第一章 自动控制原理基础精选文档.ppt

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1、第一章第一章 自动控制原理基础自动控制原理基础本讲稿第一页，共二十六页2、自动控制系统的组成 控制对象 自动控制设备：测量变送器：眼 调节器：脑 执行器：手 3、术语 测量变送器：调节器：执行器：执行机构 调节机构被控对象：指被控制的生产设备或生产过程。被调量：表征生产过程是否正常而需要控制的物理量。给定值：根据生产工艺要求，被控量应该达到的数值。调节量：由控制作用来改变,以控制被控量的变化,使被控量 恢复为给定值的物理量。扰动：引起被控量偏离其给定值的各种原因。本讲稿第二页，共二十六页二、自动控制系统的分类二、自动控制系统的分类（一）按系统的结构分类：1、前馈控制系统：根据扰动进行控制，也称

2、为开环控制系统2、反馈控制系统：根据偏差进行控制，也称为闭环控制系统3、前馈反馈控制系统：在反馈控制的基础上加入主要扰动的前馈控制注：前馈反馈比较注：前馈反馈比较前馈按扰动调及时不精确 只对被前馈量有用反馈按偏差调不及时精确对所以进入闭环的扰动均有作用本讲稿第三页，共二十六页本讲稿第四页，共二十六页（二）按给定值的变化规律分类1、定值控制系统：给定值在运行中恒定不变的系统。2、程序控制系统：给定值是时间的已知函数的控制系统。3、随动控制系统：给定值是时间的未知函数的控制系统。4、比值控制系统：维持两个变量之间的比值保持一定的数值。本讲稿第五页，共二十六页（三）按控制系统闭合回路数分1、单回路控

3、制系统：只有一个闭合回路2、多回路控制系统：闭合回路数不止一个 注：串级双回路控制系统 副回路：粗调 快速克服内扰 主回路：细调 使被控参数精确等于给定值 图 串级汽温控制系统原理图本讲稿第六页，共二十六页三、自动控制系统的品质指标 静态（稳态）静态（稳态）：被控量不随时间变化的平衡状态 动态（暂态）动态（暂态）：被控量随时间变化的不平衡状态 过渡过程过渡过程：控制系统受到某一扰动后，被控量将偏离原来 的稳态值而产生偏差，系统的控制作用又使其趋近于回到原来的稳态值 阶跃信号本讲稿第七页，共二十六页控制系统在阶跃信号作用下过渡过程的基本形式控制系统在阶跃信号作用下过渡过程的基本形式本讲稿第八页，

4、共二十六页 1 1、稳定性、稳定性 衰减率（）：经过一个周期后波动幅度衰减的百分数。衰减比（n）：两个相邻波峰之比。ym1：ym22 2、准确性：、准确性：被调量偏离给定值的成度。动态偏差：最大动态偏差 ym1:最大超调量 静态偏差：3 3、快速性：、快速性：过渡过程持续 的时间 ts本讲稿第九页，共二十六页第二节第二节 自动控制系统的组成环节及其连接方法自动控制系统的组成环节及其连接方法 一、环节特性一、环节特性 环节特性：环节输入信号和输出信号之间的关系。静态特性：平衡状态时输入信号和输出信号之间关系。代数方程 动态特性：变动状态时输入信号和输出信号之间的关系。微分方程二、动态特性的表达方

5、式二、动态特性的表达方式 微分方程 传递函数 脉冲响应特性 阶跃响应特性 频率特性本讲稿第十页，共二十六页1、微分方程：最基本方法2、传递函数：微积分运算-代数运算，便于分析和综合环节1)、用传递函数表示环节 Y(s)=X(s)W(s)y(t)=x(s)w(s)2)、动态特性是环节的固有特性，与输入量的形式无关。（传递函数把阶次和各项系数与输入输出分开。）3)、拉氏变换对照表:本讲稿第十一页，共二十六页3、阶跃响应特性 -飞升特性 动态特性是环节的内在特性，与输入作用无关，但只有在输入信号的作用下才能表现出来，所以，也可以通过输入作用下输出量的变化来描述。（斜坡、脉冲、频率响应特性）输入为阶跃

6、信号：阶跃响应特性：本讲稿第十二页，共二十六页1 1 1 1比例环节比例环节比例环节比例环节三、典型环节的动态特性三、典型环节的动态特性、定义：、定义：输出能够按一定比例，无迟延、无惯性的复现输入 信号。、微分方程：、微分方程：Kp环节的传递系数或比例系数。、传递函数为：、传递函数为：、阶跃响应曲线：、阶跃响应曲线：本讲稿第十三页，共二十六页本讲稿第十四页，共二十六页2 2 2 2、积分环节、积分环节、积分环节、积分环节、定义：、定义：输出与输入的积分成比例关系。输出的变化速度与输入成比例关系。、微分方程：、微分方程：Ti积分时间、传递函数为：、传递函数为：、阶跃响应曲线：、阶跃响应曲线：本讲

7、稿第十五页，共二十六页本讲稿第十六页，共二十六页 3 3 3 3、一阶惯性环节、一阶惯性环节、一阶惯性环节、一阶惯性环节式中 TC惯性环节的时间常数；K惯性环节的传递系数或称静态放大系数。2 2、传递函数：、传递函数：3 3、阶跃响应：、阶跃响应：1 1、微分方程：、微分方程：本讲稿第十七页，共二十六页阶跃响应曲线是一条指数函数曲线。本讲稿第十八页，共二十六页4 4 4 4、微分环节、微分环节、微分环节、微分环节 （1 1）理想微分环节）理想微分环节 式中 Td微分时间3 3、传递函数：、传递函数：1 1、定义：、定义：输出信号与输入信号的一阶导数（微分-输入信号的变化速度）成比例关系2 2、

8、微分方程：、微分方程：4 4、阶跃响应：、阶跃响应：本讲稿第十九页，共二十六页5 5、斜坡响应：、斜坡响应：输入信号经Td后才有Td v0的幅值,y比x超前Td，Td越大，微分作用越强-微分具有超前的作用。本讲稿第二十页，共二十六页本讲稿第二十一页，共二十六页 (2)(2)(2)(2)实际微分环节实际微分环节实际微分环节实际微分环节1 1、微分方程：、微分方程：式中 TD实际微分环节的时间常数 KD 实际微分环节的微分增益2 2、传递函数：、传递函数：3 3、阶跃响应：、阶跃响应：理想微分与实际微分环节的区别：理想微分与实际微分环节的区别：理想微分与实际微分环节的区别：理想微分与实际微分环节的

9、区别：起始值 起始点过后的衰减本讲稿第二十二页，共二十六页本讲稿第二十三页，共二十六页5 5 5 5、纯迟延环节、纯迟延环节、纯迟延环节、纯迟延环节 1 1、定义：、定义：输出与输入信号的形式完全相同，只是落后一段时间。2 2、微分方程：、微分方程：y(t)=x(t-)迟延时间，即输出信号落后于输入信号的一段时间。3 3、传递函数：、传递函数：4 4、阶跃响应：、阶跃响应：本讲稿第二十四页，共二十六页本讲稿第二十五页，共二十六页四环节的基本联接方式四环节的基本联接方式四环节的基本联接方式四环节的基本联接方式1 1 1 1、环节的串联、环节的串联、环节的串联、环节的串联2 2 2 2、环节的并联、环节的并联、环节的并联、环节的并联本讲稿第二十六页，共二十六页