气， 械，电气，液压和气动 的系统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统 控制系统。此外， 控制系统。此外，还可 的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先 不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控 以按系统的功用和性能 制系统等。 进行分类。 进行分类。 程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是 按系统功用分类， 按系统功用分类，主要 根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制 系。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道 可分为以下三类： 可分为以下三类： 导弹的程序控制系统等。
自动控制 原理
1 2 3 4
第一章 概论
自动控制与自动控制系统 自动控制方式 控制系统类型 闭环系统的组成及性能要求
1
退出
1 自动控制与自动控制系统
自动控制：在无人直接参加的情况下， 自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控 对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。 对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。 自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成， 自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某 种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体， 种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象 进行自动控制。 进行自动控制。 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。 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，称做控制装置 或控制器。 或控制器。 输出量：表现于控制对象或系统输出端， 输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控 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， 输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预 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。
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退出
按系统性能分类， 按系统性பைடு நூலகம்分类，主要 可分为以下三类：
定常系统和时变系统：控制系统的参数如果在工 作过程中不随时间而变化，那么这类系统称为定 常系统。如果系统在工作期间其参数变化不能忽 略其对系统工作的影响，则这种系统成为时变系 统。不包括非线性的时变系统称为线性时变系统。 线性系统的特点，可以应用叠加原理。用非线性 方程描述的时变系统成为非线性时变系统。 连续系统和断续系统：如果系统中传递的信号都 是时间的连续函数，则称为连续系统，系统中只 要有一个传递的信号是时间上断续的信号，则称 为断续系统，或采样系统,或离散系统。例如， 图1-1和图1-2所示的系统一般可认为是连续系统， 而计算机控制系统一定是断续系统。 有差和无差系统：若系统在给定输入量或扰动输 入量的作用下，存在稳态误差则称为有差系统； 不存在稳态误差的系统，则称为无差系统。
测量装置
扰动
控制器
被控制 对象 输出 量
按扰动补偿 的原理方框图
退出
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闭环控制： 闭环控制：是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向 联系的控制过程。 联系的控制过程。 主要特点： 主要特点
输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰； 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。 反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式： 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。
• 稳定性
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， 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， 做到，我们就认为该系统是稳定的，这是对反馈控制系统提出的最基本要 求。 • 精度要求 以输入阶跃信号为例，单位阶跃响应如图1- 所示 所示。 以输入阶跃信号为例，单位阶跃响应如图 -7所示。精度要求一般以稳态 误差表示，既实际输出C（ ）与期望值之差是否进入允许误差区△ 误差表示，既实际输出 （t）与期望值之差是否进入允许误差区△, σ P . • 超调量 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， 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， 第一次超调量为输出最大超调量，取其为性能指标之一， 第一次超调量为输出最大超调量，取其为性能指标之一，即：