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《自动控制元》PPT课件

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自动控制原理课件

自动控制原理课件
• 即，原开环Bode图＋校正环节Bode图＋ 增益调整＝校正后的开环Bode图
2.根轨迹法
在系统中加入校正装置，相当于增加 了新的开环零极点，这些零极点将使 校正后的闭环根轨迹，向有利于改善 系统性能的方向改变，系统闭环零极 点重新布置，从而满足闭环系统性能 要求。
§6.2 线性系统的基本控制规律
校正装置 Gc(s)
R(s)
+
+
+
原有部分 C(s)
Go(s)
-
(d)前馈补偿
对扰动
信号直
接或间
测 量 ， R(s) +
+
形成附 加扰动
+ -
补偿通
道
校正装置 Gc(s)
原有部分 + Go2(s)
N(s)
+ 原有部分 C(s) Go2(s)
(e)扰动补偿
•串联校正和反馈校正属于主反馈回路之内的校正。
根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同， 可将其作如下分类：
+
+
-
-
原有部分 Go(s)
校正装置 Gc(s)
(b)反馈校正
C(s)
R(s) +
校正装置 +
Gc1(s)
-
-
原有部分 C(s) Go(s)
校正装置 Gc2(s)
(c)串联反馈校正
相当于 对给定 值信号 进行整 形和滤 波后再 送入反 馈系统
•知 识 要 点
线性系统的基本控制规律比例（P）、积 分（I）、比例-微分（PD）、比例-积分（PI） 和比例-积分-微分（PID）控制规律。超前校 正，滞后校正，滞后-超前校正，用校正装置 的不同特性改善系统的动态特性和稳态特性。 串联校正，反馈校正和复合校正。

自动控制原理课件大全ppt课件

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复 杂
自动控制系统对函数概念的理解：
程 度
加
自控原理的思维控制 方量式x：数控学制的系方统法，工被控程制的量意y识，深控制的语言
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 3
第一节 数学模型
数学模型的定义 能够描述控制系统输出量和输入量数量关系之间 关系的数学表达式
(t )
原因：后级电路的电流i2影响前级电路的输出电压uc1(t)。
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 15
第二节 时域数学模型-微分方程
负载效应
R1C1R2C2
d
2uo (t) dt 2

(R1C1

R2C2 )
duo (t) dt

（频域）
XI’AN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMUNICATION
西安邮电学院自动化学院 6
第一节 数学模型
数学模型建立（建模）的方法
解析法： 即依据系统及元部件各变量之间所遵循的 物理、化学定律列写出变量间的数学表达式，并经实 验验证，从而建立系统的数学模型
R1C1R2C2
d
2uo (t) dt 2

(R1C1

R2C2

R1C2
)
duo (t) dt

uo
(t )

ui
(t )
机械力学系统的数学模型： 相似系统
m
d
2 y(t dt 2
)

f

自动控制原理课件1

自动控制原理课件1

一、开环控制系统、闭环控制系统和复合控制 系统
（一）开环控制系统 例
概念: 如果控制系统的输出量对系统没有 控制作用,这种系统称为开环控制系统.
输入 控制器
被控对象
输出
一、开环控制系统和闭环控制系统 举例：炉温控制系统
uc
特点：
本系统的输入量是自耦变压器的输出电压uc，输 出量是电阻炉的输出温度T； u唯一对应T；
§1-1 控制理论的发展历程
3、本课程与相关课程的关系 现制 代理 控论
过制 程系 控统
后续课程
各业 其 类课 它 专程
自动控制原理 先修课程 大 学 物 理 微 积 分 积 分 变 换 复 变 函 数 电 子 技 术 电 路 理 论 电 机 拖 动
§1-1 控制理论的发展历程
4、课程的理论体系
给定 环节 比较 环节 校正 环节 放大 环节 执行 机构
§1-2 控制系统的基本概念 （三）关于传递方框图的几点说明
执行机构 直接作用于控制对象（调节机构、传 动装置、电机）
给定 环节 比较 环节 校正 环节 放大 环节 执行 机构 被控 对象
§1-2 控制系统的基本概念 （三）关于传递方框图的几点说明
§1-2 控制系统的基本概念 举例: 液位自动控制系统
手臂,手
+
大 脑
M
—
目标液位
放大器
§1-2 控制系统的基本概念 一、基本术语 自动控制：在没有人的直接干预下，利用物理
装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使 被控制的物理量保持恒定或按一定的规律变化。
如液位，炉温，轧辊辊速，带钢张力等控制。
古代
在二次世界大战期间，由于军事上 的需要，雷达和火力控制系统有了 较大的发展，N.Winner在总结前 人成果的基础上发表了《控制论》 一书，标志着控制理论学科的诞生。

自动控制原理课件1

自动控制原理课件1
直流电动机的电枢两端， 由于直流电动机具有恒定的励磁电流。因此，随着电枢电压值的不同， 电动机便以不同的转速带动生产机械运转。于是，改变 Ug的大小，便控制了电动机转速的高低。 系统中，Ug 是给定输入量；电动机的转速n是系统的输出量即被控量，功率放大器的电源电压波动 、放大系数漂移、拖动负载的变化等，是扰动输入量。
功 率 放 大 器
方法一：人工控制 眼（观察） 脑（判断） 手（操作） 目的：减少或消除Δh
方法二：自动控制 受控对象：水池；输出量：实际水位（h实）；输入量：要求水位（h要） 浮子——检测装置 控制电路——检测Δh，转变为电信号； 电动机——执行机构 干扰输入量：对系统输出起反作用的输入量，例如功率放大器信号的飘移。
（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。 重要性质：不满足叠加性和齐次性 注意：任何的物理系统都是非线性的，但是在一定条件下可以将某些非线性特性线性化，近似
地用线性微分方程去描述，这样就可以按照线性系统来处理。
2．连续系统和离散系统 （1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连续系统的运动规律
可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。 （2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系
统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。
二、按给定信号分类 （1）恒值控制系统：
给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温 度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。
可见，系统的输出量，即电动机的转速并没有参予系统的控制。
开环控制系统功能框图 任何开环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。

自动控制原理第二章 胡寿松ppt课件

自动控制原理第二章 胡寿松ppt课件
—线性定常二阶微分方程式
4、消去中间变量i(t),整理后得整：理版课件
22
第二章 控制系统数学模型
例2、 设一弹簧、质量块、阻
尼器组成的系统如图所示，
当外力F(t)作用于系统时，系 F(t) 统将产生运动。试写出外力
F(t)与质量块的位移y(t)之间
m
的微分方程。
解：
f
1、确立入-出，入-F(t),出—y(t)； 2、根据牛顿定律，∑F=ma；
limsF(s)存在 f(0)lifm (t)lism (F s)
s
t 0
s
（6）终值定理
若: L[f(t)]F(s)
f( )lifm (t)lism (F s)
t
s 0
整理版课件
7
第二章 控制系统数学模型
例2、求下列函数的拉氏变换。
（1）f(t)2(1cot)（s2）f(t)sin5(t（) 3）f (t)tnet
L[
d
2
dt
f (t) 2
]
s
2
F
(s)
L [ d n f ( t ) ] s n F ( s )整理版课件
5
dt n
第二章 控制系统数学模型
（2）积分性质
若: L[f(t)]F(s)
L [ f(t)d] t1 sF (s)1 s f(t)dt t0
当初始条件为0，则有：
L[
f
(t )dt ]
1 - 311 1 14 s 2s 1s 2 s 1s 2
f(t) L 1 [f(t) ](t) e t 4 e 2 t
整理版课件
16
第二章 控制系统数学模型
例 6 求F(s)s(s2ss11)的拉氏反变换

自动控制原理课件2

自动控制原理课件2

Tm

GD 2 R 375 cecm
uf Kfn
K f 反馈电压和转速之间的 比例系数
（3）消去中间变量得直流调速系统的动态微分方程
1 T d T K m kd d 2 n 2t 1 T m K kd d n tn ( 1 K K r k )C eU g
其中 Kr K1K 为s正向通道电压放大系数
R(S)
E(S)
G(S)
-
B(S)
H(S)
Y(S)
2.结构图的组成： （1）信号线：带箭头的直线，箭头表示信号传递方向。 （2）引出点（分离点）：表示信号引出或测量的位置。 （3）比较点（相加点）：对两个以上信号加减运算。 （4）方框：方框图内输入环节的传递函数。
3 .动态结构图的绘制步骤： （1）确定系统输入量与输出量。 （2）将复杂系统划分为若干个典型环节。 （3）求出各典型环节对应的传递函数。 （4）作出相应的结构图。 （5）按系统各变量的传递顺序，依次将各元件的结构图连接起来。
二、结构图的简化法则 常用的结构图变换方法可归纳为两类：一类是环节的合并，另一类是信号的分支点或相
加点的移动。 结构图的变换必须遵循的原则是：变换前后的数学关系保持不变，因而也称为结构图的
等效变换。
（一）环节的合并 法则一 环节串联，传递函数相乘。
法则二 环节并联，传递函数相加。
法则三 反馈连接的等效传递函数。
（6）延迟环节 （时滞环节、滞后环节） 特点：输出信号经过一段延迟时间τ 后，可完全复现输入信号。
y(t)/r(t)
0τ
r(t) y(t)
t
G(s) es R(s) e s Y(s)
2.4 系统动态结构图
一、概念 1.动态结构图：是描述系统各组成元件之间信号传递关系的数学图形，它 表示了系统的输入输出之间的关系。

自动控制原理课件胡寿松

系统开环频率响应相位在临界 频率处的值与180度之间的差值 。
带宽频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
剪切频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
稳定性与性能的关系
稳定性是控制系统的重要性能指 标，它决定了系统能否正常工作
。
系统的稳定性与其性能指标密切 相关，如系统的超调量、调节时
自动控制原理课件胡 寿松
目录
• 自动控制概述 • 控制系统稳定性分析 • 控制系统的性能指标 • 控制系统的设计方法 • 控制系统的校正与补偿 • 控制系统的应用实例
01
自动控制概述
定义与分类
定义
自动控制是利用控制装置，使被 控对象按照预设规律自动运行的 系统。
分类
开环控制系统、闭环控制系统、 复合控制系统等。
通过分析系统的频率特性 ，研究系统的稳定性、带 宽和阻尼特性。
现代控制理论设计方法
状态空间法
01
基于系统的状态方程进行系统分析和设计，适用于线性时变系
统和非线性系统。
线性二次型最优控制
02
通过优化性能指标，设计最优控制律，适用于多输入多输出系
统。
滑模控制
03
设计滑模面和滑模控制器，使得系统状态在滑模面上滑动，适
无人机飞行控制系统通过自动控制算法，实现无人机的稳定飞行 和精确控制。
卫星姿态控制
卫星姿态控制系统通过传感器和执行机构，实现卫星的稳定指向 和精确姿态调整。
航空发动机控制
航空发动机控制系统通过调节燃油流量和点火时间等参数，实现 发动机的稳定运行和性能优化。
工业自动化控制系统的应用
智能制造
智能制造系统通过自动化设备和传感器，实现生产过程的自动化控 制和优化。

《自动控制原理教学课件》第1章绪论

通信技术研究所
:19
常用术语： （1）系统输出：被控变量 （2）给定值（参考输入）：系统的给定输入，由 控制者决定被控变量的期望值。 （3）扰动：系统不需要而又难于避免的输入，它 使得被控量偏离给定值。扰动即可来自系统内部又 可来自外部 （4）偏差：给定值－测量值
通信技术研究所
:20
ห้องสมุดไป่ตู้
前向通路：信号从输入端沿箭头方向到达输出端的 传输通路。 主反馈通路：系统输出量经测量装置反馈到输入端 的传输通路。
通信技术研究所
:33
练习
一、名词解释 1.自动控制 2.闭环控制 3.自动控制系统 二.填空 1.典型的自动控制系统由 、 、 、 、 组成。 2.对控制系统系统性能评价从三个方面进行，即 三个基本要求_______、_______ 、________ 。 3.系统中需要加以控制的目标装置，称__________ 。 4.__ __是系统能否正常工作的前提条件；_ _反映 系统在动态过程中系统跟踪控制信号或抑制扰动的能力； 稳态误差越小的系统，说明系统的_______ _越好。
通信技术研究所
:24
按描述系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性 按控制系统传递信号性质 （1）连续系统 （2）离散系统 按系统参数是否随时间变化 （1）定常系统
d nc d n1c dc d mr d m1r dr an n an1 n1 a1 a0c bm m bm1 m1 b1 b0 r dt dt dt dt dt dt
通信技术研究所
:23
1.2.2 其他分类 按输入信号特征分类 （1）恒值系统(自稳定系统) c(t ) r (t ) , r (t ) 常数 控制任务： 分析设计重点：研究干扰对被控对象的影响， 克服扰动 （2）随动系统 控制任务： c(t ) r (t ) r (t ) 随机变化 分析设计重点：系统跟踪的快速性、准确性 （3）程序控制系统 控制任务： 预先规定时间函数变化

《自动控制原理》课件


集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域

自动控制原理PPT课件


1.1 控制技术的发展及应用
控制概念的引入：
要求汽车沿道路中心线行驶（控制汽车的位置） 1 ）预期：道路中心位置 2 ）汽车当前位置相对预期位置的差 3 ）操纵方向盘改变汽车位置使差减小
某一装置 代替人
汽车自 动驾驶 系统
1.1 控制技术的发展及应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制概念的引入
•温度调节装置（控制房间的温度）
1 ）预期：要求的室内温度
闭环控制
1.3 开环控制和闭环控制
闭环控制
输入 误差
实际输出
控制器 对象
闭环控制
传感器
特点：系统的输出是由偏差控制的，被控量经过反馈影响偏差，产生 一个相应的控制作用去减小或消除偏差，使被控量与期望值趋与一致。
结果：控制结构复杂，成本高；
抗元件参数变化和外界干扰的能力强
闭环系统可能不稳定
1.3 开环控制和闭环控制
2 ）室内当前温度相对预期温度的差
温 度
3 ）打开或关闭加热开关改变室内温度使差减小
温度测量，比较功 能，自动打开、关 闭加热开关的装置
温度自 动控制 系统
1.1 控制技术的发展及应用
自动控制的概念
自动控制是指在没有人的直接参与的情况下，利用自 动控制装置（控制器）使工作对象（被控对象）自动地 按照预先规定的规律运行，或使它的某些物理量（被控 量）按预定的要求变化。
第一章基本要求及作业
1-1 什么是随动系统？
这类系统的参考量是预先未知的随时间任意变化的函数， 要求被控制量以尽可能小的误差跟随参考量的变化。
系统中：被控对象为指针，被控量为指针位移，输入电压为 给定输入量。
给定电压 电位器
放大器
电动机
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2
普通变压器
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3
普通变压器
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4
普通变压器
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5
普通变压器
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6
旋转变压器结构和分类
分类：
1）正余弦旋转变压器 2）线性旋转变压器 3）比例式旋转变压器 4）特殊旋转变压器
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7
旋转变压器的结构
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8
正余弦旋转变压器
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21
副边补偿的正余弦旋转变压器
在副边对称补偿时，转子绕组电流所产生的磁密直
轴分量分别为
B cd
kcIc cos
kckuU j cos z f zz
cos
B sd
kcIs
sin
kckuU j sin z f zz
sin
转子绕组电流所产生的合成去磁直轴磁密
B zd
B cd
B sd
2）定子绕组D3D4中的感应电势为零
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12
正余弦旋转变压器的空载运行
3）转子Z1Z2绕组中的感应电势
B jc B j c o s B js B j s in
jcm k s B jcm k s B jm c o s jm c o s jsm k s B jsm k s B jm s in jm s in
与Z3Z4绕组匝链的交轴磁通：
sqm sqm cos ksBsm cos2
在Z3Z4绕组中感应的电势：
Esq 4.44 fWzsqm 4.44 fWzksBsm cos2
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18
正余弦旋转变压器的负载运行
可见，交轴磁通是旋转变压器负载后输出 特性曲线畸变的主要原因。为了改善系统 性能，就应该消除交轴磁通的影响。消除 输出特性畸变的方法也称为补偿。
补偿的方法有： 1）副边补偿 2）原边补偿
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19
副边补偿的正余弦旋转变压器
转子绕组中的电势
E s k uU j sin
E c k uU j co s
转子绕组中的电流
Ic
Ec z fc z c
k uU j co s z fc z c
Is
Es z fs z s
k uU j sin z fs z s
自动控制元件
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1
第四章 旋转变压器
旋转变压器是一种输出电压与角位移呈连续函数 关系的感应式微电机。
它的结构与绕线式异步电动机相似，由定子和转 子两大部分组成，从物理本质上看，旋转变压器 也可以看成一种可以转动的变压器。这种变压器 的原边绕组放置在定子上，而副边绕组放置在转 子上，原、副边绕组之间的电磁耦合程度与转子 的转角有关，因而，当它的原边绕组外施单相交 流电压励磁时，副边绕组输出电压的幅值将与转 子的转角有关。
这种补偿为原边对称补偿。
因为一般电源内阻抗很小，所以实际应用 中经常把交轴绕组直接短路，同样可以达到补 偿的目的。
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25
原、副边补偿的正余弦旋转变压器
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26
线性旋转变压器
线性旋转变压器是指输出电压的大小与转 子转角成正比的旋转变压器。
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20
副边补偿的正余弦旋转变压器
副边完全补偿的条件：
或
Ic sin Is cos
kuU j cos sin kuU j sin cos
z fc zc
z fs z s
得
z fc zc z fs z s zc zs zz
z fc z fs z f
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23
原边补偿的正余弦旋转变压器
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24
原边补偿的正余弦旋转变压器
可以证明，当定子两相绕组的参数相同，
阻抗z q 与交流励磁电源内阻抗 z j 相等时，则转
子输出绕组电流产生的交轴磁通对输出电压的 影响就能得到完全补偿，从而消除了输出电压
的畸 变。由于原边补偿条件为 z q z j ，故称
可见，空载且励磁电压保持不变时，转子 输出绕组Z1Z2的输出电压与转子转角呈余 弦函数关系；而转子输出绕组Z3Z4的输出 电压与转子转角呈正弦函数关系。因此， 称Z1Z2绕组为余弦输出绕组， Z3Z4绕组为 正弦输出绕组。
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15
正余弦旋转变压器的负载运行
Is
Es z fs z s
kckuU j z f zz
Байду номын сангаас
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22
副边补偿的正余弦旋转变压器
在副边对称补偿(完全补偿）时，可得出以下结论： 1）在旋转变压器副边接入对称负载时，副边电流产 生磁通的交轴分量正好得到完全补偿。 2）副边电流产生的合成磁通始终在直轴去磁方向上 （与励磁磁通方向相反），在电源电压及负载不变的 情况下，副边电流产生的合成磁通是与转子转角无关 的常量。 3）副边补偿时，旋转变压器的励磁电流、输入功率 和输入阻抗均不随转角的改变而变化。
10
正余弦旋转变压器的空载运行
空载运行时各绕组的感应电势 1)励磁绕组D1D2中的感应电势（有效值）
E j 4.44 fWD jm 4.44 fWD ks B jm
电压平衡方程式
U j E j I j (rj jx j )
忽略漏阻抗压降时
U j Ej
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11
正余弦旋转变压器的空载运行
B sd B s s in B sq B s c o s
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16
正余弦旋转变压器的负载运行
引起输出电压畸变的 主要原因是副边电流 所产生的交轴磁密分 量所对应的磁通
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17
正余弦旋转变压器的负载运行
交轴磁通是怎样引起输出特性畸变的呢？
交轴磁通幅值：
sqm ksBsqm ksBsm cos
E c 4 .4 4 fW z jcm 4 .4 4 fW z jm c o s
Ec
E
j
W W
z D
cos
k uU
j cos
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13
正余弦旋转变压器的空载运行
4）转子绕组Z3Z4中的感应电势
E s 4 .4 4 fW z jsm k u U jsin
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14
正余弦旋转变压器的空载运行
旋转变压器可以看作 是原边（定子）与副 边（转子）绕组之间 的电磁耦合程度能随 转子转角改变而改变 的变压器。
正、余弦旋转变压器 则能满足输出电压与 转子转角保持正、余 弦函数关系。
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9
正余弦旋转变压器的空载运行
Bj Bjmsintcos j jmsintksBjmsint
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