自动控制原理河南工业大学解决方案.ppt

主讲人：黄凤芝 Tel: E_mail: huangfzh@126.com ;课程性质 专业基础课 学时 72学时（60 理论+12 实验） 4学分 先修课程 高等数学、大学物理、积分变换、电路、数字电子技 术、模拟电子技术 ;教材介绍;前言;雷达自动跟踪的导弹系统;人造地球卫星发射系统;;汽车自动化生产线;控制理论;发展概况—1;发展概况—2;发展概况—3;本课程学习的内容;第一章 控制系统导论 第二章 控制系统的数学模型 第三章 线性系统的时域分析法 第四章 线性系统的根轨迹法 第五章 线性系统的频域分析法 第六章 线性系统的校正方法 第七章 线性离散系统的分析;第一章 控制系统导论;1-1 自动控制的基本原理;3.自动控制（Automatic Control）：是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（或称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称为被控对象）的某个工作状态或参数（称为被控量）自动地按照预定的规律运行。 4.自动控制系统 （Control System）：是由被控对象和自动控制装置按一定方式联结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 ;自动控制系统控制原理方框图;元素： （1） ：元件 （2） ：信号（物理量）及传递方向 （3） ：比较点（信号叠加） （4） ：引出点（分支、信号强度） （5）+/- ：符号的意义（正、负反馈）;二、控制系统中常用的名词术语 输入量:泛指对系统的输出量有直接影响的外界输入信号,既包括控制信号又包括扰动信号。其中控制信号又称控制量、参考输入、或给定值。 输出量:是指反馈控制系统中被控制的物理量,它与输入信号之间有一定的函数关系。 反馈量:将系统(或环节)的输出信号经变换、处理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端,这种反馈信号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。 ;偏差:控制输入信号与主反馈信号之差。 误差:它指系统输出量的实际值与希望值之差。系统希望值是理想化系统的输出，实际上并不存在,它只能用与控制输入信号具有一定比例关系的信号来表示。在单位反馈情况下,希望值就是系统的输入信号,误差信号等于偏差信号。 扰动量:除控制信号以外,对系统的输出有影响的信号。 ;三、反馈控制系统 1.反馈控制系统的基本组成部分 ;被控对象（被控过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。被控对象的输出变量是被控变量，常常记作输出信号或输出量。被控对象除了受到控制作用外，还受到外部扰动作用。 给定元件——其作用是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。 测量反馈元件——如传感器和测量仪表，感受或测量被控变量的值并把它变换为与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。 ;比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。 放大元件——将微弱的信号作线性放大。 校正元件——也叫补偿元件，它是按某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能。 执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。如电动机、气动控制阀等。 ;例子;2.龙门刨床速度控制系统;四、自动控制系统的基本控制方式 控制系统的类型很多，它们的结构类型和所完成的任务也各不相同。控制系统中最常见的两种控制方式是开环控制和闭环控制，这两种控制的组合——即为复合控制，相对应的控制系统称为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。 自动控制理论主要研究闭环控制系统 ;（1）反馈控制方式——闭环控制 闭环控制的定义是有被控制量反馈的控制,其原理框如图所示。从系统中信号流向看,系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合通道,故称闭环控制系统,或反馈控制系统。 ;这种控制方式,无论是由于干扰造成,还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差,系统就利用偏差去纠正偏差,故这种控制方式为按偏差调节。 闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精度。 闭环控制的缺点——引入反馈增加了系统的复杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制理论和系统设计必须解决的重要问题。 ;（2）开环控制 ;这种控制优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。因此，在输