自控原理(1)2

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1、自动控制原理Automatic Control Theory 参 考 书 目 1.胡寿松：自动控制原理习题集（解析）。科学出版社2.王莹莹：自动控制原理全程辅导学习及习题全解。中国时代经济出版社(与第四版配套)3.梅晓榕：自动控制原理学习与考研指导。科学出版社4.孔慧芳：自动控制原理练考。清华大学出版社5.徐海军等：自动控制原理同步辅导。航空工业出版社6.王彤：自动控制原理试题精选与答题技巧。哈工大出版社7.刘慧英:自动控制原理(第四版) 导教导学导考。西北工业大学出版社 8.史忠科等:自动控制原理常见题型解析及模拟题。(同7)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、

2、频率 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 系统等。三、相关课程先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、电子技术等；后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论等。四、学习要求1、坚持及时预习、复习；2、独立完成作业、实验与实验报告 第一章 自动控制基本概念1.1 引言 1、理论形成的背景1765年，瓦特发明蒸汽机，工业与军事的需要，电 子技术的发展， ，推动了控制理论的不断地向 前发展。2、创建控制理论代表人物：维纳（Wiener）、劳斯（Routh) 、胡尔维茨（ Hurwitz）、 伯德（H.W

3、.Bode）、 奈奎斯特（ Nyquist）、李雅普诺夫（）、扎德 (Zadeh)、傅京孙等.3、问题的提出（1）人类社会进步的需要（2）科学技术发展的需要 减轻劳动强度； 提高劳动效率简单 复杂低级 高级手动 自动1.2 自动控制理论的发展1.经典控制理论(20世纪4060年代):研究对象: 单输入单输出(SISO)、线性定常系统;研究方法: 传递函数、根轨迹、频率特性2.现代控制理论(20世纪6070年代):研究对象: 多输入多输出(MIMO)、非线性、时变系统;研究方法: 状态空间法.3. 智能控制与大系统理论(20世纪70年代-):研究对象: 多输入多输出(MIMO)、非线性、时变复杂

4、系统;研究方法: 模糊规则、神经网络模型与算法等智能方法. 1.3 本章的重点、难点与考点一、重点：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、工作原理分析二、难点：系统方框图的绘制、工作原理分析三、考点：1、基本概念*2、控制系统方框图的绘制、工作原理分析1.4 自动控制的基本概念 1、重要概念 1).自动控制:指在没有人直接参与的情况下,利用控制器 (控制装置),使被控对象(或过程)的被控量(物理量或状 态)自动地按照预定的规律运行. (1).控制器(控制装置)-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;(2).被控对象(或过程)-被控制的具体的机器设备

5、 、生产过程.是系统的主体.2).自动控制系统: 指承担控制任务的被控对象和控制装 置的总体. 被控对象 自动控制系统 给定元件、测量元件、控制装置 比较元件、放大元件、执行元件、校正元件3). 负反馈控制(原理): 将系统的被控量(/输出)反送到输 入端与给定量(/输入)相比较,并利用所得到的偏差信号 来引起控制器产生控制量进行控制,以减小或消除偏差. 其实质是:按偏差进行控制. 2、常用概念 控制对象(过程)、控制器(控制装置)、系统、输出 (被控量)、输入(给定)、操作量(控制量)、扰动(量)、 (静态/动态)特性等. 1.5 基本控制方式 1.开环控制: 指系统的输出量对系统不产生控制

6、作用 的控制方式. 开环控制有两种情形 ：1）按给定值控制; 输出输入控制器被控对象2）按扰动补偿控制(/顺馈控制) 输入控制器被控对象补偿环节扰动输出2. 闭环控制(/反馈控制): 指系统的输出信号对系统的控制 作用有直接影响的控制方式. 输出检测元件输入控制器被控对象3. 复合控制: 指闭环控制与开环控制相结合的控制方式 . 或者说, 是偏差控制和顺馈控制相结合的控制方式 .复合控制亦有两种情形: 1）附加给定输入补偿;2）附加扰动输入补偿 1）附加给定输入补偿;2）附加扰动输入补偿 G2(s)Gr(s)G1(s)由于前馈补偿装置Gr(s) 引入，相当于在系统中增加 了一个输入信号Gr(s

7、)R(s)， 如果Gr(s)选取合适，则可使 它产生的误差信号与R(s)产 生的误差信号相比，大小相 等、方向相反，实现全补偿 。选择合适的Gn(s) 对输出进行补偿， 以抵消因为N(s)通过 G2（s)对C(s)的影响 。1）按给定值控制输出输入G1(s)G2(s)2）按扰动控制4. 比较“开环控制”与“复合控制”G2(s)Gr(s )G1(s)输入G1(s)G2(s)Gn(s)扰动输出1.6 自动控制系统的分类及基本组成1.分类: 要求掌握方法.尤其是线性与非线性系统的分类.1.7 对控制系统的基本要求 1.“稳”定性 : 基本要求. 稳定裕度(h,)要合理;2. 基本组成: 要求掌握各元

8、件的作用及其在系统中的相对 位置.2.“快”速性 : 动态要求. 超调量要小,调节时间ts要 短;3.“准”确性 : 稳态要求. 稳态误差ess要小.1.8 自动控制系统的分析与设计主要分析工具：Matlab平台1.9 系统分析（1）、请在图中标示出a、b、c、d 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。 例题1： 下图是一电动机转速控制系统工作原理图：KM+E 给定u r 放大器 触发器 整流器 电抗器 电动机 负载 测速发电机a b c + u fd u a n解： 、 a与d，b与c分别相连， 即可使系统成为负反馈系统； 、 系统方框图为： u

9、 fun给定u r 放大器触发器整流器电动机负载测速发电机例题2： 教材Page3之图1-2 龙门刨床速度控制系统.uKu0uaut例题3：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 象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。 解： 、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统方框图为： 、被控对象：电动机； 被控量：电动机转速； 解： 、系统工作过程及各部件的作用（略）；、系统方框图为： 、被控对象：电炉； 被控量：电炉炉温； u fuT给定u r 放大器调压器电阻丝电 炉热 电 偶电炉给定电压 电压放大 功放 调压装置 220V 电阻丝 热电偶 第一章作业： 1-2，1-3