自动控制原理 杨平 ac1x

第一章绪论

学习要求

基本内容：

✓概述：自动控制、自动控制系统的概念，自动控制系统的两种基本形式（开环控制与闭环控制）。

✓自动控制系统的组成和分类。

✓自动控制理论发展简况：反馈控制理论的研究对象和方法。

✓自动控制理论的研究内容：系统分析和系统设计，对自动控制系统的基本要求。

教学要求：

使学生对古典反馈控制的基本理论和方法有一全面、整体的了解。

了解自动控制理论发展简况及反馈控制理论的研究对象和方法。

掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成和分类，及对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。

第一节自动控制的基本概念

自动控制的定义

在没有人直接参与下，利用控制装置，使被控对象的被控制量自动的按照预定规律变化。

自动控制学科的特点

1.理论性、实践性强；

2.应用广泛；

自动控制理论的内容

自动控制

理论经典控制理论

(19世纪中叶--

20世纪50年代)

线性

非线性

根轨迹法

频域法

时域法

描述函数法

相平面法

离散Z变换法

现代控制理

论(60年代以

来)

状态反馈控制

最优控制

智能控制

预测控制

自适应控制

模糊控制

自动控制理论基本问题

☐控制系统的分析（性能指标）

⏹实验法－－典型信号的响应(阶跃响应,频率特性)

⏹解析法－－系统的数学模型(传递函数,状态方程)

⏹计算机仿真

☐控制系统的设计

⏹控制方案、控制器的结构参数设计和整定

⏹性能校核(计算,仿真,实验)：系统的实现和分析

第二节自动控制中的两种控制方式

闭环控制系统特点:

1.有反馈回路;（反馈控制系统）

2. 结构相对复杂;

3. 控制精度高,自动纠偏

第三节自动控制系统组成及方框图●自动控制系统的实现：控制装置＋受控对象

●自动控制系统的图示：方框图(方框+箭头+求和圆+线条)，用于分析系统内各部分之间关系的图形．

电位器电动机及负载

传感器（测速发电机）

放大器反馈控制系统的组成：

给定器控制器执行器受控过程

传感器

DV 反馈量MV 被控量SV 调节阀

电位器电动机及负载

传感器（测速发电机）

放大器反馈控制系统的组成：

给定器控制器执行器受控过程传感器

DV 反馈量MV 被控量SV 调节阀自动控

制装置

反馈控制系统中的常用术语

☐受控过程（受控对象）

☐被控量

☐控制系统= 受控过程＋自动控制装置

☐自动控制装置= 传感器+ 控制器+执行器+调节阀

☐给定值（参考输入值）

☐偏差值

☐控制量

☐扰动量(内扰,外扰)

锅炉汽包水位控制系统

•工业过程中的反馈控制系统例子---

调节器汽包

变送器

主蒸汽过热器

省煤器

执行器

给水调节阀给水泵

给水

第四节自动控制系统的分类

设定器控制器被控对象扰动

被控量设定器被控过程

传感器

控制器1.4.1 按系统环节连接形式分类闭环控制系统:

开环控制系统：

1.4.2 按控制器的馈入信号特点分类控制器

控制器被控过程

控制器被控过程

控制器被控过程反馈控制系统前馈控制系统前馈---反馈

控制系统

1.4.3 按给定值变化规律分类

t

t

t

r

r

r

恒值控制系统

给定值不随时间变化例空调温度控制

随动控制系统

给定值按需求随机变化例锅炉燃烧过程控制

程序控制系统

给定值按条件（时间或流程）变化

例金属热处理，汽机启动过程转速控制

1.4.4 按输入输出变量数分类

电站锅炉

单变量控制系统

单入--单出SISO（Single Input Single Output）例电加热炉温度控制系统电加热炉

电流

温度

多变量控制系统

多入--多出MIMO（Multiple ----）例锅炉燃烧控制系统

燃料量送风量引风量

工质温度

工质压力炉膛压力

1.4.5 按系统特性分类

线性控制系统

可用叠加原理

用线性数学模型描述

例弹簧秤（在工作区）

非线性控制系统

不可用叠加原理

用非线性数学模型描述

例弹簧秤（不在工作区）位

移

力位

移

力

1.4.6 按变量的时间特性分类

连续时间控制系统

系统中的变量是时间的连续函数例重锤式转速控制系统

离散时间控制系统

系统中存在离散变量

例计算机控制系统

变

量

变

量

时间

时间

第五节控制系统性能分析

☐典型试验信号

⏹阶跃信号

⏹斜坡信号

⏹抛物线信号

⏹脉冲信号

⏹正弦信号

☐系统性能分析方法

⏹动态特性分析

⏹稳态特性分析