控制系统导论-PPT

经典控制理论与现代控制理论比较:
• 经典控制理论
研究对象:单输入、单输出系统 数学模型与工具:微分方程→传递函数 研究内容:确定模型,系统分析,系统设计
• 现代控制理论
研究对象:多输入、多输出系统 数学模型与工具:状态方程→传递矩阵 研究内容:最优控制,系统辨识,自适应类
线1、性线系性统系—统可与用非线线性性微系分统方程或差分方程描述。
2、定线常性系系统统与重时要变系特统性—叠加性,均匀性 非定时非线常 变方线线性系 系程性性系统 统或系系:;统差统统参 参分—特中数 数方y描点各不就程述元随是—。系件时时统特间间得系性变t 运数均化得动为函随方直数变程线量为，大非y如小线性而微变分化
r 电位计式桥路 us
给定值
〉 ua 电动机构 工作机械
（执行、对象）
被控量 c
(三)液位自动控制系统
液位控制系统
控制器
Q1
浮子
c
用水开关
Q2
电位器
减速器
电动机
SM
if
§1-3 自动控制系统中得常用术语
扰动
比较环节
n
参考输入
偏差 控制环节 控制量 被控对象
e
Gc
u
G0
输出 c
主反馈 b
反馈环节 H
一、自动控制系统组成
热力系统自动控制流程图
人工控制
自动控制系统方框图
系统组成:
• 被控对象 • 测量元件 • 控制装置 • 执行机构
二 、控制得基本方式 1、开环控制
开环控制之一:按给定值操作
给定值 计算
执行
干扰 被控量
被控对象
• 信号由给定值至被控量单向传递; • 抗干扰能力差,不能保证控制精度。
物理量(或工作状态)自动地
按照预定得规律运行。
• 自动控制原理---自动控制技术得基础理论。
• 自动控制系统--- 为实现控制目得,由相互制 约得各部分按一定规律组成得 具有特定功能得整体。
自动控制得发展简史
经典控制理论
20世纪40年代“经典控制理论(Classical control theory)” 正式诞生,代表作就是维纳(Wiener)1948年发表得《控制论》 (Cybernetics or Control and munication in the Animal and Machine)。经典控制理论以传递函数为数学工具,研究 对象主要就是单输入单输出线性得一类自动控制系统
热电偶
指定电位计 ur
uT
<
T
工件
u
V
u0
煤气
电动机 阀门
烘炉
混 合 器
空气
烘炉温度控制系统功能方框图
（计算）
ur
比较线路
（给定指令）
uT
工件 环温
u 放大器 ua 电动机 烘炉 T（被控量）
（对象）
放大器
热电偶
(二)位置随动系统
原理图:
电位计
ur
uc
r
工作机械
c
〉 us
ua
m
ia
电动机
方框图控: 制任务步:使转工动作,即机θ构c(跟t)=随θr指(t)令干机扰构力同矩
测量
系统输出对控制作用 • 测量得就是被控量有; 直接影响--闭环系统 • 只要被控量出现偏差,系统就自动纠偏; • 控制精度高。
闭环控制得缺点:
1)结构复杂、成本高; 2)由于反馈得存在,使控制系统可能出现“振
荡”。
3、复合控制
补偿装置
干扰
给定值 比较、计算 执行
受控对象
被控量
测量
闭环控制与补偿控制相结合 在闭环基础上增加一个干扰得补偿控制, 提高系统抗干扰能力。
系统,位置控制系统
• 按系统元件组成分:机电系统,生物系统,液
压系统
• 按不同得控制理论分支设计得新型 控制系统分:最优控制系统,自适应控制系统,
模糊控制系统,神经网络控制系统
§1-5 对控制系统得基本要求
一、稳定性 • 系统稳定就是系统正常工作得基本条件
二、快速性 • 在稳定得前提下,希望控制过程进行得越快越好
三、准确性
• 要求动态误差与稳态误差都越小越好
系统要求(或希望)得输出量与实际 输出量之差称为误差;
动态误差就是过渡过程中实际输出 与期望值间得偏差;
稳态误差表示到达平衡状态(过渡 过程结束)得精度。
§1-6 本门课程得主要内容
• 建立系统得数学模型 • 控制系统得分析法
时域分析 频率特性分析 • 控制系统得校正 • 离散控制系统 • 非线性控制系统理论
用于自动化流水线控制,如包装机等
开环控制之二:按干扰补偿
测量
计算
执行
干扰 被控量
被控对象
干扰经测量、计算、执行至被控量单向传递
测量得就是干扰,利用干扰产生控制作用,以补偿干扰 得影响
用于机械加工得恒速控制等
2、闭环控制
闭环控制也称反馈控制,或按偏差调节。
干扰
给定值 比较、计算 执行
被控对象 被控量
§1-4 自动控制系统得分类
一、按输入信号特征分类 (1)恒值控制系统(或定值控制系统) (2)程序控输制入信系号统就是一个恒定得数值。 (3)随何动克主服输系要这入研统些信究(伺干号各扰就服种,是干系使一扰输统个对出)已系量知统尽得输量时出保间得持函影在数响所,以设系及定统如得
得迅给输控速定出制准值量过确上跟程地输。随按复入给预现信定定给号量得定就变程量是化序。一。进个行未,知要函求数被,控要量求能
不满足叠加原理
o
x
ox
三、按系统传输信号得性质分类
1、连续系统
▪系统中各元件x得(t) 输入量与输出量均为时间
t得连续函数;
tn
▪运动规律可用微o 分方t1 t程2 t描3 t述4 。
t
2、离散系统
▪系统中只要有一个地方得信号就是脉冲序 列或数字编码;
▪运动规律可用差分方程描述。
其它分类方法
• 按I/O信号数量分:SI/SO , MI/MO • 按控制系统功能分:温度控制系统,速度控制
现代控制理论
20世纪60年代现代控制理论Modern control theory”以状态 空间法为基础,主要研究多输入多输出、时变、非线性控制 系统得分析与设计问题。
大系统理论
20世纪70年代, 自适应控制理论、鲁棒控制;主要处理 动态、多输入多输出、结构复杂得系统
智能控制 神经网络、模糊控制、专家系统
控制系统导论
第一章 控制系统导论
§1-1 概述 §1-2 自动控制得基本方式 §1-3 自动控制系统中得常用术语 §1-4 自动控制系统得分类 §1-5 对控制系统得基本要求 §1-6 本门课程得主要内容
§1-1 概述
机器、设备 或生产过程
• 自动控制---在没有人直接参与得情况下,
通过控制器使被控对象得某一
大家有疑问得,可以询问与交流
可以互相讨论下,但要小声点
人反 测工馈量职控能制图应具备三条观察基本功能:干扰
预比期较目标分析
分析决策
执行
执行 工作对象
参与控制得信号来自观察三条通道:
实际结果
给定值,干扰与被控量
自动控制方框图
干扰
测量
给定值 比较、计算
执行
被控量 被控对象
测量
三、自动控制系统示例
(一)温度控制系统
本门课程得意义及在专业中得位置
• 需要有良好得数学基础及前续课程得知识; • 专业入门课程; • 一门专业基础课; • 本门课程得最终目得:
建立数学模型、分析系统、设计系统。