控制系统与控制方法.pptVIP

第一单元 控制系统与控制方法; 综上所述： 所谓的控制系统就是为完成某种“目标”而采用的一整套的完成方法和步骤。而这些方法和步骤通常又包含能够更好实现这些“目标”的最佳策略。 在工业领域，自动控制系统常常是指那些在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标的设备。 二、自动控制系统的重要性 近年来控制系统在现代文明和技术发展与进步上扮演了越来越重要的角色。我们日常活动的每一个方面几乎都受到了某种控制系统的影响。控制系统已经大量地应用到了工业的所有部门。 如产品质量、自动装配线、机床控制、空间技术与武器系统、计算机控制、交通运输、动力系统、机器人、微机系统、纳米技术等。 ;这是由数控机床群构成的生产线——由自动控制保证产品的???工精度。其主轴为恒值控制(恒速)，刀架为随动系统(精确定位)。 ;堆物;食品加工的在线调节和流量控制（如生产调和油）;化工厂中的温度、压力、流量的控制 ;发电厂的生产控制：木屑发电原理 ;三、开环控制与闭环控制;开环控制的优点：由于开环系统无反馈环节,一般结构简单,系统稳定性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以预计确定并能进行补偿,则应尽量采用开环控制系统。 开环控制的缺点：是当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时 ，开环控制系统便无法满足技术要求，这时就应考虑采用闭环控制系统。 ;2、开环控制举例;数控加工机床开环控制框图 ;反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。 闭环控制要增加检测、反馈比较，调节器等部件,会使系统复杂、成本提高。而且闭环控制会带来副作用，使系统的稳定性变差，甚至造成不稳定。这是采用闭环控制时必须重视并要加以解决的问题。 ;4、闭环控制举例;电炉箱自动控制框图 ;炉温自动调节过程 ;应用案例1：仿型铣床的控制;控制功能框图：X轴(Y轴与X轴相同);控制器、执行器、被控对象;应用案例2：太阳能高效抽水机系统;太阳传感器;应用案例3：某大门的自动控制;给定电位计;负反馈调节（控制举例）： 鹰击长空，不但能准确地扑到固定目标，甚至连飞速躲避的兔子、老鼠也不能逃脱。 ;负反馈调节;主 反 馈 — 与输出成正比或某种函数关系，但量纲与给定信号相同； 偏 差 — 给定信号与主反馈信号之差的信号； 控制单元 — 接受偏差信号，通过转换与运算，产生期望的控制量； 扰 动 — 对系统输出产生不利影响的信号； 反馈环节 — 检测输出信号并转换与给定输入信号相同量纲的信号。;传统控制技术： PID控制 智能控制技术：90年代开始发展 专家系统 模糊控制 神经网络 正在发展的各个领域 自适应控制 大系统理论 鲁棒控制 非线性控制（微分几何，混沌，变结构）;自适应控制实质上是系统辨识与控制技术的结合，通常有自校正控制系统、模型参考自适应控制系统两种类型。 ⑴自校正控制系统;⑵ 模型参考自适应控制系统 ;2、鲁棒控制 鲁棒控制是针对被控对象不确定性的一种控制方法。 3、容错控制 容错控制指当系统出现故障时，实施必要的决策和控制，使系统仍然保持稳定运行，并具有可以接受的性能指标。 容错控制当前主要有硬件冗余和解析冗余两种方法。 4、智能控制 智能控制是一种应用拟人化的思维方式和决策方法实现对被控对象有效控制的技术。 模糊逻辑控制、人工神经网络控制、专家控制是比较成熟并且应用最广的三个分支。;（1）模糊逻辑控制 模糊逻辑控制系统的基本结构，它用模糊控制器替代了传统的控制器，模糊控制器由知识库、模糊化处理、模糊推理、精确化处理四部分组成。;（2）人工神经网络控制 人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN）模拟大脑神经元之间的连接，实现信息处理、存储等功能。一个简单的人工神经元模型，它的输入（ ）和输出（ ）关系可以描述为 ;人工神经网络是由大量人工神经元互连而成的网络，每个神经元是网络的一个节点，它接受多个节点的输出信号，并将自己的输出连接至其它节点。; ① 神经网络监督控制 系统在原有反馈控制的基础上增加人工神经网络作为控制器的前馈控制。; ②神经网络内模控