1.7_自动控制系统实例

自动控制系统例子
【篇一：自动控制系统例子】
问题太简单了
生活中看到最多的是：
1、电视机的遥控系统，它采用红外线脉冲和数字编码技术
2、洗衣机的自动控制系统，有一种是采用定时控制技术（最简单）
3、空调自动控制系统，他利用温度传感器实行压缩机是否运行
4、电饭煲控制系统，它采用水蒸发以后。

温度超过100以上，然后用温度控制器实行电路的开关
5、汽车的自动换档控制系统，利用汽车的速度传感器，检测速度，然后利用电磁控制系统实行自动换档
6、水塔的自动打水系统，利用水位传感器，检查水位是否过低和过高，过低供水过高停止
7、电瓶车、手机、笔记本等等的自动充电系统
8、宾馆商场的自动门等等，可谓数不胜数
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自动控制原理28167第一章自动控制的一般概念1.1 引言自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。

自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律以及改变这种运动规律的可能性和途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据。

1.2 自动控制和自动控制系统的基本概念1.2.1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中，往往需要对某些物理量(如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等)进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。

如图1-l所示是锅炉给水人工控制示意图。

人工调节是一个“检测偏差、纠正偏差”的过程。

可以用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用。

图1-2所示是锅炉给水汽包水位自动控制示意图。

图1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图1—过热器；2—汽包；3—省煤器；4—给水凋节阀；5—水位计任何一个控制系统，都包含着被控对象和控制器两个组成部分。

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除1.2.2 开环控制系统常见的控制方式有三种：开环控制、闭环控制和复合控制。

系统的控制输入不受输出影响的控制系统称为开环控制系统。

图1-3所示的烘箱温度控制系统是一个开环控制系统。

烘箱是被控对象，烘箱的温度是被控量，也称为系统输出量。

开关设定位置为系统的给定量或输入量，电阻及加热元件可看成是调压器（控制器）。

该系统中只有输入量对输出量的单向控制作用，输出量对输入量没有任何影响和联系。

烘箱温度开环控制系统可用图1-4所示的方框图表示。

1.2.3 闭环控制系统在图1-3所示的烘箱温度开环控制系统中，加入一些装置，构成了如图1-5所示的烘箱温度闭环控制系统。

系统中，烘箱是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征烘箱温度的希望值)。

系统方框图如图1-6所示。

完整的自动控制系统案例的工作过程自动控制系统是一种通过对输入信号进行处理和分析，并根据预设的规则和条件，自动地对输出信号进行调节和控制的系统。

它广泛应用于工业生产、交通运输、能源管理和家庭电器等领域。

下面以一个温度控制系统为例，介绍自动控制系统的工作过程。

一、系统定义与目标设定在开始设计一个自动控制系统之前，我们需要明确系统所要实现的目标，即需要控制的变量或参数。

在这个温度控制系统中，我们希望能够控制一个房间的温度在一个合适的范围内。

二、系统建模与传感器选择在构建一个自动控制系统之前，我们需要对系统进行建模，即将系统抽象成一个数学模型。

对于温度控制系统，我们可以将房间温度作为系统的输入，将加热器的控制信号作为系统的输出。

接下来，我们需要选择合适的传感器来捕捉房间的温度。

三、传感器信号采集与处理选定了传感器后，我们需要将传感器与数据采集系统相连接，以实时地获取房间温度的数据。

采集到的数据需要进行处理，例如进行滤波和校正，以提高数据的准确度和稳定性。

四、控制算法设计与参数调节根据系统的数学模型和设定的目标，我们需要设计一个控制算法。

在温度控制系统中，我们可以采用比例-积分-微分（PID）控制算法。

这个算法根据当前的误差和误差的变化率，计算出一个控制信号，来调节加热器的功率。

在设计控制算法时，我们还需要调节控制算法的参数，例如比例、积分和微分增益，以提高控制系统的性能。

五、执行器控制与反馈控制信号计算完毕后，我们需要将控制信号发送给执行器，即加热器。

执行器将根据接收到的控制信号，调节加热器的功率。

在执行器输出信号的过程中，我们需要实时地监测系统的反馈信号，如房间温度的变化。

这时，我们可以通过反馈信号来验证控制算法的性能，并进行必要的调整。

六、系统性能评估与优化经过一段时间的运行，我们可以对自动控制系统的性能进行评估。

我们可以根据系统的响应速度、稳定性和精度等指标，来评估系统的性能是否满足要求。

如果系统的性能不理想，我们可以根据评估结果对控制算法进行优化，例如调整控制算法的参数，或者采用其他更复杂的控制策略。

《自动控制原理》课程实验报告姓名： 班级： 学号： 实验时间： 实验成绩： 一、 实验目的：1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。

2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ωn 对二阶系统性能的影响。

3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。

二、 实验要求：1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB 语言程序，及对应的MATLAB 运算结果。

2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。

3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K 对系统稳定性的影响。

三、 实验步骤：1．观察函数step( )函数和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G ，可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。

2．对典型二阶系统2222)(nn ns s s G ωζωω++= 1）分别绘制出ωn =2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。

2）绘制出当ζ=0.25，ωn 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn 对系统的影响。

3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G ，试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围四、 实验结果与结论时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。

为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。

本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。

1．用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。

《自动控制理论》实验指导书李烽黄效国张黎军编北京科技大学机械工程学院2007年6月前言“自动控制理论”所研究的对象是非常广泛的，它可以是物理或化学性质绝无相似的对象（例如，机械的、电子的……），在归结成微分方程或传递函数后，却常会发现它们互相之间有共同之处，往往方程形式完全相同，所差的仅是参数和输入输出信号。

在工程实践中，研究电信号远比研究机械量等来得方便，用电子元件构成的系统可以很方便地实施，便于更改，便于定性及定量地观察。

因此，用研究电系统的方法来模拟其它物理系统，从而间接地研究这些系统，这是一种相当实用的手段。

另外，实际系统中的各种变量参数往往是不容易或无法测得的。

因此，利用本实验所介绍的观察动态特性曲线的方法来识别传递函数，是实践中研究系统特性并进一步校正系统的工程实用方法，有着重要的实用价值。

“自动控制理论”课程中的书本教学往往是大量公式的推导，不容易形成形象化的概念，配套实验的引入，使学生们将课堂理论直接用于研究实际的物理系统，从而加深对课堂内容的理解，提高分析和解决问题的能力，可以提高学习兴趣并获得成就感。

目录实验守则 (1)实验一典型环节及二阶系统阶跃响应 (2)（一）比例环节的阶跃响应 (3)（二）积分环节的阶跃响应 (9)（三）惯性环节的阶跃响应 (11)（四）比例积分微分环节的阶跃响应 (13)（五）二阶系统的阶跃响应 (14)实验二控制系统稳定性分析 (20)附录一T H K K L-5型实验箱使用简介 (25)附录二“T H K K L-5软件”虚拟示波器的使用 (31)实验守则1.实验前必须认真预习实验指导书，对所要进行的实验项目有基本的了解。

2.认真听指导老师讲解实验要点，做到心中有数。

3.遵循课堂秩序，不影响他人实验。

4.按实验要求进行实验，不做无关的操作。

5.爱护实验设备，严禁违章操作和野蛮操作。

6.注意用电安全，不随意打开仪器触摸内部结构。

如有意外，应立即切断本组桌上的电源开关，并向指导教师报告。

自动控制系统示例计算机硬盘锤渭数据系统硬盘是计算机中的主要存储设备之一，主要由盘片、磁头及其驱动机构、主轴电路板以及接口等几部分组成，图1．13是其简化示意图。

所有盘片装在盘片主轴上盘片之间平行，由主轴电机带动盘片高速旋转。

每张盘片的存储面上有一个磁头，高精度的磁头驱动机构驱动磁头在高速旋转的磁盘表面上沿盘片径向移动。

读／写磁头、传动手臂和传动轴三部分构成磁头组件，而磁头驱动机构则由磁头驱动电机(也称为音圈电机)、磁头驱动小车、防振动装置构成，它能够对磁头进行精确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位在系统指令指定的数据磁道，由磁头进行读／写数据的操作。

计算机硬盘既可以读取存储在其中的数据，也可以将数据存储在其中。

下面以读数据为例介绍硬盘读／写系统的工作过程。

硬盘驱动器加电正常工作以后，主轴电机启动并带动盘片高速旋转，磁头驱动机构设过钽电容转动手臂将浮动磁头置于盘片表面的oo道，处于等待指令的启动状态。

接收到系统传来的指令信号后，经过放大，磁头驱动电机通过转动手臂来控制磁头对盘片数据信息进行正确定位，并通过探测磁颗粒极性的变化来谈取数据，然后将数据放大并传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作，该系统通过读取一条预先记录的索引磁道的误差获得误差信号。

图1．14是硬盘读取数据的方块图，图中的传感器指盘片中的话磁头及索引磁道。

水加热自动控制系统图为水加热自动控制系统(即热水电加热器)示意图。

显见，系统由控温开关、电加热器、温度测量装置、水箱及保温层等组成。

控制目的是维持水箱内水温在给定的温度上。

该系统的工作原理分析如下：电加热器的通断电由控温开关控制，以保持期望的水温。

温度测量装置将热TAJD477K004RNJ能转化为电能，给定温度为一电信号。

需要热水时，打开阀门，水箱中流出热水并补充冷水。

若水箱中的水温低于给定水温，温度测量装置(即反馈元件)将实际水温测量出来，回送到输入端，与给定温度相比较，产生一个伯差信号。