控制与设计PPT幻灯片课件
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第四章 控制与设计(高三复习课件)
（2）开环控制
而不能将控制的结果反馈回来，影响控制的作用 的系统
•优缺点：
开环
闭环 优点 结构简单、成本低 精确度高 缺点 精确度低 结构复杂、成本高
•应用原则：
（1）二者都能实现控制时，优先考虑开环控制； （2）二者可结合使用。
•辨别方法：
（1）看是否有反馈及能否调整
（2）加入干扰，看能否调整
第四章 控制与设计
第一节 了解控制
一、什么是控制？
人们按照自己的意愿或目的， 通过一定的手段，使事物向期望 的目标发展。
1、投飞镖
期望值
大脑
手
飞镖
落点
镖靶
2、骑自行车的控制过程
期望值 大脑 肢体 自行车 把 行驶方向
眼睛
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）闭环控制
能将控制结果（即比较量）反馈回来与希望值 （即基准量）进行比较，并根据他们的误差及 时调整控制作用的系统
例1：“投掷飞镖”过程的主要环节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑
肢 体（上臂和手）
飞镖 无
例2：“骑自行车”过程的主要环 节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑 肢 体（上臂和手）
自行车把（转向子系统）
眼睛
描述的语言、概念、具体描述的区别与联系
给定值
被控量
执行器
反馈环节
被控 对象
三、练习： 用方框图将下面的几个控 制系统表示出来。
1、供水水 箱的水位自 动控制系统
浮子
预设 水位
比较器
进水量
水位
控制器
阀门 浮球
智能交通灯控制系统设计PPT课件
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• INT1外部中断设计
在这部分程序里，首先定义了一个变量flag，flag用来判 断该执行哪种模式，flag的值是由外部中断INT1来控制。 Flag初值为0当外部中断边沿触发一次。 Flag值取反，再 一次触发，flag的值再次取反。当flag的值与其中一种模 式的判断值相符时，便执行该种模式，达到四条路口与五 条路口之间切换。 switch (flag) {case 0: { } //执行四路口模式 case 0xff:{ } //执行五路口模式
第12页/共21页
5 软件模块设计
• 主程序设计
主程序负责系统整个 软件的初始化。
包括8051本身的初 始化中断、初始化的 设置及启动设置。
开始 系统初始化
外部中断
0xff
四条路口
INT1 模式选择
0
五条路口
四条路口 选择方案
Y
运行 正常？
N
第13页/共21页
结束
五条路口 选择方案
Y
运行 正常？
N
第6页/共21页
4 硬件模块设计
系统硬件框图
第7页/共21页
• 时间显示模块设计
时间显示模块硬件电路主要由CD4511芯片、74HC154组成， CD4511用来给数码管传送数据，74HC154负责数码管的片选工作。通 过4根地址线和4根控制线和单片机P1口相连，单片机P1.0~P1.3引脚与 CD4511芯片A1~A4输入引脚连接， P1.4~P1.7引脚与74HC154芯片 的A0~A3输入引脚相连。在工作模式中，CD4511将LE引脚置低，BI和 LT 引 脚 置 高 电 平 ， 并 由 A 1 ~ A 4 送 出 相 应 的 数 据 来 点 亮 数 码 管 ， 从 而 实 现 数码管的亮灭。
• INT1外部中断设计
在这部分程序里，首先定义了一个变量flag，flag用来判 断该执行哪种模式，flag的值是由外部中断INT1来控制。 Flag初值为0当外部中断边沿触发一次。 Flag值取反，再 一次触发，flag的值再次取反。当flag的值与其中一种模 式的判断值相符时，便执行该种模式，达到四条路口与五 条路口之间切换。 switch (flag) {case 0: { } //执行四路口模式 case 0xff:{ } //执行五路口模式
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5 软件模块设计
• 主程序设计
主程序负责系统整个 软件的初始化。
包括8051本身的初 始化中断、初始化的 设置及启动设置。
开始 系统初始化
外部中断
0xff
四条路口
INT1 模式选择
0
五条路口
四条路口 选择方案
Y
运行 正常？
N
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结束
五条路口 选择方案
Y
运行 正常？
N
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4 硬件模块设计
系统硬件框图
第7页/共21页
• 时间显示模块设计
时间显示模块硬件电路主要由CD4511芯片、74HC154组成， CD4511用来给数码管传送数据，74HC154负责数码管的片选工作。通 过4根地址线和4根控制线和单片机P1口相连，单片机P1.0~P1.3引脚与 CD4511芯片A1~A4输入引脚连接， P1.4~P1.7引脚与74HC154芯片 的A0~A3输入引脚相连。在工作模式中，CD4511将LE引脚置低，BI和 LT 引 脚 置 高 电 平 ， 并 由 A 1 ~ A 4 送 出 相 应 的 数 据 来 点 亮 数 码 管 ， 从 而 实 现 数码管的亮灭。
PLC控制系统设计与调试.PPT
7.2 PLC控制系统的硬件设计
· 7.2.2 PLC容量估算 · 1. 可编程控制器控制系统I/O点数估算 ·I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。根据被
控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的 可编程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。估算出被控对象 上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。如果是 为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果 控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就 可选用大、中型可编程控制器。
7.2 PLC控制系统的硬件设计
· 7.2.3 输入输出模块的选择 ·输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的
控制信号。对于开关频繁、电感性、低功率因数的负载， 推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高；过载能力 稍差。继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降 损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模 块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过 的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。 · 7.2.4 电源模块的选择 ·电源模块的选择比较简单，只需要考虑电流总量即可。即 其额定输出电流必须大于CPU、I/O等耗电总和。
· 3．选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选 择。
· 4．分配PLC的I／O地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选 择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、 规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入 输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.1 PLC控制系统设计的内容与步骤
7.1.1 PLC系统设计的原则与内容 1.设计原则 · PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计，硬件设计
运料小车控制系统设计PPT课件
步处于活动状态时，执行相应的非存储型动作，不处于 活动状态时则停止执行。
.
9
四、步的概念
3、步的动作
步的动作分为存储型、非存储型两种： 存储型：指那些需要在若干个步中都应为“ON”的动作，
在顺序功能图中，可以根据需要用置位指令S来将置 “ON”，用复位指令R来复位 。 非存储型：指那些只在步处于活动步时才为“ON”的动 作，当步转为非活动步时，动作也被复位，在顺序功能 图中，直接用线圈输出。步与它的非存储型动作“共存 亡” 。
.
6
三、顺序设计法简介
顺序控制：按照生产工艺和时间的顺序，在各个信号的作用下，根据 内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序的进 行操作，如前述小车运料系统工作过程可表示为图5.2。
初始状态
SB按下 I0.0·I0.2
工序1
Q0.0 前行
SQ2
I0.1 装料 定时8s
工序2
Q0.4 T37
流程图中有分支，系统会根据转换条件的不同选择不同的分支。
图b）中，当I0.0为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.1，当I0.1
为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.4，I0.0和I0.1不能同时为
1，选择序列的结束称为合并，图中两个分支在步S1.3前合并。
图 c）是选择性分支的一种特殊情况，即某一条分支上没有
T39
定时2s
T40
定时2s
T41
图5.9彩灯显示系统顺序功能图
.
17
图5.10 彩灯系统梯形图程序
//首次扫描位使 能初始步S0.0 //初始步S0.0开始
//按下启动按钮（I0.0）且各彩灯均为OFF时，程序 从步S0.0切换到步S0.1：第一盏灯亮状态
.
9
四、步的概念
3、步的动作
步的动作分为存储型、非存储型两种： 存储型：指那些需要在若干个步中都应为“ON”的动作，
在顺序功能图中，可以根据需要用置位指令S来将置 “ON”，用复位指令R来复位 。 非存储型：指那些只在步处于活动步时才为“ON”的动 作，当步转为非活动步时，动作也被复位，在顺序功能 图中，直接用线圈输出。步与它的非存储型动作“共存 亡” 。
.
6
三、顺序设计法简介
顺序控制：按照生产工艺和时间的顺序，在各个信号的作用下，根据 内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序的进 行操作，如前述小车运料系统工作过程可表示为图5.2。
初始状态
SB按下 I0.0·I0.2
工序1
Q0.0 前行
SQ2
I0.1 装料 定时8s
工序2
Q0.4 T37
流程图中有分支，系统会根据转换条件的不同选择不同的分支。
图b）中，当I0.0为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.1，当I0.1
为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.4，I0.0和I0.1不能同时为
1，选择序列的结束称为合并，图中两个分支在步S1.3前合并。
图 c）是选择性分支的一种特殊情况，即某一条分支上没有
T39
定时2s
T40
定时2s
T41
图5.9彩灯显示系统顺序功能图
.
17
图5.10 彩灯系统梯形图程序
//首次扫描位使 能初始步S0.0 //初始步S0.0开始
//按下启动按钮（I0.0）且各彩灯均为OFF时，程序 从步S0.0切换到步S0.1：第一盏灯亮状态
花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试ppt课件
• X5 SB2 停止按钮
• X6 SA1 单步/连续按钮
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
输出信号
• 地址
元件 功能
• Y0 KM1 喷头1
• Y1 KM2 喷头2
• Y2 KM3 喷头3
• Y3 KM4 喷头4
综上，本设计选择了三菱 FX1N PLC。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
变频器的选型
变频调速技术是针对固定工频而采取的高效 节能措施，工频（50Hz）是发电的最佳频率， 但它并非是所有用电设备的最佳工作频率， 因而导致许多设备长期处于低频率、低功率 引述运行状态。占全国耗电2/3的交流电动机 目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效 率只有60%左右。为了提高效率，所以在本 设计中用到变频器。
靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格
比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安
装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要
求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素
。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远 程I/O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系 统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系 统,系统的装置分布范围很广,远程I/O可以分 散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设 驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布 式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联 系的场合,可以选用小型PLC,但必须要附加 通讯模块。
机电一体化系统的微机控制系统的选择与设计PPT课件
8255：三个8位并行口 8243：四个4位并行口 8251：串行口 8279：专用键盘显示控制芯片 适用于 组成较小的控制系统。
用集成电路自行设计接口电路
可设计任意要求的接口， 价格低，但可靠性差。
如： • 74LS138：三-八译码器 • 74LS373：八位锁存器 • 74LS244：三态缓冲器等
1、光电隔离电路原理
VC +5V
+12V
1
输入信号 （来自微机）
输出 （去执行系统）
G
2、光电隔离电路的作用：
（1）可将输入与输出两部分电 路的地线分开，各自使用一套电 源供电；
（2）可以进行电平转换； （3）提高驱动能力。
3、光电耦合器的分类
1）普通型
3
1
输入
输出
管脚3主要 用于温度补 偿及检测等。
4）总线型工业控制计算机 特点：
• 提高设计效率，缩短设计和制造周期 • 提高了系统的可靠性； • 便于调试和维修； • 能适应技术发展的需要，迅速改进系
统的性能
总线类型：
• ISA总线 • VESA 总线 • PCI总线 • AGP标准 • STD总线
ISA总线:
• ISA（industrial standard architecture） 总线标准是IBM 公司1984年为推出 PC/AT机而建立的系统总线标准，所以 也叫AT总线。它是对XT总线的扩展， 以适应8/16位数据总线要求。
二、控制系统的设计思路
1、确定系统整体控制方案 1）从系统构成上考虑是否采用 开环控制或闭环控制；
2）执行元件采用何种
3）考虑系统是否有特殊控制要 求及采取的措施是什么？
4）考虑微机在整个控制系 的作用
用集成电路自行设计接口电路
可设计任意要求的接口， 价格低，但可靠性差。
如： • 74LS138：三-八译码器 • 74LS373：八位锁存器 • 74LS244：三态缓冲器等
1、光电隔离电路原理
VC +5V
+12V
1
输入信号 （来自微机）
输出 （去执行系统）
G
2、光电隔离电路的作用：
（1）可将输入与输出两部分电 路的地线分开，各自使用一套电 源供电；
（2）可以进行电平转换； （3）提高驱动能力。
3、光电耦合器的分类
1）普通型
3
1
输入
输出
管脚3主要 用于温度补 偿及检测等。
4）总线型工业控制计算机 特点：
• 提高设计效率，缩短设计和制造周期 • 提高了系统的可靠性； • 便于调试和维修； • 能适应技术发展的需要，迅速改进系
统的性能
总线类型：
• ISA总线 • VESA 总线 • PCI总线 • AGP标准 • STD总线
ISA总线:
• ISA（industrial standard architecture） 总线标准是IBM 公司1984年为推出 PC/AT机而建立的系统总线标准，所以 也叫AT总线。它是对XT总线的扩展， 以适应8/16位数据总线要求。
二、控制系统的设计思路
1、确定系统整体控制方案 1）从系统构成上考虑是否采用 开环控制或闭环控制；
2）执行元件采用何种
3）考虑系统是否有特殊控制要 求及采取的措施是什么？
4）考虑微机在整个控制系 的作用
南邮计算机控制系统设计与实现PPT课件
➢ 如果某参数是—系列有序数据的集合，如采样信号序列，
则不只有数据类型问题，还有一个数据存放格式问题，
即数据结构问题。
.
24
3、资源分配
➢ 系统资源包括ROM、RAM、定时器/计数器、个断源、 I/O地址等。
➢ ROM资源用来存放程序和表格，I/O地址、定时器/计数 器、中断源在任务分析时已分配
➢ 因此，资源分配的主要工作是RAM资源的分配，RAM 资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单， 作为编程依据
51系列单片机作为控制器铂电阻温度计作为温度检测元件控制固态继电器的导通和断开时间的长短来控制电热元件的通电时间实现导热油温度控制通过控制过零触发型固态继电器的通断比来控制输入到加热炉的功率从而达到控制温度的目的固态继电器有两个输入控制端另外两端为输出控制端中间利用光电耦合器实现电气隔离输入端只要很小的输入电流便能控制它的导通没有输入电流则截止与有触点的继电器相比固态继电器控制电路简单开关速度快使用寿命长没有噪音等一系列优点462单片机的选择选择at89s52单片机作为控制系统的核心at89s52内部有8k的程序储存器256字节的数据储存器因而无需再扩展储存器使系统大大简化主要完成温度的采集控制显示和报警等功能3数据储存器扩展设定的温度曲线需要长期保存扩展一片串行eepromat24c256来保存设定的温度曲线474传感器的选择目前在温度测量领域内除了广泛使用热电偶以外电阻温度计也得到了广泛的应用尤其工业生产中120500范围内的温度测量常常使用电阻温度计本例中采用铂电阻来测量温度电阻的初值100欧温度每升高一度铂电阻的阻值约增加039欧48图86铂电阻及其信号放大电路图测量部分是一个不平衡电桥铂电阻与固定电阻组成不平衡电桥的四个桥臂为了保证测温的精度采用两次稳压在温度为0时铂电阻的阻值电桥平衡对角线ab两点没有电压差当温度变化时铂电阻的阻值变化其变化值与温度成正比电桥不平衡使对角线ab两点有电压差此电压差送到运算放大器的输入端经过放大后送到ad转换芯片505ad转换器的选择与接口设计eavp31x119x218resetrd17wr16int012int113t014t115p10p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29alep30txd11rxd10u189s52ncu2at24c256ncvcc14di13clk12sart11do10agndu3tlc0834vccvccoutvccr3r4vccr5r6l1l2vccr7vccy1c230pfc130pfvcccs1cs2clkzdiozkeyintu4b74f04u4a7404u8ssrr2r1vccvccu7j1220v516显示器键盘接口设计温度的设定与测量结果通过键盘和数码管显示电路完成
PID控制PID控制系统的分析与设计PPT教程
PID控制器的表达式
❖ PID控制器的传递函数
仍然参照图1，对PID的时域表达式进行拉普拉斯变换，可得
Gc (s)
E(s) U(s)
Kp
Ki s
Kds
Kp
1
1 Ti s
Tds
于是可得几种控制方案的控制器传递函数分别为
比例(P)控制器 Gc(s) Kp
比例积分(PI)控制器
Gc(s)
系统仿真与MATLAB PID控制系统的分析与设计
一个简单PID控制的实例
冲热水淋浴，假定冷水龙头开度保持不变，只调节热水
❖ 比例关系 根据具体的龙头和水压，温度高一度，热水需要关小一定的量，
比如说，关小一格。换句话说，控制量和控制偏差成比例关系， 偏差越大，控制量越大
控制偏差就是实际测量值和设定值或目标值之差。在比例控制规
N
式中，N→∞时，则为纯微分运算。实际中，N不必过大，一般
N=10，就可以逼近实际的微分效果。
PID参数对控制性能的影响
❖ PID参数对控制性能的影响
PID控制器的Kp,Ti,Td三个参数的大小决定了PID控制器的比例、
积分、微分控制作用的强弱
下面举例分别分析Kp,Ti,Td三个参数中一个参数发生变化而另两
PID参数对控制性能的影响
❖ 积分时间常数Ti对控制性能的影响
积分作用的强弱取决于积分常数Ti。Ti越小，积分作用就越强，
反之Ti大则积分作用弱。
积分控制的主要作用是改善系统的稳态性能，消除系统的稳态误
差。当系统存在控制误差时，积分控制就进行，直至无差，积分 调节停止，积分控制输出一常值
加入积分控制可使得系统的相对稳定性变差
step(Gc);
路灯自动控制器的原理与设计PPT演示课件
13
IB2在0.2mA—3mA之间， 由于UB1=4V， UBE1=0.7V，根据KVL 定律得到UR2=3.3V, 此时UR2为VT2提供电 压，又UBE2=0.7，又 根据KVL定律得 UR3=2.6V，为了计算 方便取IB2=2.6mA
根据欧姆定律R3=UR3/IB2=2.6V/2.6mA=1K
VT1
Vb=4.8v
Vc=8.8v
Ve=4.4v
Vbe=0. 66v
Vce=3.8 v
状态： 放大
VT2
Vb=0.8v Vc=0.03v Ve=0
Vbe=0. 75v
Vce=0.0 2v
状态： 饱和
继电器输入端电压=8.8v Vled Vled=1.8v
20
六、评价
对于该次课程设计，我感触很深，以前的其他课程设计只是 要求理论设计，而这次不仅要设计出原理图还要做出实物。 课题的选择、方案的设计和修改、电路的仿真再到实物的制 作，都是自己亲自动手做的，最后还多亏了秦老师的帮忙， 要不然有些问题我说不定永远找不出原因。最后，方案终于 做好了。通过这次课设，我明白了做什么事都要认真细心， 而且还有信心和耐心，心浮气躁是不行的。
理由
构成的电路为共集放大电路，工作 于放大和截止两种状态，为小功率 管，硅材料NPN型均可。
构成的电路为驱动电路，工作于饱 和和截止两种状态，相当于开关， 故为小功率管，硅材料NPN型均可
结论 可选9011、9013、 9014。在此取9013。
可选9011、9013、 9014。在此取9013确定R2 由VT2的输入回路得到UR2=3.3V，设IR2=1.1mA， 根据欧姆定律得到R2=3K。 确定Rb1、R1 IB1的确定：IB1=IC1/β ，又IC1约等于IE1
IB2在0.2mA—3mA之间， 由于UB1=4V， UBE1=0.7V，根据KVL 定律得到UR2=3.3V, 此时UR2为VT2提供电 压，又UBE2=0.7，又 根据KVL定律得 UR3=2.6V，为了计算 方便取IB2=2.6mA
根据欧姆定律R3=UR3/IB2=2.6V/2.6mA=1K
VT1
Vb=4.8v
Vc=8.8v
Ve=4.4v
Vbe=0. 66v
Vce=3.8 v
状态： 放大
VT2
Vb=0.8v Vc=0.03v Ve=0
Vbe=0. 75v
Vce=0.0 2v
状态： 饱和
继电器输入端电压=8.8v Vled Vled=1.8v
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六、评价
对于该次课程设计，我感触很深，以前的其他课程设计只是 要求理论设计，而这次不仅要设计出原理图还要做出实物。 课题的选择、方案的设计和修改、电路的仿真再到实物的制 作，都是自己亲自动手做的，最后还多亏了秦老师的帮忙， 要不然有些问题我说不定永远找不出原因。最后，方案终于 做好了。通过这次课设，我明白了做什么事都要认真细心， 而且还有信心和耐心，心浮气躁是不行的。
理由
构成的电路为共集放大电路，工作 于放大和截止两种状态，为小功率 管，硅材料NPN型均可。
构成的电路为驱动电路，工作于饱 和和截止两种状态，相当于开关， 故为小功率管，硅材料NPN型均可
结论 可选9011、9013、 9014。在此取9013。
可选9011、9013、 9014。在此取9013确定R2 由VT2的输入回路得到UR2=3.3V，设IR2=1.1mA， 根据欧姆定律得到R2=3K。 确定Rb1、R1 IB1的确定：IB1=IC1/β ，又IC1约等于IE1
matlab线性控制系统分析与设计PPT课件02
和零极点增益转换为状态空间模型。
• 语法：G=ss(传递函数)
%由传
(2)递传递函函数数的获转得 换获得 由tf命令实现将系统的状态空间法和零极点增益模型转换为传递函数。
• G=ss(零极点模型) 语法：G=tf(状态方程模型) G=tf(零极点模型)
%由状态空间转换 %由零极点模型转换
%由零
极点模型转换获得
• 说明：Ts为采样周期，当采样周期未
指明Ts可以省略，也可
•
以用-1表示，自变量用'z-1'表示。
【例】用状态空间法建立离散系统。
>> a=[-1.5 -0.5;1 0]; b=[1;0]; c=[0 0.5]; d=0; G=ss(a,b,c,d,0.1) %采样周期为
• 【例】创建离散系统脉冲传递函
MATLAB中状态方程模型的建立使用ss和dss命令。
• 语法：
•
G=ss(a,b,c,d)
•
%由a、b、c、d参数获得
状态方程模型
•• 例当6.得1 写状 出0 态.7 二0 方7 阶G,%系=程n 时统d 由模1 的ssad状型(2d、ay2态(t ,t b)b方 、,程2c ,cdn。、,d edy d)(t t )、 en 2参y ( t )数 获n 2 u ( t )
Y (z) G (z)U (Z )
G (z) C (zI A ) 1 B D
G
z
b 1 z M b 2 z (M 1) ... b M 1z 2 b M z 1 b M 1 z N a 1 z (N 1) ... a N 2 z 2 a N 1 z 1 a N
•
即使用状态方程模型来描述控
制系统，状态方程为一阶微分方程：
多变量控制系统分析与设计(1)幻灯片
t
t m1 (m 1)!
e i t
(
t m
m2
2)
!
e
i
t
t m3
eit
(m 3)!
te i t
e i t
mm
x (t ) P e A t P 1x (t0 )
上式为 eit , teit , t 2 eit , 2!
, t m1 eit 线性组合 (m 1)!
A的特征值具有负的实部时，
x(t) x*
则称系统在平衡点x*处稳定，或简称平衡点x=x*稳定。
系统稳定性示意
x2
s( )
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s( )
- 初始状态 - 平衡状态
二维空间李雅普诺夫下稳定性的几何解释示意图
系统渐近稳定
[定义4-3] 若系统在平衡点x=x*处稳定，且：
lim x(t) x*
t
则称系统在平衡点处渐近稳定，或简称平衡点x=x*渐近稳
系统BIBO稳定。
系统稳定性考察(续)
系统(4-9)的Rosenbrock系统矩阵为：
s 17 9 3
P(s)
30
s 16 5
7
4
0
系统有一个输入解耦零点s＝1，系统内部不稳定。由于它不反映到G(s)中，
系统输入输出关系是稳定的。
P(s)
sI A C
B D
G(s) C(sI A)1B D
A 为约当阵时，
自动控制原理，李友善(第三版) P340
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6
二、控制的手段
7
大禹治水
思考：大禹治水过程中，通过什
么手段实现了什么样的目的？
8
案例分析
大禹治水
大禹是中国古代的传奇英雄人物，他所处的年代洪 水泛滥而久治不息。他的父亲鲧受尧的命令而治水，采 用垒坝筑堰、填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益 盛，最终被舜帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。大 禹子承父业，接受舜的命令进行治水。大禹治水，一改 其父“以×塞而阻水”的方法，以疏通河道、泄洪为主， 经过13年的努力，终于“洪波安息”、“水患大治”。
41
一、控制系统
电风扇风速 的档位
输 入
电机、扇叶
风速
输 出
42
任何一种控制的实现，都要通过 若干个环节，这些环节的有机组合就 构成了一个系统，称为控制系统。
控制系统的输出与输入之间有一 定的对应关系。
43
马上行动：请指出下列控制系统中的输入、 输出分别是什么？
控制系统
输入
输出
电风扇风速控制 调速器或挡位 风扇的转速
12
马上行动
控制事例 大禹治水
控制的对 象
洪水
控制的目 控制的手
的
段
安息洪波、 疏通河道，
大治水患 泄洪为主
电风扇扇 叶转速快 慢的控制
人力三轮 车转弯中 的方向控
电风扇扇
叶
调节速度
人力三轮车
改变三轮车 行驶的方向
换挡
双手转 动车把
13
请同学们说说你在生活学习中 所见到的应用控制的事例。
学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系 统、自动喷泉等。
遥控模型
18
手 动 冲 床
19
开车
20
2、自动控制
概念：在控制的过程中 不需要人的干预，就可按期 望规律或预定程序进行的控 制系统。
特点：不需要人的直接 干预。
21
以前在烈日炎炎的夏天，人们用手摇芭蕉扇扇风消暑。
随着电风扇的产生，人们消暑纳凉的手段得到了改进。电风扇的叶片装 在电机的轴上，电机转动时带动叶片一起转动从而产生风，达到消暑的 目的。
电饭煲
电源的电信号 锅内的温度
脱粒机
电源的电信号 脱粒的量
红外线自动水龙头 人手的红外信号 水龙头的出水量 44
开环控制系统
在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位 时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度与进 水的时间是一一对应的。我们就可以通过设定注 水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。将注 水的时间值（假设为2小时）设定到定时器中，开 启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会通知 进水阀门关闭，停止向游泳池注水。
36
开环与闭环控制系统
小试验1：闭上眼睛写“控制系统”四个 字
输入量： 老师的指令 输出量： 所写的字
37
“闭上眼睛写字”的控制过程方框图
输入
大脑
手
笔
输出
输入量
控制器
执行器
被控对象
输出量
38
分析原因：
1、闭着眼睛画：
人脑控制手画鼻子：人脑——手——鼻子
控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以
修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称 为开环控制。
2、睁着眼睛画：
人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的
位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精
细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可
以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回 路。这种控制称为闭环控制。
人脑——手——画鼻子 |
鱼塘：
干涸
溢出水
其中的鱼可能多而 肥，可能少而弱
成熟的西瓜： 被摘下吃掉 榨汁 烂掉
流行性病毒： 传染人群 被人的抵抗 通过预防和综合
使人发病 力所战胜 治理而被控制
事物的发展结果可能是人们预先期望的，
也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得
到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必
须借助适当的手段来实现。
39
|———统由哪些部件构成？
脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等
脚踩的力 （输入）
脚蹬、曲柄、链轮 中轴、链条、飞轮
自行车行 驶的速度 （输出）
40
一、控制系统 电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来 实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以一定 的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。风速挡 位是该控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控 制系统的输出，一个挡位对应着一个风速。
是人工控制？
26
自发电手电筒
人工控制
27
试一试：分析下列控制现象 是自动控制还是人工控制：
（1）摇动轱辘，提取井水；
（2）用气筒给自行车的轮胎 充气；
（3）电梯的上下运行控制；
（4）农用灌溉抽水机抽水的 控制。
28
生活
现代网络家电
自动控制
29
工业生产 自动控制
汽车自动装配生产线
汽车油漆
30
农业生产
家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。
社会：交通信号灯、电子警察、电梯、 程控电话交换机等
14
控制的实现需要通过一定 的手段。从控制过程中人工干 预的情形来分，控制有手动控 制和自动控制。
15
1、手动控制
概念：控制系统必须在人 的直接干预下才能完成控制任 务。
特点：有人直接干预。
16
电梯
风 扇
木 门
17
第四章 控制与设计 第一节 了解控制
1
一、为什么需要控制
2
事物的发展与变化具有多样性。 例如: 下雨
3
下雪
4
事物发展的结果可能是人们 预先期望的，也可能是与预期的 目标不相符，甚至是不希望得到 的。如果人们想达到某一特定的 目的，就必须运用适当的手段来 实现。
5
马上行动
指出下列事物发展与变化的多种可能性：
自动控制
水车
31
温室
自动控制
32
农田灌溉
自动控制
电源
控制室
水泵
33
农田灌溉
自动控制
锤式微灌
折射式微喷
射流式微喷
34
课后思考
自动控制技术在各行各业的 应用，一方面减轻了人的劳动 强度，解放了劳动生产力，另 一方面也可能造成失业人数增 加。对此，你有什么看法？
35
小结：
1、控制的涵义 （明确对象、目的、手段） 2、手动控制和自动控制
思考：大禹治水的过程中，通过什么
手段实现了什么样的目的？举出生活
中通过某些手段实现特定目的的事例。
9
控制的含义
控制是根据自己的目 的，通过一定的手段使事 物沿着某一确定方向发展 的行为和过程。
10
汽车的传动系统
11
三、控制是普遍存在的
理解控制现象，需要明确：
1、控制的对象是什么 2、控制要达到什么目的 3、采取什么控制手段
随着科学技术的发展，20世纪50年代，人们发明了空调器。空调器利用 制冷机进行制冷，使室内温度恒定在人们所设定的温度值，从而达到降 温消暑的目的。
手摇扇
手摇扇子产生风 手动
电风扇
电机带动叶片转动时产生风 手动控制
空调器
自动调温
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自动控制
太阳能 路灯
自动门
23
自动扶梯
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自 动 洗 车
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马上行动 下列哪些是自动控制？哪些