自动化专业概论 (2).pdf

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1、自动控制系统的组成结构自动控制系统的组成结构2.1自动控制系统的分类自动控制系统的分类2.2第第第第2 2 2 2讲讲讲讲 自动控制系统基本结构自动控制系统基本结构自动控制系统基本结构自动控制系统基本结构2.12.12.12.1系统的基本组成结构系统的基本组成结构系统的基本组成结构系统的基本组成结构（1）被控对象（控制对象控制对象）系统所要控制的设备或过程，它的输出称为被控量，它的输入称为控制量（2）测量环节（传感器传感器）将被控量检测出来并传送给控制环节的装置（3）控制环节（控制器控制器）它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作被控对象，使得被控量达到所希望的目标（4）执行环节（执行器执行器）

2、按控制环节的控制决策，具体实现对被控对象的操作，如阀门、挡板等。控制器执行器被控对象被控量传感器测量信号给定值rye偏差+u控制器广义被控对象被控量给定值rye偏差+u自动控制系统基本组成原理方框图自动控制系统基本组成原理简化方框图2.22.22.22.2自动控制系统的分类自动控制系统的分类自动控制系统的分类自动控制系统的分类2.2.12.2.1按被控对象特性分类按被控对象特性分类按被控对象特性分类按被控对象特性分类2.2.22.2.2按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类2.2.32.2.3按系

3、统输入按系统输入按系统输入按系统输入/输出的个数分类输出的个数分类输出的个数分类输出的个数分类2.2.42.2.4按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类2.2.52.2.5按控制系统元件的特性分类按控制系统元件的特性分类按控制系统元件的特性分类按控制系统元件的特性分类2.2.62.2.6按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类2.2.12.2.12.2.12.2.1按被控对象特性分类按被控对象特性分类按被控对象特性分类按被控对象特性分类1过程控制过程控制过程

4、控制是指对工业生产过程实施的控制。例如，对发电过程、化工过程、冶金过程等进行的控制都属过程控制。过程控制要求被控系统的输出量长期安全、稳定在希望的数值上。2运动控制运动控制对运动体进行的控制称为运动控制。例如，对机器人的控制、对飞行器的控制、对导弹的控制、对运输工具的控制等都属运动控制。运动控制要求运动体按希望的运动轨迹稳定运行。运动控制研究的是运动体的姿态、位置、轨迹、稳定性等。3程序控制程序控制程序控制也称顺序控制。它与过程控制和运动控制都不同，它的输出不是要求稳定在希望值上或希望的轨迹上。程序控制要求被控系统按事先预定的步骤运行，例如机械加工中的数控机床、大型设备的启动、大型锅炉检修时的

5、煤灰清扫控制等均属于程序控制系统的范畴。2.2.22.2.22.2.22.2.2按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类按自动控制系统是否形成闭合回路分类1.开环控制系统开环控制系统当对被控系统的输出要求不高或被控系统的输出不容易测量时，控制器直接根据期望信号产生控制信号开环干扰补偿控制系统2闭环控制系统闭环控制系统设定值（希望值）+-执行器控制器被控对象控制量 u被控量扰动()r t偏差 en()y t传感器（1）反馈控制系统）反馈控制系统执行器被控对象传感器-给定值偏差反馈信号被控量控制器控制量补偿器扰动d(t)+y(t)补偿信

6、号（2）前馈）前馈反馈复合控制系统反馈复合控制系统2.2.32.2.32.2.32.2.3按系统输入按系统输入按系统输入按系统输入/输出的个数分类输出的个数分类输出的个数分类输出的个数分类1.单变量控制系统单变量控制系统只有一个输入量和一个输出量的控制系统称为单变量控制系统，也称为单输入单输出控制系统。对于单变量系统可以用高阶微分方程（或传递函数）来描述，也可以用状态空间方法来描述（1）单回路反馈控制系统）单回路反馈控制系统设定值（希望值）+-执行器控制器被控对象控制量 u被控量扰动()r t偏差 en()y t传感器（2）双回路反馈控制系统）双回路反馈控制系统+-+-+WD1(s)WD2(s

7、)WT2(s)WT1(s)导前区导前区惰性区惰性区+1r1e2e1u2u2z2y1z1y2r+-+WD1(s)WD2(s)导前区导前区惰性区惰性区+reu2z2y1y)(sWT)(sWD+1z2多变量控制系统多变量控制系统 2r121Y2Y 11Y22Y1rW11(s)W12(s)W21(s)W22(s)K11(s)K21(s)K22(s)K12(s)WT1(s)WT2(s)+-+-+21Y12Yu1u2解耦控制器K(s)耦合对象W(s)有多于一个输入量或多于一个输出量的控制系统称为多变量控制系统，也称为多输入多输出控制系统。多变量控制系统通常用状态空间方法描述2.2.42.2.42.2.42

8、.2.4按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类1.恒值控制系统恒值控制系统若自动控制系统的任务是保持被控量恒定不变，也即使被控量在控制过程结束时，被控量等于恒值（给定值）2.随动控制系统随动控制系统随动控制系统又简称随动系统，它是给定信号随时间的变化规律事先不能确定的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下快速、准确地使被控量跟踪给定值的变化3.程序控制系统程序控制系统在程序控制系统中，它的给定值按事先预定的规律变化，是一个已知的时间函数，控制的目的是要求被控量按确定的给定值的时间函数来改变2.2.52.2.52.2.52.2.5按控制系统元

9、件的特性分类按控制系统元件的特性分类按控制系统元件的特性分类按控制系统元件的特性分类1.线性控制系统线性控制系统系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程来描述。线性控制系系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程来描述。线性控制系统的特点是满足叠加原理统的特点是满足叠加原理2.非线性控制系统非线性控制系统当系统中存在非线性元件或具有非线性特性，就要用非线性微分方程来当系统中存在非线性元件或具有非线性特性，就要用非线性微分方程来描述，这类系统就称为非线性系统。非线性系统不满足叠加原理描述，这类系统就称为非线性系统。非线性系统不满足叠加原理系统)(1tr)(1tc系统)(2tr)(2tc)()(21tbrtar)()(21tbctac系统2.2.62.2.62.2.62.2.6按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类按系统中传输信号对时间的关系分类1连续时间控制系统连续时间控制系统数字控制器受控对象传感器DA/AD/)(tr)(te)(sktesT)(tkfu)(tysT+执行器2离散时间控制系统离散时间控制系统系统中各元件的输入量和输出量均是连续量或模拟量系统中某处或多处的信号是脉冲序列或数码形式