自动控制理论基础.ppt

****************************************在正常情况下，炉温等于某个期望值Ｔ°C，热电偶的输出电压正好等于给定电压ur。此时ue=ur-uf=0，故u1=ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ur（表征炉温的希望值）。第63页,共93页，星期六，2024年，5月系统方框图第64页,共93页，星期六，2024年，5月飞机自动驾驶仪系统原理图第65页,共93页，星期六，2024年，5月自动驾驶仪是一种能保持和改变飞机飞行状态的自动装置，它可以稳定飞行的姿态、高度和航迹。飞机与自动驾驶仪组成的自动控制系统，称为飞机自动驾驶仪系统。如同飞行员操纵飞机一样，自动驾驶仪控制飞机是通过控制飞机的三个操纵舵面（升降舵、方向舵、副翼）的偏转，改变了舵面的空气动力特性，已形成围绕飞机重心的旋转力矩，从而改变飞机的飞行姿态和轨迹。现在以比例式自动驾驶仪稳定飞机俯仰角为例，说明其工作原理。第66页,共93页，星期六，2024年，5月飞机的俯仰角用垂直陀螺仪测量。当飞机按给定俯仰角水平飞行时，陀螺仪电位器没有电压输出。如果飞机受到扰动，使俯仰角向下偏离给定值，则陀螺仪电位器输出与俯仰角偏差成正比的信号、经放大器放大后驱动舵机，一方面推动升降舵舵面向上偏转，产生飞机抬头的力矩，减少俯仰角偏差；与此同时，带动反馈电位器电刷，产生与舵面偏转角成正比的信号并反馈到输入端。随着俯仰角偏差的减少，陀螺仪电位器输出信号越来越小，舵面的偏转角也随之逐渐减小，直到俯仰角恢复到给定值为止，这时，舵面也回到原来状态。第67页,共93页，星期六，2024年，5月飞机驾驶仪稳定俯仰角的控制系统方块图见课本１６页图１－１８系统中，被控对象是飞机，其俯仰角即是被控制量，自动驾驶仪是控制装置。系统的输入量是给定俯仰角，它是一个恒定不变的常值。系统的功用是在任何外来扰动作用下，保持飞机的俯仰角不变，这种系统称为恒值控制系统。又由于系统中电压、位移、角度等信号均是时间的连续信号，因此，飞机自动驾驶仪俯仰角稳定系统是一个连续角稳定系统。第68页,共93页，星期六，2024年，5月控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图第69页,共93页，星期六，2024年，5月当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。当摇动手轮使电位器的滑臂转过一个输入角的瞬间，由于输出轴的转角,于是出现一个误差角，该误差角通过电位器、转换成偏差电压，经放大后驱动电动机转动，在驱动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带动电位器的滑臂转过一定的角度，直至时，，偏差电压，电动机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角上。只要，偏差就会产生调节作用，控制的结果是消除偏差，使输出量严格地跟随输入量的变化而变化。系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角是被控量，通过手轮输入的角度是给定量。第70页,共93页，星期六，2024年，5月仓库大门自动控制系统原理示意图第71页,共93页，星期六，2024年，5月当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。第72页,共93页，星期六，2024年，5月水温控制系统示意图第73页,共93页，星期六，2024年，5月温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。第74页,共93页，星期六，2024年，5月1.5控制系统性能1.典型外作用：阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数、抛物线函数和正弦函数。阶跃函数A·1(t)当幅