自动控制原理ppt-96-14
自动控制原理教学ppt
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
自动控制原理ppt
自动控制原理ppt自动控制原理是现代工程技术中的重要组成部分，它涉及到自动化技术、控制理论、电子技术等多个学科的知识。
在工程领域中，自动控制原理的应用非常广泛，涉及到工业生产、交通运输、航空航天、医疗设备等诸多领域。
因此，了解自动控制原理的基本概念和相关知识对于工程技术人员来说至关重要。
首先，我们来了解一下自动控制原理的基本概念。
自动控制系统是指能够根据给定的规律或者事先确定的要求，自动地对被控对象进行控制的系统。
它由输入、控制器、被控对象和输出四个基本部分组成。
输入是系统接收的控制信号，控制器是根据输入信号产生控制作用的部分，被控对象是控制器所控制的对象，输出是被控对象的响应信号。
自动控制原理研究的是自动控制系统的设计、分析和实现方法。
在自动控制原理中，控制系统的性能指标是评价控制系统性能好坏的重要标准。
常见的性能指标包括稳定性、灵敏度、动态性能和稳态性能等。
稳定性是指系统在外部扰动作用下，能够保持稳定的能力。
灵敏度是指系统对参数变化或者干扰的敏感程度。
动态性能是指系统对输入信号的响应速度和跟踪能力。
稳态性能是指系统在稳定工作状态下的性能表现。
这些性能指标对于设计和分析控制系统非常重要，能够直接影响到控制系统的实际应用效果。
在实际工程中，控制系统的设计和实现离不开控制器的选择和设计。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器以及它们的组合形式。
比例控制器能够根据误差的大小来产生控制作用，积分控制器能够根据误差的累积值来产生控制作用，微分控制器能够根据误差的变化率来产生控制作用。
不同类型的控制器在实际应用中有着不同的特点和适用范围，工程技术人员需要根据实际情况进行选择和设计。
除此之外，现代自动控制系统中智能控制技术的应用也越来越广泛。
智能控制技术是利用人工智能、模糊控制、神经网络等技术来实现对被控对象的智能化控制。
相比传统的控制方法，智能控制技术能够更好地适应复杂、不确定的控制环境，提高控制系统的性能和稳定性。
自动控制原理课件
自动控制原理课件
自动控制原理是指通过测量和比较系统的实际输出与期望输出之间的差异，并根据差异来调整系统的输入，以实现对系统的自动控制。
自动控制原理主要包括了以下几个方面的内容：
1. 反馈控制：通过测量系统的实际输出，并与期望输出进行比较，从而调整系统的输入，使得系统的实际输出逐渐趋近于期望值。
2. 控制器设计：根据系统的特性和控制要求，设计控制器来实现对系统的自动调节。
控制器可以是简单的比例控制器，也可以是更复杂的PID控制器等。
3. 系统建模：通过对系统进行建模，可以对系统的动态特性进行分析和预测，为控制器的设计和参数调节提供依据。
4. 系统响应分析：对系统的输入和输出进行分析，了解系统的动态响应特性，包括稳态误差、阶跃响应、频率响应等。
5. 鲁棒控制：考虑到系统模型的不确定性和外部扰动的影响，设计鲁棒控制器来提高系统的鲁棒性和稳定性。
自动控制原理广泛应用于各个领域，包括工业控制、机器人控制、航空航天等，以及日常生活中的自动化系统，如空调、洗
衣机等。
通过自动控制的原理，可以提高系统的效率、稳定性和可靠性，减少人工操作和管理的工作量。
自动控制原理(全套课件)
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
《自动控制原理》PPT课件
pi）
0
即K*=0时：闭环极点 si＝开环极点pi
当K*→∞时，闭环特征方程 ：
m
(s
i 1
zi )
1 K*
n
(s
i 1
pi）
0
K*→∞
m
(s
i 1
zi
)
0
即K*→∞时，闭环极点 si＝开环零点zi
当m 时n， 有n-m 条的终点在无穷远点
n
n
K*
s
i 1 m
pi
i 1
s
zi
K*
lim
s
s
i 1
m
s
i 1
pi zi
lim snm s
12
说明：
1）有限开环零、极点：zi，pi 无限开环零、极点：∞
根轨迹起于开环极点，终于开环零点
2）在绘制其他参数根轨迹时，可能会出现 m＞n 的情况，
H(s)
其中：Mi (s) (s zi1 )( s zi2 ); Ni (s) (s pi1 )( s pi2 ) i 1,2
开环零点：M1(s)M2(s) 0 开环极点：N1(s)N2(s) 0
闭环传递函数：s
K1 M1 ( s) N 2 s
K*M1(s)M2(s) N1(s)N2(s)
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
自动控制原理课件ppt
传感器
检测系统的状态或参数，并将 检测结果转换为电信号传输给
控制器。
调节机构
根据控制器的指令调整系统的 参数或结构，以实现系统的稳
定和性能优化。
02
控制系统基本概念
系统稳定性
01Biblioteka 0203稳定性的定义
一个控制系统在受到扰动 后能够回到原始状态的能 力。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可 以分为渐近稳定、指数稳 定和不稳定三种类型。
闭环控制系统
系统的输出反馈到输入端，通过反馈 控制提高控制精度。
03
控制系统的数学模型
传递函数
定义
传递函数是描述线性定常系统动 态特性的数学模型，它反映了系 统输出与输入之间的函数关系。
形式
传递函数通常表示为有理分式的 形式，即 G(s) = num(s)/den(s) ，其中 s 是复变量，num(s) 是 分子多项式，den(s) 是分母多项
参数优化
根据系统性能指标，调整控制器的参数，以实现更好的控制效果 。
结构优化
对控制系统结构进行调整，以提高系统的稳定性和动态性能。
鲁棒性优化
提高系统对不确定性和干扰的抵抗能力，保证系统在各种情况下 都能稳定运行。
控制系统的调试与测试
硬件调试
对控制系统的硬件部分进行调试，确保硬件设备正常工作 。
软件调试
自动控制的应用
工业自动化
航空航天
交通运输
智能家居
自动化生产线、机器人 、自动化仪表等。
飞行器控制、卫星轨道 控制等。
自动驾驶车辆、列车控 制等。
智能家电、智能照明等 。
自动控制系统的组成
01
02
03
自动控制原理课件(精品)
控制系统的应用实例
CATALOGUE
05
总结词
工业控制系统是自动控制原理应用的主要领域之一，涉及各种生产过程的控制和优化。
总结词
工业控制系统在现代化工业生产中发挥着至关重要的作用，是实现高效、安全、可靠生产的关键。
详细描述
随着工业4.0和智能制造的推进，工业控制系统正朝着网络化、智能化、集成化的方向发展，为工业生产的转型升级提供了有力支持。
详细描述
工业控制系统的目的是实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率、产品质量和降低能耗。常见的工业控制系统包括过程控制系统、电机控制系统、机器人控制系统等。
总结词：航空航天控制系统是保证飞行器安全可靠运行的关键技术之一。
总结词：智能家居控制系统是实现家庭智能化和舒适性的重要手段。
THANKS
准确性的提高方法
通过减小系统误差、优化控制算法和采用高精度传感器等手段，可以提高控制系统的准确性。
控制系统的分析与设计
CATALOGUE
04
系统分析方法用于评估系统的性能和稳定性，通过分析系统的响应和频率特性等指标来评估系统的性能。
总结词
系统分析方法包括时域分析法和频域分析法。时域分析法通过分析系统的阶跃响应、脉冲响应等时域指标来评估系统的性能和稳定性。频域分析法则通过分析系统的频率特性，如幅频特性和相频特性，来评估系统的性能和稳定性。
VS
闭环控制系统是一种控制系统的类型，其控制过程不仅取决于输入和系统的特性，而且还受到输出反馈的影响。闭环控制系统通过将输出量反馈到输入端，形成一个闭合的回路，从而实现对系统的精确控制。
闭环控制系统具有较高的精度和稳定性，因为它的输出会根据实际情况进行实时调整。但是，闭环控制系统的结构比较复杂，需要解决一些稳定性问题。
自动控制原理 ppt课件
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12
美国的“铺路爪”雷达
——相控阵雷达
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13
自动控制理论的开端
• 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论 文指出：
• 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统 分析控制的不稳定。
• 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定 性，从而分析实际系统是否会出现不稳定现 象。这样，控制系统稳定性的分析，变成了 判别微分方程的特征根的实部的正、负号问 题。
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30
ppt
31
炉温控制系统方框图
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32
+ RP1 ug R0 R0
R1
- + uc
+
udo
M
-
-ut
RP2
TG
+
直流电机调 速系统
扰动
给定 ug
ue 放大器
触发器
晶阐管可 udo 电动机
n
装置
(-)
控制装置
控整流器
受控对象
ut
转速反
馈装置
方框图
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33
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34
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35
关键点：
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23
第一章 自动控制的一般概念
• 实例（示意图）
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人工（手动）控制：
（1）对象：储液系统 （2）目标：液位 （3）眼睛：观察
液位变化 （4）大脑：分析、比
较、判断 （5）手/脚：动作执行
24
• 实例（示意图）
信号驱动设备
传 感 器
信号
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自动控制：
（1）对象：储液系统 （2）目标：液位 （3）传感器：检测
液位变化 （4）控制器：控制功能 （5）执行器：完成控制
自动控制原理课件ppt
03
非线性控制系统
非线性控制系统的特点
非线性特性
01
非线性控制系统的输出与输入之间存在非线性关系，
如放大器、继电器等。
复杂的动力学行为
02 非线性控制系统具有复杂的动力学行为，如混沌、分
叉、稳定和不稳定等。
参数变化范围广
03
非线性控制系统的参数变化范围很广，如电阻、电容
、电感等。
非线性控制系统的数学模型
线性控制系统的性能指标与评价
性能指标
衡量一个控制系统性能的好坏，需要使用一些性能指标，如响应时间、超调量、稳态误差等。
性能分析
通过分析系统的性能指标，可以评价一个控制系统的优劣。例如，响应时间短、超调量小、稳态误差小的系统性能较 好。
系统优化
根据性能分析的结果，可以对控制系统进行优化设计，提高控制系统的性能指标。例如，可以通过调整 控制器的参数，减小超调量；或者通过改变系统的结构，减小稳态误差。
。
采样控制系统的数学模型
描述函数法
描述函数法是一种分析采样控制系统的常用方法，通过将连续时间 函数离散化，用差分方程来描述系统的动态特性。
z变换法
z变换法是一种将离散时间信号变换为复平面上的函数的方法，可 用于分析采样控制系统的稳定性和性能。
状态空间法
状态空间法是一种基于系统状态变量的方法，可以用于分析复杂的采 样控制系统。
航空航天领域中的应用
总结词
高精度、高可靠性、高安全性
详细描述
自动控制原理在航空航天领域中的应用至关重要。例如 ，在飞机系统中，通过使用自动控制原理，可以实现飞 机的自动驾驶和自动着陆等功能，从而提高飞行的精度 和安全性。在火箭和卫星中，通过使用自动控制原理， 可以实现推进系统的精确控制和姿态调整等功能，从而 保证火箭和卫星能够准确地进行轨道变换和定点着陆。
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§4.2 绘制根轨ห้องสมุดไป่ตู้法的基本法则
法则1 根轨迹的起点和终点：
法则2 根轨迹的分支数，对称性和连续性 法则3 实轴上的根轨迹
两个极点，一个零点时根轨迹的绘制
自动控制原理
本次课程作业
(14)
4—1
s pi
i 1, 2, n
s p1 s pn K s z1 s z m
*
s n m 1
p p1 1 n s s zm z 1 1 1 s s
s zj
s
j 1, 2, m
§4.2
绘制根轨迹的基本法则（2）
根轨迹的分支数=开环极点数；根轨迹连续且对称于实轴。
自动控制原理
西北工业大学自动化学院
自动控制原理教学组
自动控制原理
本次课程作业
(14)
4—1
自动控制原理
（第 14 讲）
§4 根轨迹法
§4.1 根轨迹法的基本概念 §4.2 绘制根轨迹的基本法则 §4.3 广义根轨迹 §4.4 利用根轨迹分析系统性能
自动控制原理
（第 14 讲）
§4.1 根轨迹法的基本概念 §4.2 绘制根轨迹的基本法则
一般情况下
*
根轨迹方程（2）
K
*
K ( s z1 )( s zm ) G( s ) H ( s) ( s p1 )(s p2 )( s pn )
( s ) G( s) 1 G( s) H ( s)
*
(s z )
i 1 i j
m
(s p )
j 1
§4.2
绘制根轨迹的基本法则（1）
根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点；如果开环零点个数 少于开环极点个数，则有 n-m 条根轨迹终止于无穷远处。
法则1 根轨迹的起点和终点：
s p1 s pn K s z1 s z m
*
s n m 1
p p1 1 n s s 0 z z 1 1 1 m s s
自动控制原理课程的任务与体系结构
§4
根轨迹法
根轨迹法: 三大分析校正方法之一
特点： （1）图解方法，直观、形象。
（2）适用于研究当系统中某一参数 变化时，系统性能的变化趋势。 （3）近似方法，不十分精确。
§4.1 根轨迹法的基本概念 根轨迹：系统某一参数由0 → ∞变化时，l在
s平面相应变化所描绘出来的轨迹。
法则2 根轨迹的分支数，对称性和连续性： 法则3 实轴上的根轨迹：
从实轴上最右端的开环零、极点算起，奇数开环零、 极点到偶数开环零、极点之间的区域必是根轨迹。
§4.2
绘制根轨迹的基本法则（3）
例3 某单位反馈系统的开环传递函数为
，证明复平面的根轨迹为圆弧。 K 2K * K * ( s 2) G( s ) s( s 1) v 1 D( s) s( s 1) K * ( s 2) s 2 (1 K * )s 2K *
s1, 2 (1 K * ) (1 K * ) 2 8 K * 2
8 K * (1 K * ) 2 (1 K * ) j j 2 * 2 (1 K ) K * 2 1 2 8 K * (1 K * )2 8( 2 1) 4 2 2 2 4 2 4 4 2 2 4 4 2 2 ( 2) 2 2 2 * K d1 0.1716 * 2 * *2 * (1 K ) 8K K 6K 1 0 * K d 2 5.828
j 1 i 1 n
m
zi pj
(s z ) (s p )
j 1 j i 1 n i
m
1
— 模值条件
G( s ) H ( s ) ( s zi ) ( s p j ) (2k 1)
i 1 j 1
— 相角条件
§4.1.4
解. 模值条件 相角条件
根轨迹方程（3）
例2 判定si是否为根轨迹上的点。
§4.1.4
根轨迹方程（4）
• 对s平面上任意的点，总存在一个 K*，使其满足模值 条件，但该点不一定是根轨迹上的点。 • s平面上满足相角条件的点（必定满足幅值条件） 一定在根轨迹上。 满足相角条件是s点位于根轨迹上的充分必要条件。 • 根轨迹上某点对应的 K* 值，应由模值条件来确定。
§4.1.4
K* G( s ) s p G( s) ( s ) 1 G( s) 1 G( s ) 0
G( s ) 1
根轨迹方程（1）
根轨迹方程及其含义
K* G( s) 1 s p G ( s ) ( s p) ( 2k 1)
§4.1.4
§4.1.1
根 轨 迹
例1 系统结构图如图所示，分析 l 随开环增益K 变化的趋势。
K K * 2K 解. G( s) s(0.5s 1) s( s 2)
K : 开环增益 K*: 根轨迹增益
C ( s) K* ( s ) 2 R( s ) s 2 s K *
D( s) s 2 2s K * 0
l1, 2 1 1 K *
§4.1.2
根轨迹 —— 系统性能
D( s) s 2 2s K * 0
l1, 2 1 1 K *
1
0 1
§4.1.3
闭环零点与开环零、极点之间的关系
系统结构图如图所示，确定闭环零点
闭环零点=前向通道零点+反馈通道极点 闭环极点与开环零点、开环极点及 K* 均有关
n
K ( s z1 )( s zm ) G( s ) H ( s ) 1 ( s p1 )(s p2 )( s pn )
K * s z1 s zm G( s ) H ( s) K* s p1 s p2 s pn
m n
K K*
§4.2
绘制根轨迹的基本法则（4）
，证明复平面的根轨迹为圆弧。
例3 某单位反馈系统的开环传递函数为
系统性能分析
§4.2
绘制根轨迹的基本法则（5）
则复平面的根轨迹一定是以该零点为圆心的圆弧。
定理：若系统有2个开环极点，1个开环零点，且在复平面存在根轨迹，
课程小结
§4.1 根轨迹法的基本概念
根轨迹 闭环零点与开环零极点之间的关系 根轨迹方程