自动控制系统概述.ppt
合集下载
自动控制系统概述ppt课件
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时 的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也 经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
执行器
液位自动控制系统方框图
每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭 头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离 开方框的为环节输出。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直 接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
自动控制系统概述
自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象 或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量 的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正 常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象 或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量 的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正 常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
自动控制系统ppt课件
(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有 N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期
令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角
因为从原点始只有半个三角波
因为输出电压波形 负半波左右对称,是一个奇 次周期函数
把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个 脉冲的起始和终止相位角
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型
定性分析 建立数学模型
定量分析
定性分析
对系统校正 工程实践
对系统校正
称心？
N
Y 工程实践
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术
后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
§7-1变频调速的基本控制方 式
电机调速时希望磁通量Φm为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1Φm f1------定子频率 KN1---基波绕组系数 N1-----定子每相绕组串联匝数 Φm ----每极气隙磁通量(Wb)
一.基频以下调速
f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，
例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型 描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型 变量各阶导数为零的条件下。
二:直接变频装置(AC-AC)
自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象及 测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平 衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态 值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再 越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过 渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有 的规定为±２％）。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
第四节 过渡过程和品质指标
举例 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
自动控制原理课件：自动控制系统概述
本章思考题：
• 自动控制的实质是什么？ • 闭环控制的结构使得其具有哪些优缺点？ • 对自动控制系统的基本要求有哪些？
随动系统与自动调整系统 线性系统与非线性系统 连续系统和离散系统 单输入单输出系统和多输入多数出系统
1.5 自动控制系统的基本要求 稳定性 稳态性能指标 暂态性能指标
经典控制理论的主要分析方法:时域分析，频域分析
1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
进行数字仿真实 验在某种意义上比理 论和试验对问题的认 识可以更为细致，不 仅可以了解问题的结 果而且可以通过设定 仿真条件等方式连续 动态、重复地显示控 制系统发展演化的中 间过程，方便了解直 观试验不易观测到的 整体与局部细节过程。
自动控制系统概述
目 录
CONTENTS
1.1 引言 1.2 开环控制和闭环控制 1.3 闭环自动控制系统的基本组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 自动控制系统的基本要求 1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
1.1 引言
自动控制的基本概念
自动控制 自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和
闭环控制的特点
控制器与被控对象之间既有信号的正向作用，又 有信号的反馈作用。
优点：抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。
缺点：设计不合理时，将出现不稳定。在开控制器 2-控制对象 3-检测装置
1.3 闭环自动控制系统的基本组成
1.4 自动控制系统的分类
工艺过程进行合理的调节，使期望的物理量保持恒定，或者按照一定 的规律变化。
自动控制系统 自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有
机组合体。
1.2 开环控制和闭环控制
图1-1 电炉加热系统 1-控制器（调压器） 2-被控对象（电炉箱）
《自动控制系统》课件
判定方法
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
自控原理课件第1章自动控制系统概
自控原理课件第1章自动控制 系统概
目录
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的工作原理 • 自动控制系统的性能指标 • 自动控制系统的应用领域 • 自动控制系统的发展趋势和挑战
01
自动控制系统概述
自动控制系统的定义
总结词
自动控制系统是一种无需人为干预，能够自动调节、检测、控制和决策的装置 或系统。
模块化
为了提高系统的可维护性和可扩展性，自动控制 系统正朝着模块化方向发展，将系统划分为若干 个独立的模块，每个模块具有特定的功能和接口 ，便于系统的升级和扩展。
网络化
物联网和云计算技术的广泛应用，使得自动控制 系统逐渐实现网络化，系统之间可以相互连接和 通信，实现信息共享和协同工作。
绿色环保
随着环保意识的提高，自动控制系统正朝着绿色 环保方向发展，采用节能技术和环保材料，降低 系统运行过程中的能耗和排放，减少对环境的影 响。
闭环控制系统
闭环控制系统的定义
闭环控制系统是一种通过反馈机制来调节和控制系统的输出，使 输出能够跟踪输入的变化的控制系统。
闭环控制系统的特点
闭环控制系统具有较高的控制精度和抗干扰能力，能够快速响应外 部干扰和变化。
闭环控制系统的应用场景
闭环控制系统广泛应用于各种工业控制、航空航天、机器人等领域 。
自动化控制系统应用于精准农业，实现农田的智能化管理、节水 灌溉等功能。
农业机器人
自动化控制系统在农业机器人中的应用，提高了农业生产效率和 农产品质量。
温室环境控制
通过自动化控制系统，实现对温室环境的自动调节和控制，确保 作物的生长环境适宜。
05
自动控制系统的发展趋势和挑战
发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，自动 控制系统正朝着智能化方向发展，能够自主地学 习和适应环境变化，提高系统的性能和效率。
目录
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的工作原理 • 自动控制系统的性能指标 • 自动控制系统的应用领域 • 自动控制系统的发展趋势和挑战
01
自动控制系统概述
自动控制系统的定义
总结词
自动控制系统是一种无需人为干预，能够自动调节、检测、控制和决策的装置 或系统。
模块化
为了提高系统的可维护性和可扩展性，自动控制 系统正朝着模块化方向发展，将系统划分为若干 个独立的模块，每个模块具有特定的功能和接口 ，便于系统的升级和扩展。
网络化
物联网和云计算技术的广泛应用，使得自动控制 系统逐渐实现网络化，系统之间可以相互连接和 通信，实现信息共享和协同工作。
绿色环保
随着环保意识的提高，自动控制系统正朝着绿色 环保方向发展，采用节能技术和环保材料，降低 系统运行过程中的能耗和排放，减少对环境的影 响。
闭环控制系统
闭环控制系统的定义
闭环控制系统是一种通过反馈机制来调节和控制系统的输出，使 输出能够跟踪输入的变化的控制系统。
闭环控制系统的特点
闭环控制系统具有较高的控制精度和抗干扰能力，能够快速响应外 部干扰和变化。
闭环控制系统的应用场景
闭环控制系统广泛应用于各种工业控制、航空航天、机器人等领域 。
自动化控制系统应用于精准农业，实现农田的智能化管理、节水 灌溉等功能。
农业机器人
自动化控制系统在农业机器人中的应用，提高了农业生产效率和 农产品质量。
温室环境控制
通过自动化控制系统，实现对温室环境的自动调节和控制，确保 作物的生长环境适宜。
05
自动控制系统的发展趋势和挑战
发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，自动 控制系统正朝着智能化方向发展，能够自主地学 习和适应环境变化，提高系统的性能和效率。
第一章概述
第四节 自动控制理论发展简述
具有“自动”功能的装置自古有之 ，瓦特发明的蒸汽机上的离心调速器是比 较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成 功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分 析，于1868年发表的论文当属最早的理论 工作。从20世纪20年代到40年代形成了以 时域法，频率法和根轨迹法为支柱的“古 典”控制理论。
• 2. ①输入量(Input Variable)——又称控制量 或参考输入量(Reference Input Variable)， • ②输出量(Output Variable)——又称被控 制量(Controlled Variable)， • ③反馈量(Feedback Variable) ④扰动量(Distrubance Variable)——又称 干扰或“噪声”(Noise)， • ⑤中间变量——它是系统各环节之间的 作用量。它是前一环节的输出量，也是 后一环节的输入量。
第二节 自动控制系统的分类
恒值系统： 系统的给定值为一定值，而控制任 务就是克服扰动，使被控量保持恒值。
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
例如：电机速度 控制、恒温、恒 压、水位控制系 统等。
第二节 自动控制系统的分类
随动系统： 系统给定值按照事先不知道的时间函 数变化，并要求被控量跟随给定值变化。 如：火炮自动 跟踪系统、轮 舵位置控制系 统等。
第一节 自动控制与自动控制系统
二、自动控制系统的基本构成 及控制方式
自动控制系统一般有两种基本控制 方式.
1．开环控制
开环控制 控制装置与受控对象之间只 有顺向作用而无反向联系.
第一节 自动控制与自动控制系统
例 驱动盘片匀速旋转的转台 由图可见： 系统组成： 被控制量速 电机 转台 度没有反馈到 电源和放 输入端与给定 大装置 信号比较,为开 速度设置 环控制系统。 这种转台在CD机、计算机磁盘驱动器 等现代装置中广泛应用.
《自动控制系统》课件
感谢您的观看
汇报人：
03
自动控制系统的基本控 制方式
开环控制方式
开环控制的特点：简单、成 本低、响应速度快
开环控制的定义：不依赖于 反馈信号的控制方式
开环控制的应用：在简单、 稳定的系统中使用
开环控制的局限性：无法适 应环境变化，无法实现精确
控制
闭环控制方式
闭环控制：通过反馈信号来控制输 出，使输出与期望值保持一致
自动控制系统是一种能够自 动控制和调节设备或过程的 系统。
自动控制系统的主要功能是 实现对被控对象的自动控制
和调节。
自动控制系统广泛应用于工 业、农业、交通、医疗等领
域。
自动控制系统的组成
传感器：用于检测和控制对象的状 态
控制器：用于接收传感器的输入信 号，处理后输出控制指令
添加标题
添加标题
添加标题
稳定性分类：分为稳定、不稳 定、临界稳定和半稳定
稳定性分析方法：包括时域分 析法、频域分析法和根轨迹分 析法等
快速性
快速性是指系 统对输入信号
的响应速度
快速性指标包 括上升时间、 峰值时间和超
调量
快速性指标反 映了系统的动
态性能
快速性指标对 于控制系统的 稳定性和准确
性至关重要
准确性
自动控制系统的 准确性是指系统 输出与期望输出 之间的误差
发展趋势：智能化、网络化、小型 化、节能化
气动执行器
工作原理：利用压缩空气作为动力源，通过气缸、活塞等部件实现直线或旋转运动 特点：结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、易于维护 应用领域：广泛应用于工业自动化、机械制造、化工、食品等行业 发展趋势：智能化、集成化、节能化、环保化
液压执行器
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
第1章 自动控制系统概述
(1)开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自 动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生 的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开 环控制是有利的。
(2)闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠负反馈 环节进行自动调节，以补偿扰动对系统产生的影 响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但闭环 系统使系统稳定性变差，需要重视并加以解决。
本章作业
P15： 1-7 1-8
我国古代的自动控制技术
东汉时期张衡制造了浑天仪和地动仪
三国时期的马钧、南朝时的祖冲之创造和复制 了指南车。
产业革命时期，自动控制技术取得了巨大的发展
1748年瓦特发明的蒸汽机中的离心调节器
1868年麦克斯韦利用描述系统的微分方 程解释了这种现象，并提出了判别低阶 系统稳定性的判据 1877年和1895年劳斯[英]和数学家胡尔 维茨[瑞士]提出了可以判别高阶线性系统 的稳定性的判据
(3)自动控制系统通常由给定元件、检测元件、比较 环节、放大元件、执行元件、控制对象和反馈环节 等部件组成。系统的作用量和被控制量有：输入量、 反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 框图可直观地表达系统各环节(或各部件)间的因果关 系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和传 递情况以及它们对输出量的影响。
特点：无反馈环节 优点：结构简单，系统稳定性好，成本也低 缺点：当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影 响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的 扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时 ，开环控制 系统便无法满足技术要求
适用场合：在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参 数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差 可以预计确定并能进行补偿，应尽量采用开环控制系统。
自动控制系统课设ppt
传感器技术
传感器是自动控制系统的重要 组成部分，用于检测和测量被
控对象的各种参数。
传感器的选择和设计需要根 据被控对象的特性和测量要 求进行，需要考虑精度、可 靠性、响应速度等因素。
传感器技术的发展对于提高自 动控制系统的性能和可靠性具
有重要意义。
执行器技术
01
执行器是自动控制系统的输出部分，用于实现对被控对象的控 制。
控制策略
采用运动学和动力学控制算法，根据 机器人运动轨迹的数学模型和控制目 标，计算出控制信号，驱动伺服电机 实现机器人的精确运动。
系统组成
工业机器人控制系统主要由机器人本 体、控制器、伺服驱动器等组成，能 够实现机器人的运动轨迹规划、速度 和加速度控制等功能。
优点
工业机器人控制系统能够提高生产效 率、降低劳动强度、提高产品质量等 优点。
硬件设计
选择合适的传感器、执行器、控制器等硬件设 备，并设计连接方式。
软件设计
编写控制算法，设计用户界面，实现数据采集、处理和输出等功能。
系统实现
系统集成
将各个模块集成在一起，进行测试和调试。
系统调试
通过实验验证系统的性能，调整参数以满足 设计要求。
系统优化
根据测试结果，对系统进行优化，提高性能 和稳定性。
3
通信技术的发展对于提高自动控制系统的远程控 制能力和数据传输能力具有重要意义。
04 自动控制系统应用领域
CHAPTER
工业自动化
生产过程控制
物流与仓储管理
通过自动化控制系统，实现对生产过 程中的温度、压力、流量等参数的精 确控制，提高生产效率和产品质量。
通过自动化设备与控制系统，实现物 料的高效搬运、存储和跟踪，降低物 流成本。
自动控制基础知识.详解ppt课件
双位控制在给排水工程中采用普遍，如:水池、水箱的液 位控制，实验室恒温箱的温度控制等。
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
自动控制原理课件ppt
控制目标。
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四节 过渡过程和品质指标
二、控制系统的过渡过程
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
举例
给定值 控制器 执行器
-
测量、变送
干扰
当干扰作用于对象，系
被控变量 统输出y发生变化，在
对象
系统负反馈作用下，经
过一段时间，系统重新
恢复平衡。
控制系统方块图
第四节 过渡过程和品质指标
系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控 变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰 形式。
液位人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
液位自动控制图
第一节 自动控制系统的组成
液位自动控制
常用术语 被控对象：需要实现控制的设备、机械和生产过程 被控变量：对象内要求保持一定数值的物理量，即输出量 控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值 的物料和能量 干扰：除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化 的一切因素 给定值：工艺规定被控变量所要保持的数值 偏差：设定值与测量值之差
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属 于随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和 方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶 跃干扰。
第四节 过渡过程和品质指标
常见典型信号 阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。
阶跃信号
数学表达式为： r(t) A t≥0 0 t<0
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
第四节 过渡过程和品质指标 三、过渡过程的品质指标
超调量也可以用来表征被控变量偏离给定值的程度。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之二
（2）衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的 比。习惯表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之三
（ 3 ） 余差
当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与 给定值之间的偏差叫做余差，或者说余差就是过渡过程终 了时的残余偏差。有余差的控制过程称为有差调节，相应 的系统称为有差系统。反之就为无差调节和无差系统。
第三节 自动控制系统的分类
按系统的反馈形式可以分为开环和闭环控制系统； 按系统的结构形式可以分为简单控制系统和复杂控制
系统； 按系统的给定值，可以将自动控制系统分为三类，即
定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
其中第三种分类方法最普遍
第三节 自动控制系统的分类
1. 定值控制系统
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求 控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标 上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定 值控制系统。
要选择好控制系统 的对象
第二节 系统运行的基本要求
自动控制系统的基本要求是系统运行必须是稳定的，并应 保证满足一定的精度要求和规定的性能指标。
要实现自动控制，系统必须是闭环，量变送环节一般具有正作用特性，被控对象和执行器的 特性由实际的工艺条件决定，可以通过控制器的正、反作 用来满足系统负反馈的要求。
自动控制系统概述
内容提要
自动控制系统的组成 系统运行的基本要求 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标
控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统过渡过程的品质指标
传递函数和方框图 管道及仪表流程图
第一节 自动控制系统的组成
人工操作与自动控制比较图
第三节 自动控制系统的分类
3.程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术 指标需按一定的时间程序变化。这类系统在间歇生产过程中 应用比较普通。 特点：设定值是变化的，且按一定时间程序变化的时间函数 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化
程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况，其 分析研究方法与随动控制系统相同。
过渡过程品质指标示意图
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之一
（ 1 ）最大偏差或超调量
最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的 最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的 峰值。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器 的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏 差的允许值有所限制。
特点：设定值是固定不变的闭环控制系统 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数
值上
第三节 自动控制系统的分类
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参 数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
特点：设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化
当A=1时称为单位阶跃信号。
特点
易产生 对系统输出影响大 便于分析和计算
第四节 过渡过程和品质指标
采用阶跃干扰的优点：
这种形式的干扰比较突然、 危险，且对被控变量的影响 也最大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种类型的 干扰，那么一定能很好地克 服比较缓和的干扰。
这种干扰的形式简单，容易 实现，便于分析、实验和计 算。
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象 及测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自
动化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产
设备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象, 简称对象。
控制系统的过渡过程是衡量品质的依据。 多数情况下，希望得到衰减振荡过程，在此取这 种过程形式讨论控制系统的品质指标。 控制指标主要有两类,一类是时间域的单项指标, 另一类是时间域的综合指标。
第四节 过渡过程和品质指标
1.时间域的各种单项指标
假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的 变化曲线如下图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程