第一章-自动控制系统的一般概念复习过程

电机拖动考虑：纪录笔有惯性，希望电机速度能按所需位移 量进行控制，所以将电机转速测量出来，用来反馈。
输入量
放大器
伺服电机
输出量 传动机构 记录笔
测速电机
位置测量
二、飞机自动驾驶仪系统
控制目标：按设定的规律，控制飞机的飞行姿态。
飞行姿态：横向，巡航方向。纵向，飞机的升降。
纵向控制：给定一个电压信号，设定飞机爬升(俯冲)的倾角
第一章-自动控制系统的一般概 念
什么是自动控制系统？ 为到达某一目的，由相互制约的各个部件按一定规律
组织成的具有一定功能的整体，一般由控制装置和被控对 象组成。
➢ 被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被 控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电 冰箱等。
➢ 控制装置 ：指对被控对象起控制作用的设备总体。 ➢ 被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变
四、反馈控制系统的基本构成
给定元件：设定被控量的期望值，产生系统输入量(参据量)。 测量元件：检测被控对象的输出量，将其转换为电信号。
也称为传感器、传感元件。
比较元件：比较设定值与实际值，产生相应的偏差信号。
放大元件：对偏差信号进行放大，包括信号放大和功率放大。 校正元件：为改善系统性能，连接在系统中的部件。也
② 现代控制理论 研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优
控制问题。以微分方程、线性代数及数值计算为主要数学 工具，用状态空间法研究系统状态运动的理论。
③ 智能控制理论 正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。
例1：人用手拿物品。
控制目标：手拿到物品。 相关部件：
1.手:抓取物品。功能：受控对象、执行部件。 2.大脑:协调眼、手工作。功能：比较物品与手之间的
应用领域：生物、医学、经济管理等人类活动的各个领域。
二、自动控制理论：研究自动控制共同规律的技术科学。
问题1：如何描述一个对象？—— 数学模型 问题2：如何描述控制目标？—— 性能指标 问题3：给定对象是否满足性能指标要求？—— 系统分析
问题4：如何使给定对象满足性能指标？—— 系统综合
自动控制理论的发展：
接近程度(比较元件)；控制手的动作(控制部件)。 3.眼睛:观察物品与手的位置。功能：检测元件。
物品
位置
眼睛
大脑
手 手臂、手
位置 眼睛
例2：龙门刨床速度控制系统。
控制目标：刀架速度恒定。
实现方式：输入恒定电压 u 0 ，电机速度 n
相关部件： 1.电机(SM)。功能：执行部件。
恒定。
2.测速机(TG)。功能：将速度信号转换为电信号，检测元件。
主反馈
内回路
测量元件
主回路
五、自动控制系统的基本控制方式
反馈（闭环）控制方式 开环控制方式：被控对象各部件的信号只沿着顺向传递，
输出量不会对系统的控制产生影响。
输入量 放大元件
执行元件
输出量 被控对象
顺馈控制方式：在干扰可测量的时候，将干扰量测量出
来，送到输入端，产生干扰补偿信号，以减少干扰对系
统的影响。本质：按扰动开环控制。
① 经典(古典)控制理论 二战期间(20世纪40年代)，为了设计和制造飞机及船用
自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其它基于反 馈原理的军用装备，促进和完善了自动控制理论的发展。战 后已形成了完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为 基础的经典控制理论，它主要研究单输入—单输出、线性定 常系统的分析和设计问题。主要数学工具是积分变换，用频 率特性法及根轨迹法研究控制系统的动态特性的理论。
干扰测量
干扰输入
输入量
放大元件
执行元件 被控对象输出量
复合控制方式：将反馈控制与顺馈结合的控制方式。
干扰输入
干扰测量
输入量
补偿元件
放大元件
输出量 执行元件 被控对象
反馈元件
§1-2 自动控制系统示例
一、函数记录仪
控制目标：纪录笔按要求到达规定位置。 控制量：纪录笔位置。 控制对象：纪录笔。 记录笔运动原理：给定一个电压信号，设定位移量，在输入 作用下启动电机，带动齿轮、绳系，拖动纪录笔运动。 位置精度考虑：为了使纪录笔能准确到达指定位置，应将纪 录笔的位置测量出来，用来反馈。
化的物理量。被控量又称输出量、输出信号 。
➢ 给定值 ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据 的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。
➢ 反馈量 ：由被控量通过反馈元件所产生的信号，它是被控 量的函数。
➢ 干扰量 ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的信号，都 是干扰。干扰又称扰动。
,该信号经过放大，控制升降舵的移动。升降舵的角度， 决定了飞机爬升(俯冲)的倾角 。
舵机控制：位置伺服控制(内回路)。位移传感器测量。
外回路：飞机倾角 的反馈控制。垂直陀螺仪测量。
自动驾驶仪：根据飞行要求，提供设定的电压信号。并与测 量到的输出信号，产生相应的控制规律。
0 驾驶仪
放大器 舵机
3.放大器(FD)。功能：比较、放大，比较元件。
4. 调节触发器(CF)。功能：电压放大。
5. 晶闸管整流装置(KZ)。功能：整流、功率放大，输出电枢
设定速度 放大器
u0
FD
电压 u a 。
调节触
晶闸管整
ua
发器CF 流装置KZ
转速
电动机 n
ut
测速
发电机
控制部件？
三、反馈控制原理
反馈控制：将输出量送回到输入端，并用于控制。
叫补偿元件。可以有串联补偿、反馈补偿、顺馈补偿。
执行元件：直接使输出量产生变化的部件。 反馈元件：将输出量引回到输入端的部件。
典型反馈系统组成：单闭环系统
输入量
输出量 放大元件 补偿元件 执行元件 被控对象
反馈元件
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典型反馈系统组成：双闭环系统
输入量
补偿元件
放大元件 执行元件
局部反馈
反馈元件
输出量 被控对象
位移传感器
干扰
飞机
位置测量
三、电阻炉微型计算机温度控制系统
控制目标：电炉温度在设定的范围内。 工作原理：电阻丝通过晶闸管主电路加热。温度依靠电阻丝
按偏差控制(误差控制) ：根据设定值(期望值)与输出值 (实际值)的偏差量，确定对象的动作。
负反馈：输出量送回到输入端，与输入信号相减，使偏 差越来越小。 正反馈：输出量送回到输入端，与输入信号相加，使偏 差越来越大。 有静差系统：在稳态时被控量与设定值存在偏差。这个 误差称为稳态误差。 无静差系统：在稳态时被控量与设定值不存在偏差。