自动控制原理-自动控制的一般概念

的信号必须是同一种物理量, 否则不能进行比较. 在直流 电动机转速自动控制系统中, 需要进行比较的二个物理量 一个是电压, 一个是转速, 所以要把转速通过测速发电机 的转换, 变成电压后再比较. 方框图中信号的常用名称: r(t): 系统的输入信号, 其中使系统具有预定性能或预 定输出的, 又可称为给定输入信号或参考输入信号, 如电 位器的输出电压. c(t): 系统的输出信号, 或叫输出量, 又常叫做系统对 输入的响应, 如电动机的转速. b(t): 叫反馈信号. 而把系统中输出信号转换成反馈信 号的元件或装置, 称为反馈元件或反馈装置, 如测速发电 机. e(t): 叫偏差信号. 是r(t)与b(t)比较的结果.
u(t): 是控制器的输出信号, 叫控制信号. 需特别指出的是: 以上所有信号都是时间 t 的函数. 还有一种信号, 叫干扰信号, 它的作用是破坏系统具有预 定性能或预定输出, 也是时间 t 的函数. 干扰信号根据具 体情况, 在系统中可有不同的作用点. 闭环系统的特点: 系统的输出信号经反馈与输入信号 进行比较, 系统按比较的结果e(t)进行控制, 凡具有这一特 点的系统叫闭环控制系统, 也常叫做反馈控制系统. 在反馈控制系统中, 如果反馈信号的作用是加强输入 信号的作用, 则称为正反馈控制系统; 如果反馈信号的作 用是减弱输入信号的作用, 则称为负反馈控制系统. 自控 理论中主要研究的是负反馈控制系统. 假如系统的输出信号不反馈到系统的输入端与输入信 号进行比较, 则这类系统叫开环控制系统.
c(t ) Sr (t ) S r1 (t ) r2 (t )
Sr1 (t ) Sr2 (t ) c1 (t ) c2 (t )
对于线性连续定常系统, 可用线性常系数微分方程来描述其 运动特性, 一般可写成如下形式的微分方程:

a0c (t ) a1c
第一章
自动控制的一般概念
1-1 自动控制和自动控制系统
人工控制直流电动机转速示意图如下所示:
V
Vr
直流电动机
激磁电流 I f 激磁回路
const
功率放 大 器
电枢电压 a
u
转速表
人所起的三个作用: (1) 观察电机的转速; (2) 将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较; (3) 根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.
e(t ) u(t ) 控制器 r (t ) b(t )
被控对象
c(t )
反馈装置
图中每一个方框表示系统中的一个元件或几个元件组合 而成的一个装置; 带箭头的直线表示系统中信号流通的方向 小圆圈符号表示比较器, 正负号表示信号在比较器中是被相 加还是被相减, 需特别提请注意的是: 在比较器中进行比较
自动控制系统可有各种各样的形式. 但总的来说, 可分 为两种, 一种叫闭环自动控制系统, 一种叫开环自动控制系 统. 先以上面所介绍的直流电动机转速自动控制系统为例来 说明什么叫闭环自动控制系统. 为清楚说明系统中各装置或元件间的作用关系, 或者说 各装置或元件间的信号传递关系, 常用方框图表示系统, 直 流电动机转速自动控制系统可画成如下方框图:
(n) (m)
( n 1)
(t ) an1 c(t ) an c(t )

b0 r (t ) b1r (t ) bm1 r (t ) bm r (t ) 上式中 an ,, a0 ; bm ,, b0为不随时间t而变化的确定的常数
( m 1)
二﹑非线性系统 当系统中只要有一个元件具有非线性特性时, 就叫 做非线性系统, 如下图所示:
1-2 自动控制系统的类型
为便于研究自动控制系统的基本实质及确定正确的研 究方法和所应采用的数学工具, 在自控理论中, 将各种系 统划分成以下几个基本类型. 一﹑单输入﹑单输出线性连续定常系统 单输入﹑单输出: 系统只有一个输入信号, 一个输出信号 连续: 系统中各元件的输入﹑输出信号均是时间 t 的连续 函数. 但对于整个系统的输入信号r(t)而言, 允许有 间断点, 即分段连续. 定常: 系统中各元件的特性参数不随时间而变化. 线性: 系统中各元件的静特性必须是直线. 凡线性元件或 系统, 必满足叠加原理, 用数学语言可作如下表述 设一系统(或元件) 的输入为r(t), 输出为c(t),
自动控制直流电动机转速示意图如下f 激磁回路
const
ue
运算器 电枢电压 ua
测速发电机
基本概念: (1) 自动控制就是应用控制装置自动地有目的地控制或操 纵机器设备或过程, 使之具有一定的状态和性能. (2) 被控制的机器设备或物体, 叫被控对象, 如直流电动 机. (3) 所用的控制装置常称为控制器, 如运算器. (4) 控制器和被控对象的组合称为自动控制系统.
当系统静止时, 输入与输出的关系如下图所示, S是运算子
r (t )
S
c(t )
(t ) 则: c(t ) Sr (t ) , 当输入为 r1 (t ) 时, 输出为c1 (t ) Sr 1
当输入为 r2 (t ) 时, 输出为c2 (t ) Sr 2 (t ) , 当输入为 r (t ) r1 (t ) r2 (t )时, 输出为
u (t )
r (t )
r (t )
u(t )
线性部分
c(t )
非线性系统要有非线性微分方程来描述其运动特性. 三﹑离散系统 系统中只要有一个地方的信号是时间t的离散信号时,系 统就叫做离散系统, 离散系统的运动特性要用差分方程来 描述.