自动控制原理资料

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1、2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1,自动控制原理 Principles of Automatic Control,主讲人：朱高伟,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,电气自动化专业特点 1、强弱电结合 2、电工技术与电子技术相结合 3、软件硬件相结合 4、电力、电子、控制、计算机多学科综合的“宽口径”专业,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,电气自动化专业就业方向 1、电力系统 高电压设备的设计、开发、生产、管理、运行、维护 输变电工程师、注册电气工程师 2、电气技术方向 电气测量、控制技术、控制领域装

2、置与系统的开发与设计工作。 3、应用电子方向,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,电气自动化专业具体的就业方向 1、电厂（包括各个公司，工厂的配电室） 2、软件开发（特别是单片机或EDA等） 3、PLC（大体是工控方向，搭建操作平台等） 4、各个矿山，或金属冶炼场所（进行自动化设备的维护，操作等） 5、去学校当老师 6、做销售工作（卖自己专业相关的东西） 7、公务员（每个专业都可以） 8、xxx研究所 9、产品设计，硬件电路设计 10、自主创业（有了一定了经济和经验积累）,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,电气自动化专业要求

3、 1、学好书本知识 多关注业界资讯，相关行业，专业论坛 2、加强动手能力 二手市场、电子市场，淘，组装，DIY,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,电力电气领域大型公司介绍 电力系统单位：发电企业、供电企业、电气设备制造公司、电力设计院、电力规划院、电力建设、电力科研开发等部门 五大国有发电集团：中国华能集团、中国大唐集团、中国华电集团、中国国电集团、中国电力投资集团 两大电网公司：国家电网公司、南方电网公司 电气设备制造企业：上海电气电站、新疆特变电工等 外企：SIEMENS、ABB、SCHNEIDER、AREVA、VESTAS等,2019年10月31日,第

4、一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,课程基本信息 适用专业 ：电气自动化、测控技术及仪器 /电子信息工程、通信工程 课程性质 ：技术基础课 课程类型 ：必修课 学 时 ：讲课学时 （56/4）,为什么要选电气自动化专业？,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,课程的主要内容 第1章 自动控制系统的基本概念(4) 第2章 拉普拉斯变换及其应用（4） 第3章 自动控制系统的数学模型(10) 第4章 自动控制系统的时域分析(14) 第5章 自动控制系统的频域分析（14） 第6章 控制系统的校正及综合(10),2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概

5、念,自动控制原理,自动控制是一门技术学科，从方法论的度来研究系统的建立、分析与设计。自动控制原理是本学科的技术基础课。理论性强、抽象、涉及数学知识多,所以上课要认真听讲。,课程的性质和特点：,考核方法：,平时30分（作业、测验、考勤、纪律）,考试70分,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,本课程与其它课程的关系,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,自动控制原理,第一阶段：古典控制理论（20世纪4060年代） Classical Control Theory 第二阶段：现代控制理论（20世纪6070年代） Modern Control The

6、ory 第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代 今） Intelligent Control Theory,自动控制理论的发展历程,控制理论是研究有关自动控制共同规律的一门科学。,基于数学模型,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,古典控制理论（20世纪4060年代）,主要解决问题：,单输入单输出（SISO）系统的控制问题。,主要方法：,以传函为数学模型，以拉氏变换数学工具， 时域分析法、根轨迹法、频率法。,主要研究对象：,SISO，线性定常（LTI），非线性系统，离散系统。,以传递函数为基础研究SISO系统的控制问题。,主要代表人物：,伯德，奈奎斯特，伊文思。,Singl

7、e Input Single Output,Linear Time Invariable,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,以状态空间法为基础，研究MIMO、非线性、时变系统 的分析和设计。,现代控制理论（20世纪6070代）,解决问题：,单输入单输出SISO、多入多出MIMO,主要方法：,状态空间法。采用状态方程作为数学模型,研究对象：,线性定常，时变，非线性系统，离散系统,主要内容：,最优控制理论，系统辩识，最优估计,主要代表人物：,卡尔曼，贝尔曼，庞科里亚金,Multi-input Multi- output,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,

8、智能控制理论（20世纪70年代 今）,以人工智能为基础,主要方法：,研究对象：,研究具有模糊性，不确定性，不完全性，随机性的系统。,主要内容：,专家系统，模糊控制，学习控制.,以人工智能为基础研究具有模糊性、不确定性，不完全性和偶然性的系统。非模型,解决问题：,模型不完全确定，或模型未知。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,15,第一章 自动控制系统的基本概念,电气自动化教研室 朱高伟,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,第一章 自动控制系统的基本概念,主要内容 开环控制系统与闭环控制系统 闭环控制系统的组成和基本环节 自动控制系统的类型 自动控制系统

9、的性能指标 小结,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,第一章 自动控制系统的基本概念,学习重点 了解自动控制系统的基本结构和特点及其工作原理； 了解闭环控制系统的组成和基本环节； 掌握反馈控制系统的基本要求及反馈控制系统的作用； 学会分析自动控制系统的类型及本质特征。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,自动控制 自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定或者按照一定的规律变化。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和

10、闭环控制系统,人工控制 自动控制,电饭煲 空调 抽水马桶 自动档汽车的驾驶 全自动洗衣机 轧钢厂加热炉温度的控制,煤气灶蒸饭 手排档汽车的驾驶 自行车的速度控制 收音机的音量调节,。 。 。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,系统 完成一定任务的一些元、部件的组合。 自动控制系统 为完成某一自动控制目标或控制任务所需要的所有元件、物理装置或设备的有机组合。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,工业系统根据有无反馈作用可分为： 开环控制系统 闭环控制系统,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,2019年10月31日,第一

11、章 自动控制系统的基本概念,1-自耦变压器 2-电阻炉（被控对象）,1.1.1 开环控制系统 例1-1. 温度控制系统,T,控制过程：,输入,控制量,输出,被控量,系统 组成：,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,被控量（输出量）output系统要控制的物理量。 被控对象 plant 被控量所对应的控制装置或过程。 工业炉 扰动量 disturbance当输入不变时使得输出发生 变化的 量。如：环境温度、开门次数、电压 波动。,给定量或控制量 （输入量）input决定被控量的物理量。,1.1

12、开环控制系统和闭环控制系统,专 业 术 语,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,图中：,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,（1）开环控制 只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与对系统的控制。,开环控制是不是自动控制？,开环控制举例！,（2）开环控制特点 输入控制输出（输入量与输出量一一对应），结构简单 输出不参与控制（信号传递是单方向的） 系统没有抗干扰能力，控制精度不高。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,2.闭环控

13、制系统 例1-2 温度闭环控制系统 （1）人工闭环控制,人的功能用一些 物理装置来实现,反馈,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数 值上。 控制过程：,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,（2）自动闭环控制,温度闭环控制系统图 1-热电偶 2-加热器,哪个量是系统的输入？,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,图1-4 闭环控制结构示意图 1-控制器 2-控制对象 3-检测装置,前向通道,反向

14、通道,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,（1）闭环控制（反馈控制） 系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路的系 统叫闭环控制系统。闭环控制系统也叫反馈控制系 统。“闭环” 的含义就是将输出信号通过测量元件反 馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误 差。 反馈信号与给定信号极性相反为负反馈，反之为 正反馈。,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,（2）闭环（反馈）控制特点 输入控制输出（输入量与输出量一一对 应） 输出参与控制（信号双方向），反馈，结 构复杂 控制精度高，自动纠正

15、偏差，具有抗干扰 能力。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,Input (set point)-输入量、给定量、设定量 Output-输出量、被控量 Feedback-反馈 Disturbance-扰动量 Plant (object)-被控对象 Controller-控制器 Sensor-检测装置、传感器 Desired Output -理想输出，期望输出 ctual Output-实际输出,1.1 开环控制系统和闭环控制系统,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.2 闭环控制系统的组成和基本环节,1.闭环控制系统的结构（示意）图,1-给定环节；2-

16、比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.2 闭环控制系统的组成和基本环节,2.闭环控制系统的基本环节 （1）检测环节或传感器 其职能是检测被控制的物理量，并将其转换为与给定量相同的物理量。如果这个物理量是非电量，一般转换为电量。例如： 测速发电机是用于检测电动机轴的速度并转换为电 压； 自整角机等是用于检测角度并转换为电压； 热电偶是用于检测温度并转换为电压等。,2019年10月31日,第一章 自动控制系统的基本概念,1.2 闭环控制系统的组成和基本环节,（）给定环节 其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量。如：给定电位器。 （）比较环节 将所检测的被控制量的实际值与给定环节给出的设定值进行比较，确定两者之间的偏差