控制工程基础1章.ppt
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1、 控 制 工 程 基 础l教材:董景新教材:董景新控制工程基础控制工程基础l参考:胡寿松参考:胡寿松自动控制原理自动控制原理l 绪芳胜彦绪芳胜彦现代控制工程现代控制工程 MATLAB在控制系统分析与设计在控制系统分析与设计中的应用类的书籍中的应用类的书籍1 第一章 绪 论一、概述l1、自动控制与自动控制系统自动控制与自动控制系统自自动动控控制制:就就是是在在没没有有人人直直接接参参与与的的情情况况下下,使使生生产产过过程程或或被被控控对对象象的的某某些些物物理理量量准准确确地地按按照照预预期期的的规规律律变变化化,使使其其具具有有希希望望的的状状态态和功能。和功能。自自动动控控制制系系统统:能
2、能够够实实现现自自动动控控制制任任务务的的系系统。统。22、自动控制规律l恒值调节:恒值调节:系统的输入量为一恒值,或者随系统的输入量为一恒值,或者随时间缓慢地变化,要求系统的输出量保持为时间缓慢地变化,要求系统的输出量保持为希望的恒定值。例如:稳压电源,恒温系统。希望的恒定值。例如:稳压电源,恒温系统。l随动系统:随动系统:又称伺服跟踪系统。系统的输入又称伺服跟踪系统。系统的输入量随时间任意变化,系统的基本任务是控制量随时间任意变化,系统的基本任务是控制输出量以要求的精度及时平稳地复现输入量。输出量以要求的精度及时平稳地复现输入量。如转速调节,位置随动等如转速调节,位置随动等l程序控制:程序
3、控制:系统的输入量按既定规律变化,系统的输入量按既定规律变化,系统的控制过程按照预定的程序进行。如生系统的控制过程按照预定的程序进行。如生产线的生产过程。产线的生产过程。33、经典经典控制理论及控制理论及经典经典控制理论控制理论l控制理论分为控制理论分为经典控制理论经典控制理论和和现代控制理论。现代控制理论。经经典典控控制制理理论论:以以传传递递函函数数为为基基础础,研研究究单单输输入单输出入单输出的线性连续系统的分析和设计问题。的线性连续系统的分析和设计问题。现现代代控控制制理理论论:以以状状态态空空间间法法为为基基础础,研研究究多多输输入入、多多输输出出、变变参参数数、非非线线性性、高高精
4、精度度、高高效效能能等等控控制制系系统统的的分分析析和和设设计计问问题题。最最优优控控制制、最最佳佳滤滤波波、系系统统辩辩识识、自自适适应应控控制制等等理理论论都都是是这这一一领领域域的的主主要要研研究究课课题题。其其基基础础是是计计算算机机技技术和现代应用数学。术和现代应用数学。4 l经经典典控控制制可可以以利利用用硬硬件件电电路路实实现现,也也可可以以用用计计算算机机来来实实现现,但但现现代代控控制制是是无无论论如何离不开计算机的。如何离不开计算机的。l自自动动控控制制理理论论的的发发展展:它它的的发发展展初初期期,是是以以反反馈馈理理论论为为基基础础的的自自动动调调节节原原理理,并并主主
5、要要用用于于工工业业控控制制。如如二二战战时时期期的的飞飞机机及及船船用用自自动动驾驾驶驶仪仪、火火炮炮定定位位系系统统、雷雷达达跟跟踪踪系系统统等等。60年年代代开开始始向向以以控控制制论论、信信息息论论和和仿仿生生学学为为基基础础的的智智能能控控制制理论发展。理论发展。54、本课程的主要内容及学习方法本课程的主要内容及学习方法l本本课课程程主主要要讲讲述述以以机机械械设设备备和和机机械械制制造造过程为对象的经典控制理论。包括:过程为对象的经典控制理论。包括:1)控控制制系系统统分分析析:对对已已知知的的系系统统的的静静态态和和动动态态性性能能(一一般般概概括括为为稳稳定定性性、快快速速性性
6、和和准准确确性性)进进行行分分析析,看看它它们们是是否否满满足足要要求求,并并提出改进措施。提出改进措施。2)控控制制系系统统设设计计:根根据据所所要要求求的的系系统统性性能能指标来设计控制系统。也称控制系统的综合。指标来设计控制系统。也称控制系统的综合。67二二、控制理论在机械制造中的应用控制理论在机械制造中的应用l1、研究机械工程技术中广义系统的动力研究机械工程技术中广义系统的动力学问题学问题l分析问题:系统已定,输入已知,求系统分析问题:系统已定,输入已知,求系统的输出的输出l最优控制:系统已知,确定输入,使系统最优控制:系统已知,确定输入,使系统尽可能符合给定的最佳要求尽可能符合给定的
7、最佳要求l最优设计:输入已知,确定系统,使输出最优设计:输入已知,确定系统,使输出尽可能符合给定的最佳要求尽可能符合给定的最佳要求l滤波与预测:输出已知,确定系统,以识滤波与预测:输出已知,确定系统,以识别输入或输入输出中的有关信息别输入或输入输出中的有关信息l系统辩识:输入输出均已知,求出系统的系统辩识:输入输出均已知,求出系统的结论和参数结论和参数-数学模型数学模型8三、自动控制系统的基本概念三、自动控制系统的基本概念l1、名词解释、名词解释对象:是一个设备,它是由一些机器零件有机地对象:是一个设备,它是由一些机器零件有机地组合在一起,其作用是完成一个特定的动作。如组合在一起,其作用是完成
8、一个特定的动作。如加热炉,调速器等。加热炉,调速器等。过程:一种自然的逐渐进行的运转或发展,其特过程:一种自然的逐渐进行的运转或发展,其特征是,有一系列逐渐的变化以相对固定的方式相征是,有一系列逐渐的变化以相对固定的方式相继发生在运转或发展状态中,并且最后导致一个继发生在运转或发展状态中,并且最后导致一个特定的结果或状态。简单地称任何被控制的运行特定的结果或状态。简单地称任何被控制的运行状态为过程。如化学过程,经济学过程和生物学状态为过程。如化学过程,经济学过程和生物学过程。过程。系统:系统是一些部件的组合,它们组合在一起系统:系统是一些部件的组合,它们组合在一起完成一定的任务。系统不限于物理
9、系统。如包含完成一定的任务。系统不限于物理系统。如包含了物理学,生物学和经济学等现象的系统。了物理学,生物学和经济学等现象的系统。9 l扰动:是一种对系统的输出量产生相反作用的扰动:是一种对系统的输出量产生相反作用的信号。如果扰动产生在系统的内部,称为内扰;信号。如果扰动产生在系统的内部,称为内扰;扰动产生在系统外部,称为外扰。外扰是系统扰动产生在系统外部,称为外扰。外扰是系统的输入量。的输入量。l反馈控制:反馈控制是这样一种控制过程,它反馈控制:反馈控制是这样一种控制过程,它能够在存在扰动的情况下,力图减小系统的输能够在存在扰动的情况下,力图减小系统的输出量与参考输入量之间的偏差,而且其工作
10、原出量与参考输入量之间的偏差,而且其工作原理也正是基于这一偏差基础之上的。理也正是基于这一偏差基础之上的。l反馈控制系统:反馈控制系统是一种能对输出反馈控制系统:反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较,并力图保持两者之量与参考输入量进行比较,并力图保持两者之间的既定关系的系统,它利用输出量与参考输间的既定关系的系统,它利用输出量与参考输入量的偏差进行控制。入量的偏差进行控制。102、自动控制系统工作原理、自动控制系统工作原理(反馈控制是自动控制的最基本形式)反馈控制是自动控制的最基本形式)113、开环控制与闭环控制、开环控制与闭环控制l1)开环控制系统:系统的输出量对系统)开环控制系
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