第1章自动控制...ppt
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1、自动控制原理(第自动控制原理(第3版)版)青岛理工大学(临沂)1青岛理工大学(临沂)青岛理工大学(临沂)电气自动化教研室电气自动化教研室曲绍华曲绍华联系方式:办公室联系方式:办公室2#42#4楼楼 电话:电话:57970145797014 手机:手机:1596676165615966761656 Email Email:2学期安排学期安排课堂课堂讲授、习题课、复习讲授、习题课、复习60学时学时作业作业监督、发现解决问题监督、发现解决问题考核:考核:期末考试期末考试70%平时成绩平时成绩考勤、作业、课堂表现考勤、作业、课堂表现30%3自动控制理论发展简史v经典控制理论 (20世纪初)时域法 复域
2、法(根轨迹法)频域法 v现代控制理论 (20世纪60年代)自适应控制 最优控制 鲁棒控制 最佳估计 容错控制 系统辨识 集散控制 v智能控制理论 (20世纪70年代)专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法4自动控制原理课程的任务与体系结构5自动控制的几个实例v数控车床按照预定程序自动地切削工件v化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定v雷达和计算机组成的导弹发射和制导系统,自动地将导弹引导到敌方目标v无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行v人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收等。6热蒸气热蒸气水水1、水温的手动控制示意图、水温的手动控制示意图操作员要用手(通过感觉)来测试水的温度,并将此温度与操作
3、员要用手(通过感觉)来测试水的温度,并将此温度与他要求的值(给定值)相他要求的值(给定值)相比较(通过大脑)。同时比较(通过大脑)。同时他他要要决决定定(通过大脑):(通过大脑):他的手应该朝哪个方向旋转加温用的蒸汽他的手应该朝哪个方向旋转加温用的蒸汽阀阀门门和旋转多大的角度和旋转多大的角度。水温控制水温控制-麻烦、费力、辛苦、不准确!麻烦、费力、辛苦、不准确!例例:72、水温的自动控制的示意图水温的自动控制的示意图采用自动控制时采用自动控制时,上述功能都用相应的元件和仪表来代替。上述功能都用相应的元件和仪表来代替。例如,用温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。例如,用温度测量元件、控制记录仪
4、表和调节阀等。8学习方法v掌握基本概念、基本方法、基本原理v要注意前后联系,融会贯通,保持知识的连贯性v要理论联系实际,培养自己分析和解决工程实际问题的能力v要养成综合分析,全面思考,认真负责的良好学习习惯9学习建议v勤观察,善思考v能抽象,会画图:建立数学模型,掌握常用的分析方法并能用简图来描述控制系统。v多做题,善总结:每一类题都有内在的规律性,多做题并总结解题技巧和方法,做到举一反三10第一章第一章自动控制系统的基本概念自动控制系统的基本概念本章要点:本章要点:(1)掌握自动控制相关概念及基本方式,几种控制方掌握自动控制相关概念及基本方式,几种控制方式的定义,系统框图式的定义,系统框图,
5、了解几个实例的运行过程。,了解几个实例的运行过程。(2)掌握闭环系统的基本组成,典型闭环系统的框图。)掌握闭环系统的基本组成,典型闭环系统的框图。(3)熟悉自动控制系统的几种分类方法及分类结果。)熟悉自动控制系统的几种分类方法及分类结果。(4)掌握对控制系统的基本要求掌握对控制系统的基本要求,“稳稳”,“准准”,“快快”。111.1自动控制的基本方式自动控制的基本方式一、基本概念:一、基本概念:(1)自动控制自动控制:在没人直接参与的情况下,利用控制装置使:在没人直接参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。(2)自动控制系
6、统自动控制系统:能够对被控对象的工作状态进行自动控:能够对被控对象的工作状态进行自动控制系统。一般由控制器制系统。一般由控制器(含测量元件含测量元件)和控制对象组成。和控制对象组成。(3)被控对象被控对象:要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。:要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。(4)控制装置控制装置:对被控对象起控制作用的控制装置总和。:对被控对象起控制作用的控制装置总和。(5)输出量输出量:位于控制系统输出端,并要求实现自动控制的:位于控制系统输出端,并要求实现自动控制的物理量,也称为被控量。物理量,也称为被控量。(6)输入量输入量:作用于控制系统输入端,并可使系统具有预定:作用于
7、控制系统输入端,并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。功能或预定输出的物理量。12二、三种基本控制方式二、三种基本控制方式1、开环控制方式、开环控制方式控制系统的输出量对系统没有控制作用,控制系统的输出量对系统没有控制作用,系统输出端与输入端之间不存在反馈回路,这系统输出端与输入端之间不存在反馈回路,这种系统是种系统是开环控制系统开环控制系统。开环控制系统的开环控制系统的特点特点:(1)系统输出量对控制作用无影响)系统输出量对控制作用无影响(2)无反馈环节)无反馈环节(3)出现干扰靠人工消除)出现干扰靠人工消除(4)无法实现高精度控制)无法实现高精度控制13举例举例:开环调速系统(不考虑测
8、速反馈)开环调速系统(不考虑测速反馈)工作原理:工作原理:改变电位器滑动端的位置,相应地改变了电压改变电位器滑动端的位置,相应地改变了电压Ug值的大小,值的大小,其值经功其值经功率放大器放大后施加在直流电动机的电枢两端,率放大器放大后施加在直流电动机的电枢两端,由于直流电动机具有恒定的由于直流电动机具有恒定的励磁电流。因此,随着电枢电压值的不同,电动机便以不同的转速带动生产励磁电流。因此,随着电枢电压值的不同,电动机便以不同的转速带动生产机械运转。于是,改变机械运转。于是,改变Ug的大小,便控制了电动机转速的高低。系统中,的大小,便控制了电动机转速的高低。系统中,Ug是是给定输入量给定输入量;
9、电动机的转速;电动机的转速n是系统的是系统的输出量即被控量输出量即被控量,功率放大器的,功率放大器的电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等,是电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等,是扰动输入量扰动输入量。可见,系统的输出量,即电动机的转速并没有参与系统的控制。可见,系统的输出量,即电动机的转速并没有参与系统的控制。14开环控制系统职能框图开环控制系统职能框图任何开环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面的结构框图表示。任何开环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面的结构框图表示。2、闭环控制方式:、闭环控制方式:把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端,形成
10、闭环,参与控制,这种系统叫把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端,形成闭环,参与控制,这种系统叫闭环控制系统闭环控制系统。实际的闭环控制系统,都是以实际的闭环控制系统,都是以负反馈负反馈的形式出现。的形式出现。(7)扰动扰动:破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号。:破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号。(8)反馈反馈:将系统的输出量馈送到参考输入端,并与参考输入进行比较的:将系统的输出量馈送到参考输入端,并与参考输入进行比较的过程。过程。(9)反馈控制反馈控制:将系统的输出量与参考输入进行比较,并力图保持两者之间既定关:将系统的输出量与参考输入进行比较,并力图保持两者之间既定关系的控制
11、原理。系的控制原理。(10)前向通道前向通道:从给定信号到被控变量的通道。:从给定信号到被控变量的通道。(11)反馈通道反馈通道:从被控变量到比较点的通道。:从被控变量到比较点的通道。(12)误差误差:期望输出值与实际输出值之间的偏差。在反馈控制系统中,参考输入和:期望输出值与实际输出值之间的偏差。在反馈控制系统中,参考输入和反馈信号的偏差也称为误差。反馈信号的偏差也称为误差。15举例举例:闭环调速系统:闭环调速系统测速发电机检测输出量即转速测速发电机检测输出量即转速n并把它转换成与给定电压并把它转换成与给定电压物理量物理量相同的反馈电压相同的反馈电压。反馈电压与给定电压相比较后产生一偏差电压
12、。反馈电压与给定电压相比较后产生一偏差电压,再经过放大器放大后去控制直流电动机的转速。,再经过放大器放大后去控制直流电动机的转速。闭环控制的工作原理:将系统的输出量经测量、变换反馈到输入端,闭环控制的工作原理:将系统的输出量经测量、变换反馈到输入端,与给定输入相比较得到偏差信号,由偏差信号经控制器产生控制作用,与给定输入相比较得到偏差信号,由偏差信号经控制器产生控制作用,控制作用使偏差消除或减少,保证系统的输出量按给定输入要求变化。控制作用使偏差消除或减少,保证系统的输出量按给定输入要求变化。16闭环控制系统职能框图闭环控制系统职能框图任何闭环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面
13、的结任何闭环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面的结构框图表示。构框图表示。3、复合控制方式、复合控制方式开环控制开环控制+闭环控制闭环控制两种结构:按输入信号补偿两种结构:按输入信号补偿按扰动信号补偿按扰动信号补偿 171.2闭环系统的基本组成闭环系统的基本组成一、基本组成一、基本组成结构方块图如图所示结构方块图如图所示系统的基本元部件用框表示;信号的传输方向用箭头表示;信号的综合,用带系统的基本元部件用框表示;信号的传输方向用箭头表示;信号的综合,用带“”的圆圈表示,的圆圈表示,+号表示两信号相加,即正反馈。号表示两信号相加,即正反馈。-表示两信号相减,即负反表示两信号相减,
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