自动控制系统一PPT课件
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自动控制原理课件1
一、开环控制系统、闭环控制系统和复合控制 系统
（一）开环控制系统 例
概念: 如果控制系统的输出量对系统没有 控制作用,这种系统称为开环控制系统.
输入 控制器
被控对象
输出
一、开环控制系统和闭环控制系统 举例：炉温控制系统
uc
特点：
本系统的输入量是自耦变压器的输出电压uc，输 出量是电阻炉的输出温度T； u唯一对应T；
§1-1 控制理论的发展历程
3、本课程与相关课程的关系 现制 代理 控论
过制 程系 控统
后续课程
各业 其 类课 它 专程
自动控制原理 先修课程 大 学 物 理 微 积 分 积 分 变 换 复 变 函 数 电 子 技 术 电 路 理 论 电 机 拖 动
§1-1 控制理论的发展历程
4、课程的理论体系
给定 环节 比较 环节 校正 环节 放大 环节 执行 机构
§1-2 控制系统的基本概念 （三）关于传递方框图的几点说明
执行机构 直接作用于控制对象（调节机构、传 动装置、电机）
给定 环节 比较 环节 校正 环节 放大 环节 执行 机构 被控 对象
§1-2 控制系统的基本概念 （三）关于传递方框图的几点说明
§1-2 控制系统的基本概念 举例: 液位自动控制系统
手臂,手
+
大 脑
M
—
目标液位
放大器
§1-2 控制系统的基本概念 一、基本术语 自动控制：在没有人的直接干预下，利用物理
装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使 被控制的物理量保持恒定或按一定的规律变化。
如液位，炉温，轧辊辊速，带钢张力等控制。
古代
在二次世界大战期间，由于军事上 的需要，雷达和火力控制系统有了 较大的发展，N.Winner在总结前 人成果的基础上发表了《控制论》 一书，标志着控制理论学科的诞生。
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)
自动控制系统的基本认识 PPT
• 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
智能建筑：
通信 电梯 供水 通风 空调 安防 抄表 …
工业机器人：
其他机器人：
排爆
步行
灵巧手
吹笛
拉提琴
足球比赛
自动控制的应用领域
• 军事工业 • 航空航天 • 制造业 • 机器人 • 流程工业
钢铁、石化、 造纸、制药等
• 电子工业 • 家用电器
• 交通系统，楼宇系统，经济系统，社会系统 …
自控系统的特点： <1>从信号传送看：c(t)经测量后回到输入端，构成
闭环，具有反馈形式，且为负反馈。 <2>从控制作用的产生看：由偏差产生的控制作用使
系统沿减小或消除偏差的方向运动—偏差控制。
自动控制系统的常用术语
二、常用术语及符号 1）输入量（指令）v(t)——来自反馈系统之外的对系统所施
加的控制作用。 2）参考输入r(t)——输入元件的输出，它是系统的实际输入
二、闭环控制系统：
第一章 自动控制概论
• 定义：闭环控制——被控量与给定值比较后用 其偏差对系统进行控制。亦称反馈控制。
• 特点：不论什么原因使被控量偏离期望值而出 现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去 减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于 一致。需要控制的是c(t)、而测量的是c(t)对r(t) 的偏差。只要c(t)出现偏差，系统就自行纠正。
<3>测量(反馈)元件：其职能是检测被控制量的物理量。 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。
基本组成（续）
第一章 自动控制概论
<4>放大元件：其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大，用来推动执行元件去控制受 控对象。如：晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。
智能建筑：
通信 电梯 供水 通风 空调 安防 抄表 …
工业机器人：
其他机器人：
排爆
步行
灵巧手
吹笛
拉提琴
足球比赛
自动控制的应用领域
• 军事工业 • 航空航天 • 制造业 • 机器人 • 流程工业
钢铁、石化、 造纸、制药等
• 电子工业 • 家用电器
• 交通系统，楼宇系统，经济系统，社会系统 …
自控系统的特点： <1>从信号传送看：c(t)经测量后回到输入端，构成
闭环，具有反馈形式，且为负反馈。 <2>从控制作用的产生看：由偏差产生的控制作用使
系统沿减小或消除偏差的方向运动—偏差控制。
自动控制系统的常用术语
二、常用术语及符号 1）输入量（指令）v(t)——来自反馈系统之外的对系统所施
加的控制作用。 2）参考输入r(t)——输入元件的输出，它是系统的实际输入
二、闭环控制系统：
第一章 自动控制概论
• 定义：闭环控制——被控量与给定值比较后用 其偏差对系统进行控制。亦称反馈控制。
• 特点：不论什么原因使被控量偏离期望值而出 现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去 减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于 一致。需要控制的是c(t)、而测量的是c(t)对r(t) 的偏差。只要c(t)出现偏差，系统就自行纠正。
<3>测量(反馈)元件：其职能是检测被控制量的物理量。 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。
基本组成（续）
第一章 自动控制概论
<4>放大元件：其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大，用来推动执行元件去控制受 控对象。如：晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。
第1课 自动控制系统 课件(共13张PPT) 六下信息科技浙教版(2023)
第1课 自动控制系统
学习内容
1.常见的自动控制系统。 2.计算机在控制系统中的作用。
探索 智慧农场为什么可以实现自动灌溉?
建构
生产生活中有很多自动控制系统，为人类社会的发展提 供了帮助。
一、常见的自动控制系统
随着科学技术的发展，控制技术也得到了迅速发展，出现了自 动控制。自动控制系统在无人参与的情况下能自动实现目标。
例如，智慧农场的灌溉系统通过计算机指令，不仅能根 据土壤的湿度来实现自动灌溉，还能根据种植的不同农作物 ，实现分类灌溉。
想一想
智慧农场的自动灌溉系统，除了根据不同的农作 物进行分类灌溉之外，还可以利用计算机实现什么控 制?
练习
制作一份电子小报，介绍一个生活中常见的计算机自 动控制系统，说一说它的特点，并简单说明计算机在其 中的作用。
水箱水位自动控制
全自动干手机
通过设定空调温度实现降温
汽车中的定速巡航
二、计算机在自动控制系统中的作用
计算机在自动控制系统中的作用主要体现在两个方面： 首先，计算机利用指令实现更精准、更复杂的控制；其次， 利用计பைடு நூலகம்机指令能实现智能的控制方式，使系统的改动更加 便利。
二、计算机在自动控制系统中的作用
谢谢聆听！
INTERNET OF THINGS
学习内容
1.常见的自动控制系统。 2.计算机在控制系统中的作用。
探索 智慧农场为什么可以实现自动灌溉?
建构
生产生活中有很多自动控制系统，为人类社会的发展提 供了帮助。
一、常见的自动控制系统
随着科学技术的发展，控制技术也得到了迅速发展，出现了自 动控制。自动控制系统在无人参与的情况下能自动实现目标。
例如，智慧农场的灌溉系统通过计算机指令，不仅能根 据土壤的湿度来实现自动灌溉，还能根据种植的不同农作物 ，实现分类灌溉。
想一想
智慧农场的自动灌溉系统，除了根据不同的农作 物进行分类灌溉之外，还可以利用计算机实现什么控 制?
练习
制作一份电子小报，介绍一个生活中常见的计算机自 动控制系统，说一说它的特点，并简单说明计算机在其 中的作用。
水箱水位自动控制
全自动干手机
通过设定空调温度实现降温
汽车中的定速巡航
二、计算机在自动控制系统中的作用
计算机在自动控制系统中的作用主要体现在两个方面： 首先，计算机利用指令实现更精准、更复杂的控制；其次， 利用计பைடு நூலகம்机指令能实现智能的控制方式，使系统的改动更加 便利。
二、计算机在自动控制系统中的作用
谢谢聆听！
INTERNET OF THINGS
《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
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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。
《自动控制系统》课件
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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。
自动控制系统概述ppt课件
求： z f (x)
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质：将实变量t的函数f（t），变换成复变量s（s=α+jβ）的函数F（s）。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中： f (t) 为原函数， F(s) 为拉氏变换式（或象函数）
记为：
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节：
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 ：
（1）被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ： B/C *100%
衰 减 比n： n B / B
余差 e(∞)： e()
过渡时间tp： 振荡周期：
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •答：越小越好 •衰减比？
的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图：
一、信号和变量：
+
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质：将实变量t的函数f（t），变换成复变量s（s=α+jβ）的函数F（s）。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中： f (t) 为原函数， F(s) 为拉氏变换式（或象函数）
记为：
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节：
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 ：
（1）被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ： B/C *100%
衰 减 比n： n B / B
余差 e(∞)： e()
过渡时间tp： 振荡周期：
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •答：越小越好 •衰减比？
的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图：
一、信号和变量：
+
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。
自动控制原理01系统的稳定性分析课件
0
8*162*0 16 8
F (s) 2s4 12s2 16 0 即： (s2 2)(s2 4) 0
解之得： s1,2 j 2
s3,4 j2
3.1.3 稳定判据
（3）劳斯稳定判据的应用
例3-4 某单位反馈系统的开环传递函数为 G(s)
K
s(s 1)(s 5)
求取使系统稳定时的K的取值范围。
F (s) 2s4 12s2 16 0 F(s) 8s3 24s ds
s4 1612 2
2
s3 08
结论：第一列没有变号， 说明系统不含正实部根； 系统不稳定，出现纯虚根
s2 8*122*246 8
s 1 6*248*168 63
s0 16
8
12
4016 12 2
0 24
20 16
16
0
320 16 2
分析系统稳定性。 解：用方法①
结论：系统不稳定， 有2个正实部极点
s4
1
s3
4
s 2 4*11*4 0 4
s1
4* 4*1 0
s0
1
11Biblioteka 404*11*0 1 4
3.1.3 稳定判据
例3-2：用方法②，将特征方程乘以s+1，得：
s5 5s4 5s3 5s2 5s 1 0
用此式构建劳斯表：
q
C(t)
Aje pjt
j 1
dk k 1 k 2
r
[ Bk ekkt
k 1
c osdk t
Ck
dk
ekk t
sin dkt]
系统稳定的条件： ① 系统的实数极点一定为负数
② 系统的复数极点一定具有负实部
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
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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给定
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
对象
被控量 y
输入通道 A/D
6
（2）几个概念
①在线方式和离线方式：on-line/off-line
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为 在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人 进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
1.计算机控制系统的一般形式
给定值 控制器
执行机构
被控对象
被控参数
变换发送
测量元件
（1）.闭环控制系统框图
给定值 控制器
执行机构
被控对象
被控参数
（2）.开环控制系统框图
4
1.计算机控制系统的一般形式
给定值 控制器
执行机构
被控对象
被控参数
变换发送
测量元件
闭环控制系统框图
给定信号
微型计算机 微处理器
两级控制，只存在传递设定值的关系。
15
缺点：造价高、效益差，现在已经不用了。
生 调节 产 测量 过 程
模 拟 设定值
计算机控制系统的定义:计算机控制系统就是利用计算 机（工业控制计算机）来实现生产过程自动控制的系 统。
一.计算机控制系统及其组成
1.控制系统的一般形式 2.计算机控制系统原理图 3.计算机控制系统的组成
二.计算机控制系统的典型型式 1.按照功能分类（课本） 2.按照控制规律分类
3.按照控制方式分类 3
（2）直接数字控制系统
定义：计算机首先通过模 拟量输入通道、开关量输 入通道实时采集数据，然 后按照一定的控制规律进 行计算，最后发出控制信 息，并通过模拟量输出通 道、开关量输出通道直接 控制生产过程。
D/A 反多路开关
管理命令
报告
人工监管
给定值
测量值
DDC微型机 A/D
多路开关
检测元件
生产过程
9
中央处理器（CPU）
★
主机
内存储器(RAM和ROM)
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁
★过程输入/输出通道
模拟量输入通道
模拟量输出通道 开关量输入通道 开关量输出通道
★外部设备
输入设备
输出设备
外存储器
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
计算机控制系统框图
用计算机来代替原来的控制器，就构成了计算机控制系统
5
2.计算机控制系统原理
（1）计算机控制系统的工作原理
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律， 决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控 制任务。
优点： 能够实现自动控制、多回路控制，能够灵活的把各 种算法施加于生产过程。 缺点：结构复杂，投资高。
13
CRT 打印机 报警 操作台
计
输入通道 (AI.DI）
生
算
产
机
过
输出通道
程
(AO.DO)
14
（3）监督控制系统（SCC）
监督控制 SCC(Supervisory Computer Control) ：计 算机根据原始工艺信息和 其它参数，按照描述生产 过程的数学模型或其它方 法，自动地改变模拟调节 器或以直接数字控制方式 工作的微型机中的给定值， 从而使生产过程始终处于 最优工况(如保持高质量、 高效率、低消耗、低成本 等等)。从这个角度上说， 它的作用是改变给定值， 所以又称设定值控制 SPC(Set Point Control)。
管理命令
报告
人工监管
.给定值
测量值
A/D
多路开关
..
生产过程
检测元件
..
管理命令
报告
人工监管
给定值
测量值
.
DDC
A/D
D/A
多路开关
反多路开关
检测元件
. . 生产过程
优点：计算机坏了，在（a）中，模拟仪表可以直接控制；在（b）中，DDC计算机
可以直接控制，SCC计算机只是采集，优化；这实际上是一种不存在上下级通信的
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围
内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制， 超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意 义。 而且这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！不同 的被控对象，对时间范围的要求不同：发酵过程和导弹防御 系统的对比！
7
3.计算机控制系统的组成
• 计算机控制系统主要由：工业控制机和生产过程两大部 分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设 计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电 气开关等装置。
8
• 计算机控制系统的组成框图
硬件部分：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外 部设备、 操作台
10
键盘（功能键加工系统
编辑程序 编译程序 连接、装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
软件
应用软件
控制程序
数据可靠性检查程序
数据采集及处理程序
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
• 自动化学院本科教学管理规定
• 1. 考勤制度 • 事假病假者要严格履行请假手续（病假须持医院开据的假条，
事假须持辅导办的假条），不允许事后补假。 • 无故旷课3次（含3次）以上者，平时成绩按0分记。 • 无故迟到或早退4次（含4次）以上者，平时成绩按0分记。
• 2. 最终成绩=平时成绩 X 20% + 期末考试成绩。
数据采集程序
巡回检测程序 越限报警程序
事故预告程序
画面显示程序
数据管理程序
11
1.按照功能来分类（课本）
（1）操作指导控制系统
定义：计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号 数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。 优点：结构简单，控制灵活和安全 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。 12
• 3. 实验规定： • 单列实验单元——缺1次实验或实验报告者，成绩按不及
格处理 。
1
微型计算机控制技术
主要内容
本书以PC总线工业控制机为控制工具，系 统地阐述数字计算机控制系统的设计和工 程实现方法。
知识储备
①自动控制理论（经典/现代） ②过程控制工程
2
第1章 绪 论
1.1 计算机控制系统概述