自动控制原理第一讲
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自动控制原理:以自动控制系统为对象,学习研究从各类控制系统所抽象出来的,具有共性的规律(组成原理,数学模型,各种分析方法及基本设计方法)。
抽象性、综合性较强,用较多的数学工具解决应用问题。
第一章1.1 引言1.1.1 基本概念(1)自动控制:不需要人直接参与,而使被控量自动的按预定规律变化的过程,叫自动控制。
①不需要人直接参与;②被控量按预定规律变化。
(2)自动控制系统:为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体①实体;②有机组合1.1.2 自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛,在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活,处处可见。
1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段:(1)第一阶段。
时间为本世纪40~60年代,称为“经典控制理论”时期。
三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.(2)第二阶段。
时间为本世纪60~70年代,称为“现代控制理论”时期。
(3)第三阶段。
时间为本世纪70年代末至今。
70年代末,控制理论向着“智能控制”方向发展。
(1)被控对象(2)被控量(被调参数,输出量)(3)给定量(参考输入量,给定信号)(4)扰动量(扰动输入量,扰动信号,干扰量)(5)测量信号(6)偏差信号(详见课本)1.2 自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈,即按结构分为三大类:开环控制、闭环控制、复合控制。
给定信号 f(t)输出信号c(t)e(t)控制器执行机构对象检测仪表_ 扰动信号开环控制系统 闭环控制系统复合控制系统1.2.1 开环控制系统(1)定义开环控制是一种最简单的控制方式,在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用,即系统的输出量对控制量没有影响。
示意图:优点:结构简单、调整方便、成本低缺点:控制精度低、对扰动没有控制能力。
用于输出精度要求低的场合。
若出现扰动,只能靠人工操作,使输出达到期望值1.2.2 闭环控制系统——重点控制装置与被控对象之间既有正向作用,又有反向联系的控制过程,也称为反馈控制①系统的输出参与控制,系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统,只要偏差存在,就有控制作用,其结果试图使偏差减小③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用⑤引起振荡1.2.3 复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起,构成复合控制系统。
第一章自动控制原理的基本概念主要内容:自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中,要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。
同时,干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。
例如:卫星运行轨道,导弹飞行轨道,加热炉出口温度,电机转速等控制控制:为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。
控制任务可由人工控制和自动控制来完成。
§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面,因生产和生活需要,希望液面高度h维持恒定。
当水的流入量与流出量平衡时,水箱的液面高度维持在预定的高度上。
当水的流出量增大或流入量减小,平衡则被破坏,液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量),而使另外某些特定的物理量(如液面高度h)维持在某种特定的标准上。
人工控制的例子。
这种人为地强制性地改变进水量,而使液面高度维持恒定的过程,即是人工控制过程。
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。
当出水与进水的平衡被破坏时,水箱水位下降(或上升),出现偏差。
这偏差由浮子检测出来,自动控制器在偏差的作用下,控制阀门开大(或关小),对偏差进行修正,从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能,从而实现自动控制的。
画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。
比较两图可以看出,自动控制实现人工控制的功能,存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件:测量元件与变送器(代替眼睛)自动控制器(代替大脑)执行元件(代替肌肉、手)这些基本元件与被控对象相连接,一起构成一个自动控制系统。
下图是典型控制系统方框图。