自动化学科概论第2章.pptx

单变量控制系统——只有一个输入量和一个输 出量的控制系统
多变量控制系统——有多于一个输入量或多于 一个输出量的控制系统
混合槽液位控制系统
多变量控制系统用状态空间方法描述 解耦控制对解决多变量控制系统控制问 题最具价值
非线性系统是指含有非线性元件的系统， 需用非线性微分方程或状态方程描述。
典型非线性特性
饱和特性
死区特性
带滞环的继电特性
非线性控制系统与线性系统相比的特点：
⑴线性系统的稳定性完全取决于系统的结构及其参 数，与系统的初始条件以及外加输入无关。
⑵ 对于非线性系统而言，发生并维持一定频率和振 幅的稳定的周期运动完全是可能的，通常把这种运动称 为自激振荡，并在信号发生器等场合得以有效应用。
液位自动控制系统
y yr y
y 即为液位偏差信号，假设
H(s)=1,则系统输出y为 y G(s) Gk (s) y
最后可得：
y G(s) Gk (s) (s)
yr 1 G(s) Gk (s)
(s) 表示了整个系统输出与输入之间
的传递关系，称为系统的“闭环传递函
数”，而把G(s) Gk (s) 称为系统的
实验法--把需建模的对象看成为一个“黑箱”
复杂系统的建模，会存在更多的困难：
⑴ 对于大范围变化或非线性特性强烈的对象， 不能进行线性近似，必须用精确非线性的数字表达 式去描述。
⑵ 对于变量多的系统，其数学模型将是高阶微 分方程或大维数的状态方程。
⑶ 实际系统的参数经常不是固定不变的，系统 的模型应为变参数微分方程。
“系统”是由相互作用、相互联系的若干个 组成部分结合而成的具有特定功能的整体。
自动控制系统则是指能够实现“自动化”任务 的设备，它是人造系统，而且是工程技术领域的 人造系统。自动控制系统通常由控制部分和控制 对象组成。
简单的水箱液位控制
水箱液位自动控制系统
一个典型的自动控制系统由下列基本部分组成：
“开环传递函数”。
复合控制 复合控制系统中的补偿控制(前馈控制)
能及时地抵消可测扰动量对被控量的不利 影响，而反馈控制能保证系统的高精度。 这是一种得到广泛应用的控制形式。
单回路控制——具有一个闭合环路的控制
多回路控制——具有多个控制器、多个反馈闭 合环路
用简单的一个闭合环路控制往往不能得到 好的控制系统特性，必须采用具有多个控制器、 多个反馈闭合环路的多回路控制。
电动机的控制是多回路控制的典型例子。
1. 速度闭环控制调速系统 2. 双闭环控制调速系统
3. 位置随动系统
控制规则的确定是控制器设计的核心
⑴ 比例控制 ⑵ 比例+积分控制 ⑶ 比例+微分控制
在实际的自动控制系统中，为保持系统具 有良好的动态特性和静态特性，往往使控制 器同时具有比例、微分、积分控制作用，构 成比例+积分+微分控制，或称为P（比例）I （积分）D（微分）控制。
工程技术领域的被控对象不同的分类法
（1）按被控对象的特性可分为线性和非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常和时变 （3）按系统传输信号的性质可分为连续系统和 离散系统
（4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为 恒值控制系统和随动控制系统
建立被控对象数学模型的方法主要有解析法 和实验法两种。
解析法--建立起输入与输出之间的因果关系
(1)被控对象 控制系统所要控制的设备或过程 (2)给定环节 产生给定输入信号的环节 (3)测量环节 随时将被控制量检测出来的装置 (4)比较环节 其功能是将给定的输入信号（被控制量的希 望值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较 (5)控制环节 它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作 被控对象，实现被控量达到所希望的目标 (6)执行环节 按控制环节的控制决策，具体实施对控制对 象的操作
开环控制和闭环控制是按信号的传递路 径来区分的两种不同的控制形式。
1. 开环控制
扰动补偿控制，也称为“前馈控制”
2. 闭环系统
自动控制最基本的形式，将被控量测量出 来，反馈至控制系统的输入端与给定信号进行 比较得出偏差信号，然后根据偏差对被控对象 实施有效控制，达到消除或减少偏差的目的。
按负反馈原理组成的闭环控制系统才是真 正意义上的自动控制系统，反馈控制是自动控 制最基本的形式，自动控制理论主要就是围绕 反馈控制来研究自动控制系统的。
自动化学科概论 第3章 自动化的基本原理
自动化学科概论
3.1 自动化、自动控制系统与自动控制理论 3.2 被控对象及其数学模型的建立 3.3 自动控制基本原理 3.4 数字控制及计算机控制系统 3.5 自动化基本设备 3.6 小结
第3章 自动化的基本原理
自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自 动控制系统实现的。
⑷ 实际系统的参数往来自百度文库是分布的，这时要用偏
微分方程描述。
第3章 自动化的基本原理
3.3.1 自动控制系统的基本性能要求 3.3.2 开环控制与闭环控制 3.3.3 单回路控制与多回路控制 3.3.4 基本控制规则 3.3.5 单变量控制与多变量控制 3.3.6 非线性系统控制及其困难
一个自动控制系统从原来的平衡状态过渡到 一个新的平衡状态，两个平衡状态之间的过渡过 程称为动态，处于平衡状态时称为静态。
非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法
在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法
各种智能控制方法
第3章 自动化的基本原理
自动控制系统动态过程常见形式：
⑴单调收敛过程 ⑵单调发散过程
⑶衰减振荡过程 ⑷等幅振荡过程
⑸发散振荡过程
自动控制系统的基本性能
⑴ 稳定性 与稳定性相关，还可以用平稳性来衡量一个
控制系统过渡过程的好坏。 ⑵ 快速性 ⑶ 准确性
对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就 是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行 的。
自动控制理论从三个方面对自动控制系统 进行研究和阐述：
⑴ 系统的模型
⑵ 系统的分析
⑶ 控制系统的综合
不同特色的理论和技术体系 (1)经典控制理论 (2)现代控制理论 (3)大系统理论和智能控制技术
第3章 自动化的基本原理
3.2.1 被控对象的类型 3.2.2 建立被控对象数学模型的基本方法 3.2.3 复杂系统建模的困难