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1、整理ppt,自动控制原理,主讲：电信学部控制学院 孟华 课时：64学时 实验：12学时 课程性质：必修课，考研课程 联络方式：E-mail: Tel: 4706002-2615(O),整理ppt,第一章 自动控制的基本概念,1-1 概述 1-2 自动控制的基本方式 1-3 自动控制系统中的常用术语 1-4 自动控制系统的分类 1-5 对控制系统的基本要求 1-6 本门课程的主要内容,整理ppt,1-1 概述,自动控制-在没有人直接参与的情况下， 通过控制器使被控对象的某一 物理量（或工作状态）自动地 按照预定的规律运行。,机器、设备或生产过程,自动控制原理-自动控制技术的基础理论。,自动控制系
2、统- 为实现控制目的，由相互 制约的各部分按一定规律 组成的具有特定功能的整体。,整理ppt,自动控制的发展简史,经典控制理论 上世纪4050年代, 反馈控制、PID、传递函数 现代控制理论 1960年以后，状态空间分析法，矩阵理论 大系统理论 20世纪70年代, 自适应控制理论、鲁棒控制；主要处理动态、多输入多输出、结构复杂的系统 智能控制 神经网络、模糊控制、专家系统 用于模型不确定、高度非线性、动态突变、复杂的信息模式等场合,整理ppt,经典控制理论与现代控制理论比较：,经典控制理论 研究对象：单输入、单输出系统 数学模型与工具：微分方程传递函数 研究内容：确定模型，系统分析，系统设计
3、现代控制理论 研究对象：多输入、多输出系统 数学模型与工具：状态方程传递矩阵 研究内容：最优控制，系统辨识，自适应控制,大系统理论 研究对象：信息控制，决策系统 研究内容：分析，模型化，综合 理论基础：控制理论，运筹学，图论，模糊数学,整理ppt,1-2 自动控制的基本原理,一、自动控制系统组成,热力系统自动控制流程图,人工控制,自动控制系统方框图,系统组成： 被控对象 测量元件 控制装置 执行机构,整理ppt,二 、控制的基本方式,信号由给定值至被控量单向传递； 抗干扰能力差，不能保证控制精度。 用于自动化流水线控制，如包装机等,开环控制之一：按给定值操作,1.开环控制,整理ppt,开环控制
4、之二：按干扰补偿,干扰经测量、计算、执行至被控量,单向传递 测量的是干扰，利用干扰产生控制作用，以补偿干扰的影响 只能对可测干扰进行补偿，不能保证控制精度。 用于机械加工的恒速控制等,整理ppt,2.闭环控制,闭环控制也称反馈控制，或按偏差调节。,测量的是被控量； 只要被控量出现偏差，系统就自动纠偏； 控制精度高。,凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环系统。,整理ppt,闭环控制的不足：,1）结构复杂、成本高； 2）由于反馈的存在，使控制系统可能出现“振荡”，有可能使系统失去稳定而无法工作。,整理ppt,3.复合控制,闭环控制与开环控制相结合，在闭环的基础上增加一个干扰信号的
5、补偿控制，以提高系统的抗干扰能力。,整理ppt,演示控制方式,自动控制应具备三条基本功能： 测量 比较分析 执行 参与控制的信号来自三条通道： 给定值，干扰和被控量,整理ppt,三、自动控制系统示例（一）温度控制系统,整理ppt,烘炉温度控制系统功能方框图,整理ppt,（二）位置随动系统,原理图：,方框图：,控制任务：使工作机构跟随指令机构同步转动，即c(t)=r(t),整理ppt,（三）液位自动控制系统,示例演示,整理ppt,1-3自动控制系统中的常用术语,（1）给定值 又称为参考输入，是指人规定的并且要求系统输出量参照变化的外部指令信号。 （2）被控量 又称为输出量，是指被控制对象中某个需
6、要被控制的物理量。它与给定值之间存在一定函数关系。 （3）干扰 又称为扰动信号，是指由某些因素（外部和内部）引起的、对被控制量产生影响的信号。 （4）前向通道 从给定值端（输入）到被控量端（输出）所经过的通路。（5）反馈通道 从被控量端（输出）到给定值端（输入）所经过的通路。,比较环节,整理ppt,1-4 自动控制系统的分类,一、按输入信号特征分类 （1）恒值控制系统（或定值控制系统）,输入信号是一个恒定的数值。 主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰，使输出量尽量保持在所设定的给定值上。,（2）程序控制系统,（3）随动系统（伺服系统）,输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过
7、程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现给定量。,输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。,整理ppt,线性系统系统可以用线性微分方程或 差分方程描述。,线性系统重要特性叠加性 均匀性,二、按描述系统的数学模型不同分类 1.线性系统和非线性系统,整理ppt,非线性系统描述系统的运动方程为非线性 微分方程或差分方程。,2. 定常系统和时变系统 定常系统：参数不随时间变化 时变系统；参数是时间t 的函数,整理ppt,1、连续系统 系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数； 运动规律可用微分方程描述。 2、离散系统 系统中只要有一个地方的信号是脉冲序列或数字编码；,运动规律可
8、用差分方程描述。,三、按系统传输信号的性质分类,整理ppt,其它分类方法,按I/O信号数量分：SI/SO , MI/MO 按控制系统功能分：温度控制系统，速度控制系统，位置控制系统 按系统元件组成分：机电系统，生物系统，液压系统 按不同的控制理论分支设计的新型控制系统分：最优控制系统，自适应控制系统，模糊控制系统，神经网络控制系统,整理ppt,1-5 对控制系统的基本要求,一、稳定性 系统稳定是系统正常工作的基本条件,整理ppt,二、快速性 在稳定的前提下，希望控制过程进行得越快越好,整理ppt,三、准确性 要求动态误差和稳态误差都越小越好,系统要求（或希望）的输出量与实际输出量之差称为误差；
9、 动态误差是过渡过程中实际输出与期望值间的偏差； 稳态误差表示到达平衡状态（过渡过程结束）的精度。,整理ppt,1-6 本门课程的主要内容,建立系统的数学模型 控制系统的分析法 时域分析 根轨迹法 频率特性法 控制系统的校正 离散控制系统 非线性控制系统,整理ppt,本门课程的意义及在专业中的位置,本课程是自动化学科的重要理论基础，专门研究自动控制系统中的基本概念、基本原理和基本方法，是一门理论性较强的课程。它主要讲授经典控制理论的基本概念、分析方法及其应用，为后续有关自动化专业课的学习打下良好的基础。 自动化专业入门课程； 是一门专业基础课； 本门课程的任务： 建立数学模型、分析系统、设计系统。,整理ppt,主要教材及参考书,孟华 等:自动控制原理，机械工业出版社 李友善：自动控制原理，国防工业出版社 胡寿松：自动控制原理，科学出版社 戴忠达：自动控制理论基础，清华大学出版社 孙德宝等：自动控制原理，化学工业出版社,
