自动控制原理第六版课件-第一章资料讲解.ppt

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1、自动控制原理第六版课件-第一章一、课程的主要内容控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统、离散系统、非线性系统等（教材前八章内容）。法校正系统、离散系统、非线性系统等（教材前八章内容）。二、课程的内容重点数学模型、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正数学模型、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统等。系统等。三、相关课程先导课程先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、电子技术等；：高等数学及工程数学、电路理论、电子技术等；后续课程后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论等。：现代控制理论、自动控制

2、系统、智能控制理论等。四、学习要求1、坚持及时预习、复习；、坚持及时预习、复习；2、独立完成作业、实验与实验报告、独立完成作业、实验与实验报告Automatic Control Theory 第一章第一章 自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.1 1.1 引言引言 1、理论形成的背景、理论形成的背景17651765年年，瓦瓦特特发发明明蒸蒸汽汽机机，工工业业与与军军事事的的需需要要，电电子子技技术术的的发发展展，推推动动了了控控制制理理论论的的不不断断地地向向前发展。前发展。2、创建控制理论代表人物：、创建控制理论代表人物：维维纳纳（Wiener）、劳劳斯斯（Routh)、胡胡尔尔维维茨茨（

3、Hurwitz）、伯伯德德（H.W.Bode）、奈奈奎奎斯斯特特（Nyquist）、李雅普诺夫（李雅普诺夫（）、）、扎德扎德(Zadeh)、傅京孙等傅京孙等.Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念3、问题的提出、问题的提出（1 1）人类社会进步的需要）人类社会进步的需要（2 2）科学技术发展的需要）科学技术发展的需要 减轻劳动强度；减轻劳动强度；提高劳动效率提高劳动效率简单简单 复杂复杂低级低级 高级高级手动手动 自动自动Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.21.2 自动控制理

4、论的发展自动控制理论的发展1.经典控制理论经典控制理论(20世纪世纪4060年代年代):研究对象研究对象:单输入单输出单输入单输出(SISO)SISO)、线性定常系统线性定常系统;研究方法研究方法:传递函数、根轨迹、频率特性传递函数、根轨迹、频率特性2.现代控制理论现代控制理论(20世纪世纪6070年代年代):研究对象研究对象:多输入多输出多输入多输出(MIMO)MIMO)、非线性、时变系统非线性、时变系统;研究方法研究方法:状态空间法状态空间法.3.智能控制与大系统理论智能控制与大系统理论(20世纪世纪70年代年代):研究对象研究对象:多输入多输出多输入多输出(MIMO)MIMO)、非线性、

5、时变复杂系统非线性、时变复杂系统;研究方法研究方法:模糊规则、神经网络模型与算法等智能方法模糊规则、神经网络模型与算法等智能方法.Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.3 1.3 本章的重点、难点与考点本章的重点、难点与考点一、一、重点重点：控制系统基本概念的理解、闭环（反馈）控制系统基本概念的理解、闭环（反馈）系统的特征、方框图的绘制、工作原理分析系统的特征、方框图的绘制、工作原理分析二、二、难点难点：系统方框图的绘制、工作原理分析系统方框图的绘制、工作原理分析三、三、考点考点：1、基本概念基本概念*2、控制系统方框图的绘制、工作原

6、理分析控制系统方框图的绘制、工作原理分析Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.4 1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念 1、重要概念、重要概念1).自动控制自动控制:指在指在没有人直接参与没有人直接参与的情况下的情况下,利用利用控制器控制器(控制装置控制装置),),使使被控对象被控对象(或过程或过程)的被控量的被控量(物理量或状物理量或状态态)自动地按照预定的规律运行自动地按照预定的规律运行.(1).控制器控制器(控制装置控制装置)-除去被控对象以外的具除去被控对象以外的具有测量、计算、放大和执行功能的部分有测量、计算、放大和

7、执行功能的部分;(2).被控对象被控对象(或过程或过程)-被控制的具体的机器设被控制的具体的机器设备、生产过程备、生产过程.是系统的主体是系统的主体.2).自动控制系统自动控制系统:指承担控制任务的被控对象和控制装指承担控制任务的被控对象和控制装置的总体置的总体.Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念被控对象被控对象自动控制系统自动控制系统给定给定元件、元件、测量测量元件元件、控制装置控制装置比较比较元件、元件、放大放大元件元件、执行执行元件、元件、校正校正元件元件3).负反馈控制负反馈控制(原理原理):将系统的被控量将系统的被控量(/(

8、/输出输出)反送到反送到输入端与给定量输入端与给定量(/(/输入输入)相比较相比较,并利用所得到的并利用所得到的偏差信偏差信号号来引起控制器产生控制量进行控制来引起控制器产生控制量进行控制,以减小或消除偏差以减小或消除偏差.其实质是其实质是:按偏差进行控制按偏差进行控制.2、常用概念、常用概念 控制对象控制对象(过程过程)、控制器、控制器(控制装置控制装置)、系统、输出、系统、输出(被控量被控量)、输入、输入(给定给定)、操作量、操作量(控制量控制量)、扰动、扰动(量量)、(静态静态/动态动态)特性等特性等.Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的

9、一般概念1.5 1.5 基本控制方式基本控制方式 1.开环控制开环控制:指系统的输出量对系统不产生控制作用指系统的输出量对系统不产生控制作用的控制方式的控制方式.开环控制有两种情形开环控制有两种情形：1）按给定值控制）按给定值控制;输出输出输入输入控制器控制器被控对象被控对象2）按扰动补偿控制）按扰动补偿控制(/顺馈控制顺馈控制)输入输入控制器控制器被控对象被控对象补偿环节补偿环节扰动扰动输出输出Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念2.闭环控制闭环控制(/反馈控制反馈控制):指系统的输出信号对系统的控指系统的输出信号对系统的控制作用有直

10、接影响的控制方式制作用有直接影响的控制方式.输出输出检测元件检测元件输入输入控制器控制器被控对象被控对象3.复合控制复合控制:指闭环控制与开环控制相结合的控制方指闭环控制与开环控制相结合的控制方式式.或者说或者说,是偏差控制和顺馈控制相结合的控制方是偏差控制和顺馈控制相结合的控制方式式.复合控制亦有两种情形复合控制亦有两种情形:1 1）附加给定输入补偿）附加给定输入补偿;2 2）附加扰动输入补偿）附加扰动输入补偿 Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1 1）附加给定输入补偿）附加给定输入补偿;2 2）附加扰动输入补偿）附加扰动输入补偿

11、G2(s)Gr(s)G1(s)由于前馈补偿装置由于前馈补偿装置Gr(s)引入，相当于在系统中增加引入，相当于在系统中增加了一个输入信号了一个输入信号Gr(s)R(s)，如果如果Gr(s)选取合适，则可使选取合适，则可使它产生的误差信号与它产生的误差信号与R(s)产产生的误差信号相比，大小相生的误差信号相比，大小相等、方向相反，实现全补偿。等、方向相反，实现全补偿。选择合适的选择合适的Gn(s)对输出进行补偿，对输出进行补偿，以抵消因为以抵消因为N(s)通过通过G2（s)对对C(s)的影响。的影响。Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1）

12、按给定值控制）按给定值控制输出输出输入输入G1(s)G2(s)2）按扰动控制）按扰动控制4.4.比较比较“开环控制开环控制”与与“复合控制复合控制”G2(s)Gr(s)G1(s)输入输入G1(s)G2(s)Gn(s)扰动扰动输出输出Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.61.6 自动控制系统的分类及基本组成自动控制系统的分类及基本组成1.分类分类:要求掌握方法要求掌握方法.尤其是线性与非线性系统的分类尤其是线性与非线性系统的分类.1.7 1.7 对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求1.1.“稳稳”定性定性:基本要求基本要求.稳定裕

13、度稳定裕度(h,)h,)要合理要合理;2.基基本本组组成成:要要求求掌掌握握各各元元件件的的作作用用及及其其在在系系统统中中的的相相对位置对位置.2.2.“快快”速性速性:动态要求动态要求.超调量超调量要小要小,调节时间调节时间t ts s要要短短;3.3.“准准”确性确性:稳态要求稳态要求.稳态误差稳态误差e essss要小要小.1.1.8 8 自动控制系统的分析与设计自动控制系统的分析与设计主要分析工具：主要分析工具：Matlab平台平台Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念1.1.9 9 系统分析系统分析（1）、请在图中标示出）、请

14、在图中标示出a、b、c、d应怎样连接才能成为负反馈系统？应怎样连接才能成为负反馈系统？（2）、试画出系统的方框图，并简要分析系统的工作原理。）、试画出系统的方框图，并简要分析系统的工作原理。例题例题1：下下图是一电动机转速控制系统工作原理图：图是一电动机转速控制系统工作原理图：KM+E给定给定u r 放大器放大器 触发器触发器 整流器整流器 电抗器电抗器 电动机电动机 负载负载 测速发电机测速发电机 a b c+u fd u a n解解：、a与与d，b与与c分别相连，分别相连，即可使系统成为负反馈系统；即可使系统成为负反馈系统；、系统方框图为：系统方框图为：Automatic Control

15、Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念ufun给定给定ur放大器放大器触发器触发器整流器整流器电动机电动机负载负载测速发电机测速发电机例题例题2：教材教材Page3之图之图1-2龙门刨床速度控制系统龙门刨床速度控制系统.uKu0uautAutomatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念例题例题3 3：下图是一电炉温度控制系统原理示意图。试分析：下图是一电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，并指出系统的被控对系统保持电炉温度恒定的工作过程，并指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。

16、象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。(习题习题1-5)1-5)解解：、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统方框图为：、系统方框图为：、被控对象：、被控对象：电动机电动机；被控量：被控量：电动机转速电动机转速；Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念解解：、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统方框图为：、系统方框图为：、被控对象：电炉；、被控对象：电炉；被控量：电炉炉温；被控量：电炉炉温；ufuT给定给定ur放大器放大器调压器调压器电阻丝电阻丝电电炉炉热热电电偶偶电炉电炉给定电压给定电压电压放大电压放大功放功放调压装置调压装置220V电阻丝电阻丝热电偶热电偶Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念作业：第一章作业：第一章习题习题1-1，1-2，1-3Automatic Control Theory 1.1.自动控制的一般概念自动控制的一般概念此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢