石群自动控制原理视频教程(前6章)

石 群 (stones)
http://stones.banzhu.net http://www.ablesky.com/stones · 清 华 大 学 工学博士 控制科学与工程 口 东北大学 工学硕士 控制理论与控制工程
》 主讲课程(本科类) 自动控制原理 现代控制理论 电路分析基础 模拟电子技术 数字电子技术 单片机、PLC、DSP……
线性 时变 系统 非线性 时变 系统
c(t ) r (t ) cos t 5
t dr (t ) c(t ) 3r (t ) 6 5 r ( ) d dt
线性 定常 系统 非线性 定常 系统
c(t ) r 2 (t )
0 c(t ) r (t ) t6 t 6
口复合控制系统 偏差 扰动
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪原理图
函数记录仪方框图
飞机自动驾驶仪系统原理图
反馈电位器
给定电位器
飞机自动驾驶仪系统方框图
扰动
θ
0
给 定 装 置
放 大 器
舵 机
飞 机
θ
c
反馈电 位器
垂直 陀螺仪
电阻炉温度微机控制系统
锅炉液位控制系统原理图
锅炉液位控制系统方框图
电动机一一电机，是自动控制系统中的常用部件。
负载 M L
电压U ＝ ！ 电动机D
I
占
I
I
转速n
G . >
定件的讲，当 if-t载 M L一 定 时 ， 电压U 增 大 当电压 U 一定时，
转迷n提 高 ；
转速 n 减小。
多 l载 ML增大
想一想： 当负载变化时 ，要 想 保 持 转 速 恒 定 ，应 该 怎 么 办 ？ 下面看一龙 f J刨 臼动调速系统。 该系统的控制
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第一章
自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式
工作原理： 被控对象一一 电动机
石
．
系统方框Baidu Nhomakorabea ：
输入 1 1 l·
扰 i>!J茧
控制器
被控对象 ｜旦 坐 革
开环控制系统
一一输
： I\盐受控手输入量 ，而对控制量不能反施影响的一关系统。
结 构 特 征 ： 信 息 单 向 传 递 ，没有形成闭合国脐
系 统 特 点 ： ①控制系统结构简单，成本低廉； ②控制精度差，抗干扰能力差； 使 用 场 合 ： 多） 目 甘 系 统 结 构 参 数 稳 定 汗 1 1 扰动信号较汩 的场合 。
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石群系列视频教程 之
自动控制原理(含现代控制理论)
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2.电感
diL (t ) u L (t ) L dt
iL (t )
1 L
u
L
(t )dt
3.弹簧弹性力
F kx k vdt
1 dF v k dt
4.阻尼器（不储存能量，吸收能→热能） 》 平动阻尼器 K：阻尼系数 dy F kv k F：阻尼力 dt y：位移 》 旋转阻尼器
6 lJ
卫 叫 可 脱 口 L在
测速机
E
〉 。
－
闭环控制系统 （ 反馈控制系统〉
结 构 特 征 ： 信息循环往复传递 ，按偏差进行控制； 系 统 特 点 ：①按偏差控制， （ 因此必须有输 出量的测量装置 ）； ②抗干扰性好 ，控制精度高 ； ③ 系统较复杂，有稳定性 问题。
使用场合： 多用于系统结构参数不稳定和扰动信号较强的场合 。
第一章 作业
1.思考题（1-1） 讨论液位自动控制系统 原理图，方 框图 2.判断系统类型（1-10）
1.思考题 原理图、方框图（1-1）
控制器
Q1
浮子 电位器
c
用水开关
减速器 电动机
SM
Q2
if
液位自动控制系统
Q2
给定 液位
浮子 杠杆 电位器 伺服电动机 与减速器
Q1
阀门 水箱
实际 液位
2.判断系统类型（1-10）r入、c出
1-2 自动控制系统示例
1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求 1-5 自动控制系统的分析与设计工具
1-1 自动控制的基本原理与方式 》 无人直接参与 》 机器、设备或生产过程的工作状态或参数 》 自动实现某种规律运行
》 经典控制：单输入、单输出 》 现代控制：多输入、多输出
r：输入采样序列。 c：输出采样序列 总结：（1）、（2）线性系统具有齐次性、叠加性。 （3）非线性控制系统（系数与变量有关）
d y (t ) dy (t ) 2 y ( t ) y (t ) r (t ) 2 dt dt
2
按控制方式 ： 开环控制 、 闭环控制、复合控制 按元件类型： 机械 、电气、机 电、液压、气 动 、生物 ． ． ． ． 按系统功用： 速 度 控 制 系 统 、压力控制系统 、温度控制系统、位 置 控 制 系 统 按参掘量的变化规律 ： 恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
》教程内容 (适用“胡寿松《自动控制原理》 第五版”教材) 一、免费部分 (1)0石群自动控制原理 (2)石群自动控制原理第 1讲至第10讲（免费） (3)石群自动控制原理第 11讲至第20讲（免费） (4)石群自动控制原理 第21讲至第30讲（免费） (5)石群自动控制原 理第31讲至第40讲（免费）
d r (t ) c(t ) 5 r (t ) t dt 2
2 2
非线性 时变 系统
d 3c(t ) d 2 c(t ) dc(t ) 3 6 8c(t ) r (t ) 3 2 dt dt dt
线性 定常 系统
t
dc(t ) dt
c(t ) r (t ) 3
dr (t ) dt
1-3 自动控制系统的分类
线性定常连续系统包括： 》恒值控制系统 》随动系统，包括伺服系统 》程序控制系统
（2）线性定常离散控制系统（m≤n）
a 0 c(k n) a1 c(k n 1) b 0 r (k m) b1 r (k m 1) a n 1 c(k 1) a n c(k ) b m 1 r (k 1) b m r (k )
二、收费部分
(1)石群自动控制原理第7章（第41讲至第50讲）100元
(2)石群自动控制原理第8章（第51讲至第62讲）120元
(3)石群自动控制原理第9章（第63讲至第80讲）153元
(4)石群自动控制原理考点等级 15元
J 注：“教程内容”会持续更新，例如考研真题、 其它课程等，欢迎关注！
购买步骤：
多因素 多 层次 复
III
70年代至今
大系统理论 智能控制
时² 域＼ 复域 ＼ 频域法， 模 糊集法
杂对象
石
件
_ , , _-
• 反馈控制又称为闭环控制
• 测量元件 • 给定元件 • 比较元件
• 放大元件 • 执行元件 • 校正元件
基本控制方式
口反馈控制系统（闭环控制系统） 口开环控制系统 （按给定控制、按扰动控制） 口复合控制系统
说明：目前自控1好友已满、自控2好友已经很多。如果学员 过多，会增加新的QQ客服并多渠道告知，敬请关注。
石群自动控制原理(含现代控制理论)视频教程 内容清单、购买操作步骤、附加说明
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电机转矩系数 Cm 电磁转矩方程
M m (t ) Cm ia (t )
电动机和负载折合到电动机轴上的两个变量： fm J粘性摩擦 系数 J转动 惯 量 Jm 电动机轴上的转矩平衡方程： d m (t ) Jm f mm (t ) M m (t ) M c (t )
dt
电动机转速 m (t ) 折合到电动机轴上的总负载转矩
》 反馈（控制思想的精髓，知己知彼）
J 数控车床按照规定程序自动地切削工 件； J 化学反应炉自动地维持温度或压力的 恒定； J 导弹发射和制导系统自动地把导弹引 向敌方目标； J 人造地球卫星准确地进入预定轨道并 回收 ……
自动控制原理发展概况 ：
阶段
形成时期 30-50年代
理论基础 经典 控制论
I 的是：当负载变化时 ，维 扣 转 速 n 不变 。
石 群课件
一 自 动 控 制
控制方案 1:
＋
P2 l l -l
tl.1 ]c 1 i!t
z｛ ！
呵投哇 眈 J i
。
Ul ↓
弓－
E Ur
一 歪 歪
斗，
叽 。
其中 ： l JI'
控制量 （ 输入量之一〉
ω 一一被控量 （ 输出量 ）
ML 一一扰动量 〈 输入量之二 〉
分析方法 时域、 复域 (1948）、 频 域（ 1932)
状态空间
研究对象 SISO (Si吨le i即 · U Single-output)
数学工具 微分方程、 拉氏变换、 复变函数等
II
60-70年代
现代
控制论
时域
:tv1 IMO 矩阵理论 (Multiple-input （线性代数） tvlultiple-output)
M c (t )
7.机械齿轮 转速 齿数 2 1 粘性摩擦系数 f1 f 2 原动转矩 M m
Z1 Z 2
半径 r1 r2 转动惯量 J1 J 2 负载转矩 M M
1
2
Mc
齿轮传动： 线速度相同；传送功率相同；齿数与 半径成正比。
（ 线性系统 一一系统巾所有元件的特性都是线性的 。 按系统性能：
｛ （ 非线性系统 （ 定常 （ 时不变 ）系统 一 数不随时 阳 时变系统 （ 连续系统一系统 散系统 （确定 阳一 本课 程 只涉 及确 定 阳 性系统 不确定 系 统 阳 和 参 。 离
分信号随着时叫变化 。
石 群课件
.z-.
’
线性 延迟 系统
第二章 控制系统的数学模型
2-1 控制系统的时域数学模型
2-2 控制系统的复域数学模型
2-3 控制系统的结构图与信号流图 2-4 控制系统建模实例
2-1 时域数学模型 1.电容
duc (t ) ic (t ) C dt
预备知识
1 uc (t ) ic (t )dt C
石
．
常用术语
• 控制系统（Control system） • 参考输入、给定输入、希望输入（Desired Input） • • • • • • 偏差信号（Error signal） 控制器（Controller） 控制量，也称操作量 （Control signal） 控制对象（Control plant） 扰动（Interaction） 系统输出，也称被控量（System output）
d T k k dt
K：阻尼系数 ω ：旋转角速度 θ ：旋转角度 T：阻尼力矩
5.牛顿定律 F ma
dx v dt
dv d 2 x a 2 dt dt
6.电机
电枢电压 ua (t ) 电枢电流 ia (t ) 电磁转矩 Mm(t) 电枢回路电压平衡方程
dia (t ) u a (t ) La Ra ia (t ) Ea dt 反电势 Ea (t ) Cem (t ) ，与 ua (t ) 反向。
1-4 对自动控制系统的基本要求 J稳定性 由系统结构决定。
J快速性
动态（暂态）特性。
J准确性
静态（稳态）特性。
典型外作用（信号）
（1）阶跃信号 （2）斜坡信号 （3）脉冲信号 （4）正弦信号
回顾：
（1）阶跃响应 （2）冲激响应 （3）正弦响应 （4）八一拆分
1-5 自动控制系统的分析与设计工具 J Matlab 》 草稿纸式编程语言 》 良好的人机界面 》 结论可做一定等级的理论论据 》 Simulink工具箱
女 11： 「 I 4' J告货机、 自动报警器、 自7:;JJ化流水线、小： 「 ｜ 动洗衣机等。
控制方案 2:
P2 阁 1-3
t- - - + - --
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系统方框图：