[文学研究]1控制系统概论.ppt

自动控制原理B 第一章 控制系统导论 本章提纲 1.1自动控制的基本概念 1.2 自动控制系统的分类 1.3 对控制系统的基本要求 1.4控制理论在工程中的应用 1.5自动控制的发展简史 本章小结 1.1自动控制的基本概念 自动控制：在没有人直接干预的情况下，利用物理装置对生产设备\工艺过程等进行合理的控制，使被控制物理量保持恒定或按照一定的规律变化。 控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。 被控对象\对象：自动控制系统中被控制的设备或过程 被控量\输出量：被控制的物理量 控制量\给定量：决定被控量的物理量 扰动量：妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有元素 输入：给定量+扰动量 自动控制的任务就是克服扰动量的影响，使系统按照给定量所设定的规律进行 1.1．1 一个实例--直流电动机速度自动控制系统 控制量\给定量：电位器电压 输出量\被控量：电动机转速 测量元件\变送元件：测速发电机 被控对象：电动机 扰动：电源变化、负载变化等引起转速变化 测速发电机电压送到输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速，构成电动机转速自动控制系统。 1.1.2 控制系统方框图 自动控制系统一般包括测量变送元件、控制器等组成的自动控制装置和被控对象，其组成方框图如图1-2所示。 1.2 自动控制系统的分类 几种常用的自动控制系统分类方法： 1．2．1 按信号的传递路径\系统结构分 1．2．2 按系统输入信号的变化规律分 1．2．3 按系统传输信号的性质分 1．2．4 按描述系统的数学模型分 1．2．5 其它分类方法  1．开环控制系统 系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响。 如工业上使用的数字程序控制机床，参见图1-3。 系统每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和一个系统的输出量与之对应，但不具有修正因扰动而出现的被控量期望值与实际值之间误差的能力。 如：执行机构步进电机出现失步，机床某部分未能准确地执行程序指令的要求，切削刀具偏离了希望值等，控制指令并不会相应地改变。 开环系统结构简单，成本低廉，工作稳定。但开环控制不能自动修正被控制量的误差、系统元件参数的变化以及外来未知干扰都会影响系统精度的。 2．闭环控制系统 系统输出信号与输入端之间存在反馈回路的系统，也叫反馈控制系统。 “闭环”这个术语的含义，就是应用反馈作用来减小系统误差，如图1-4所示。 在图1-4中，引入了反馈测量元件，闭环控制系统由 于有“反馈”作用存在，具有自动修正被控制量出现 偏差的能力，可以修正元件参数变化及外界扰动引起 的误差，所以其控制效果好，精度高。 闭环控制系统不足之处，除了结构复杂，成本较高外，一个主要的问题是由于反馈的存在，控制系统可能出现“振荡”。 3．复合控制系统 闭环控制和开环控制相结合，在闭环控制等基础上增加一个干扰信号的补偿控制，以提高控制系统的抗干扰能力。 增加干扰信号的补偿控制作用，可以在干扰对被控量产生不利影响所同时及时提供控制作用以抵消此不利影响。 纯闭环控制要等待该不利影响反映到被控信号之后才引起控制作用，对干扰的反应较慢。 两者的结合既能得到高精度控制，又能提高抗干扰能力。 1．2．2 按系统输入信号的变化规律分 1、恒值控制系统（自动调节系统） 输入信号是一个恒定的数值。恒值控制系统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，把输入、输出量尽量保持在希望数值上。 2、过程控制系统（程序控制系统） 输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现。 恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。 3、随动控制系统（伺服系统） 输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量 变化。 如火炮自动跟踪系统 1．2．3 按系统传输信号的性质分 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。 如常规控制仪表PID调节器控制的系统。 2、离散系统 系统的某一处或几处，信号以脉冲序列或数码的形式传递的控制系统。 主要特点：系统中用脉冲开关或采样开关，将连续信号转变为离散信号。 可分为脉冲控制系统和数字控制系统。 1．2．4 按描述系统的数学