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20 年 月 日 第 周 课题 第一章 控制系统的基本概念 授课时数 2 节 教学目的 知识目标: 1.了解自动控制系统的基本职能元件及基本框图; 2.掌握自动控制的定义; 3.掌握开环、闭环控制的定义及特点。 能力目标: 通过学习,使学生掌握自动控制系统的基本类型; 德育目标: 理论联系实际,培养学生勤于思考,善于分析问题并进 行归纳和总结的能力; 教学重点 1. 自动控制的定义; 2.开环、闭环控制的定义及特点。 教学难点 开环、闭环控制的定义及特点 教具 教学方法 讨论法、讲授法 教 学 进 程 及 内 容 说明 ( 一 ) 引 言 无论是人们的日常生活、工业生产,还是空间探索、导弹制导 等尖端科技领域中,自动控制技术无所不在、无所不能。自动控制理论 和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。 (二) 讲授新课 一、自动控制的定义及基本职能元件 1. 自动控制的定义 控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置操纵被控对 象,使被控量等于给定值。 2.基本职能元件 比较自动控制与人工控制系统,可见自动控制系统存在着三个最基 本的职能元件: (1)测量元件:代替人的眼睛,完成信号的采集测量; (2)比较元件:代替人的大脑,完成比较、计算、判断,并发出调节 指 令 ; (3)执行元件:代替人的肌肉和手,完成或实现对被控对象的调节作 用 。 任何实际的自动控制系统,都少不了上述三个的职能元件(部件、 部 分 ) 。 二、自动控制系统的分类及基本组成 1.按给定信号的特征分类 (1)恒值控制系统 特点:给定量恒定不变,其任务是保证系统在任何扰动信号作用下, 系统的被控量保持恒定,这类控制系统是最常见的,常常也称为镇定系 统,像压力、流量、温度、速度、电压、电流等恒定控制系统。 (2)随动控制系统 特点:这类控制系统的主要特点是给定信号的变化规律是事先不确 定的随机信号,控制系统的主要任务是使系统的输出能快速、准确地跟 随输入的变化而变化,故这类系统常常又称为跟踪控制系统。 常见的例子如火炮、雷达、导弹制导等控制系统。 2.按控制方式分类 (1)开环控制 开环控制是控制量与被控对象之间只有一条通路而没有反馈通路, 也即控制作用的传递路径不是闭合的,或者说输出量对系统的输入量不 产生影响。 (2)闭环控制 闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有向前信号传递,又有 信号反向联系的系统。它将测量的输出量反馈到输入端形成闭合环路, 与输入量进行比较,得到偏差信号来产生控制作用,达到消除或减小偏 差的目的。 三、自动控制系统的基本组成 1.控制对象:指要进行控制的设备或过程。所要控制的某个物理量或 某种状态,就叫做系统的输出量或被控量。 2.测量元件:其职能是检测被控量(系统输出),并进行信号的变换(如 非电量转换)和传输,用于反馈被控量到比较元件与输入进行比较(形 成偏差信号)。 3. 比较元件:其职能是把测量元件检测到的实际输出量与给定元件给 出的输入量进行比较,得到偏差信号。 4.放大元件:其职能是将微弱的偏差信号进行放大,以足够的功率来 推动执行机构或被控对象。 5.执行元件:其职能是直接控制被控对象,使其被控量发生变化,例 如阀门、伺服机构等。 6.校正元件:其职能是为了改善或提高控制系统的性能(如稳定性、 稳态精度、响应速度等),在控制系统的基本结构上附加的装置。 其中,比较元件、校正元件、放大元件统称为控制装置。 扰动量 扰动量 被控对象输出量 u C 反馈量 检测装置 偏差量 比较装置 校正、放 大装置 执行装置 输入量 四、控制系统的基本要求 理想的控制系统,必须具备两方面的性能,即 (1)使系统的输出快速、准确地按输入信号要求的期望输出值变化; (2)使系统的输出尽量不受任何扰动的影响; 对自动控制系统性能的主要要求为: (1)稳定性:要求系统稳定并具有一定的稳定裕度。 (2)快速性:要求系统的瞬态响应快速且变化平稳。 (3)准确性:要求系统的稳态误差满足设计的要求。 小 结 : 1. 自动控制的定义; 2.开环、闭环控制的定义及特点; 3. 自动控制系统的基本组成; 4.控制系统的基本要求。 作 业 : 课本P7 1.4 1.5 1.9 教学反思 : 20 年 月 日 第 周 课题 §2.1 建立动态微分方程的一般方法 §2.2 传递函数 授课时数 2 节 教学目的 知识目标: 1.掌握建立微分方程数学模型的方法和步骤; 2.掌握
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