2016自动控制原理课程设计ppt

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自动控制原理课程设计课件

自适应控制算法
如模型参考自适应控制、自适应PID控制等，用于不确定系统的控制。
智能控制算法
如模糊控制、神经网络控制等，用于复杂系统的控制。
控制算法的仿真和验证
建立数学模型
根据实际系统建立数学模型，包括连续时间系统、离散时间系统等。
仿真软件选择
选择合适的仿真软件，如Simulink、 Matlab等。
促进创新
课程设计能够培养学生的系统分析、设计和调试能力，提高解决实际问题的能力。
通过实践探索，激发学生的创新思维，为未来的研究和开发奠定基础。
课程设计的任务和要求
设计任务
01
学生需根据给定的控制要求，设计一个实际的控制系统，包括
系统建模、分析和优化等环节。
设计要求
02
设计方案需满足稳定性、快速性和准确性的要求，同时考虑实
控制器设计
基于系统模型，设计合适的控制器，以满足控制要求。
实验测试
搭建实际控制系统，进行实验测试，验证设计的可行性和有效性。
02
控制系统基础知识
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统是由控制器、受控对象和反馈通路组成的一种闭环系统，用于实现特定的控制目标。
控制系统的组成
控制系统通常包括输入、输出、控制对象、传感器、控制器和执行器等组成部分。
选择合适的控制策略
根据设计要求选择合适的控制算法和控制策略。
控制器设计
基于被控对象的模型，设计合适的控制器，以满足性能要求。
系统建模
建立被控对象的数学模型，为后续设计提供依据。
控制系统设计的实例分析
温度控制系统设计
以温度为被控对象，设计一个自动控制系统，实现温度的自动调节。

自动控制原理教学ppt

前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节，根据输入信号的特性对系统进行补偿，以提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞后-超前等校正方法结合起来，设计一个复合的串联校正环节，以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等校正方法结合起来，设计一个复合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等，及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自动化生产线、工业机器人、智能制造等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、环保等领域，如农业自动化、医疗机器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节，以改善该局部的性能，而不影响系统的其他部分。
全局反馈校正

《自动控制原理》PPT课件

4
4-1 根轨迹的基本概念
4-1-1 根轨迹
闭环极点随开环根轨迹增益变化的轨迹
目标
系统参数连续、运动、动态
开环系统中某个参数由0变化到时，
闭环极点在s平面内画出的轨迹。一个根形成一条轨迹。
5
例4-1 已知系统如图，试分析 Kc 对系统特征根分布的影响。
R(s)
_ Kc
1
C(s)
s(s+2)
解：开环传递函数 G(s) Kc 开环极点：p1 0
s(s 2)
开环根轨迹增益：K * Kc 闭环特征方程：s2 2s K * 0
闭环特征根
2 s1,2
4 4K* 1
2
1 K*
p2 2
6
研究K*从0～∞变化时，闭环特征根的变化
K*与闭环特征根的关系 s1,2 1 1 K*
引言
时域分析法
优点：可以直接分析系统的性能缺点：不能在参数变化时，预测系统性能；
不能在较大范围内，给出参数优化设计的预测结果
系统的闭环极点
系统的稳定性系统的动态性能
系统闭环特征方程的根
高阶方程情形下求解很困难
系统参数（如开环放大倍数）的变化会引起其变化，针对每个不同参数值都求解一遍根很麻烦。
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
G(s)H(s) [G(s)H(s)] 1(2k 1) G(s)H(s) (2k 1)

《自动控制原理》PPT课件_OK

例如对一个微分方程，若已知初值和输入值，对微分方程求解，就可以得出输出量的时域表达式。据此可对系统进行分析。所以建立控制系统的数学模型是对系统进行分析的第一步也是最重要的一步。
控制系统如按照数学模型分类的话，可以分为线性和非线性系统，定常系统和时变系统。
2021/7/21
2
自动控制原理
[线性系统]：如果系统满足叠加原理，则称其为线性系统。叠加原理说明，两个不同的作用函数同时作用于系统的响应，等于两个作用函数单独作用的响应之和。
[解]速度控制系统微分方程为：
a2 a1 a0 b1ug b0ug 对上式各项进行拉氏变换，得：
(s)(a2s2 a1s a0) Ug (s)(b1s b0)
即：
(s)
(b1s (a2s2
b0 ) a1s
a0 )
U
g
(s)
当输入已知时，求上式的拉氏反变换，即可求得输出
的时域解。
2021/7/21
2021/7/21
20
自动控制原理
[关于传递函数的几点说明]
❖ 传递函数的概念适用于线性定常系统，与线性常系数微分方程一一对应。与系统的动态特性一一对应。
❖ 传递函数不能反映系统或元件的学科属性和物理性质。物理性质和学科类别截然不同的系统可能具有完全相同的传递函数。而研究某传递函数所得结论可适用于具有这种传递函数的各种系统。
将上式求拉氏变化，得(令初始值为零）
(ansn an1sn1 a1s a0)Y(s) (bmsm bm1sm1 b1s b0)X (s)
G(s)
Y (s) X (s)
bm s m an s n
bm1sm1 b1s b0 an1sn1 a1s a0

自动控制原理课程设计报告PPT课件

16
16
U
w
1100/4//420/223023
电机
4
4
（3）、电机的转速与卷进轴的转速相同，所以电机的转速与纸张的线速
度成线性关系。
w
V
K2
卷进轴
（4）、由三个滑轮和一个弹簧秤组成的测力系统对纸20/223023
张力测量系统
5
5
（5）、将测得的张力反馈到比较装置与预设张力进行比较
m 400 37.0550 200
m 22.9450
2、计算衰减率
m
sin1 1 1
1 sin m 1 sin m
0.44
1100/4//420/223023
13
13
3、确定新的开环截止频率
Lo
()
m
1 2
20lg
1
Lo
(c
)
c
4.15
1 20lg 1 2
3.6db
4、确定两转折频率：
F
F
1
反馈
四;系统的结构框图
F1(
K1
s)
K2
F2（s）
1100/4//420/223023
6
6
五：传递函数
由系统的结构框图可以求函数为得，系统的开环传递：
G0
s
K1K2 Km Kn
TmS 1TnS 1
闭环传递函数：
Gc
s
Tm S
1
K1K2 Km Kn
TnS 1 K1K2KmKn
1100/4//420/223023
1
1 T
c 2.75
5、补偿增益：
2
1 T
1
c

《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

自动控制原理课件ppt

G3(s)
G2(s)
H3(s)
E(S)
R(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
P2= - G3G2H3
△2= 1
P2△2=
梅逊公式求E(s)
P1= –G2H3
△1= 1
N(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
G3(s)
G2(s)
H3(s)
R(s)
E(S)
四个单独回路，两个回路互不接触
e
A
100%
一阶系统时域分析
无零点的一阶系统 Φ(s)=
Ts+1
k
, T
时间常数
(画图时取k=1,T=0.5)
单位脉冲响应
k(t)=
T
1
e-
T
t
k(0)=
T
1
K’(0)=
T
1
2
单位阶跃响应
h(t)=1-e-t/T
h’(0)=1/T
h(T)=0.632h(∞)
h(3T)=0.95h(∞)
h(2T)=0.865h(∞)
第一章自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
飞机示意图
给定电位器
反馈电位器
给定装置
放大器
舵机
飞机
反馈电位器
垂直陀螺仪
θ0
θc
扰动
俯仰角控制系统方块图
飞机方块图
液位控制系统
控制器
自动控制原理课件ppt
课件3 ~6为第一章的内容。制作目的是节省画图时间，便于教师讲解。课件6要强调串联并联反馈的特征，在此之前要交待相邻综合点与相邻引出点的等效变换。课件7中的省略号部分是反过来说，如‘合并的综合点可以分开’等。最后一条特别要讲清楚，这是最容易出错的地方！课件10先要讲清H1和H3的双重作用，再讲分解就很自然了。课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用梅逊公式求传递函数。

自动控制原理(全套课件659P)

手动控制
人在控制过程中起三个作用：（1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值；
（2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行
判断节，如调节阀门开度、改变触点位置。
ppt课件 4
1.1 自动控制的基本概念
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收
ppt课件 6
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系统的稳定性，求取系
统的动态、静态性能指标，并据此评价系统的过程称为控制系统分析。
控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，
合理的确定控制装置的结构参数，称为控制系统设计。被控量：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。给定值：系统输出量应达到的数值（例如与要求的炉温对应的电压）。扰动：是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号，如电源电压
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）
与控制作用之间存在着负反馈的控制方式。采用闭环控制的系统称为闭环
控制系统或反馈控制系统。闭环控制
是一切生物控制自身运动的基本规律。人本身就是一个具有高度复杂控制能
力的闭环系统。
优点：具有自动补偿由于系统内部和外部干扰所引起的系统误差（偏差）的
能力，因而有效地提高了系统的精度。
脑
手
输出量（手的位置）
ppt课件
16
闭环控制系统方框图
ppt课件
17
反馈控制系统的组成、名词术语和定义
反馈控制系统方框图
ppt课件
18
1.2 自动控制理论的发展

自动控制原理基础教程课件

系数的微分方程（或差分方程）来描述。叠加性质齐次性(比例)
G 1 ( s)
G 2 ( s)
(2)叠加原理与线性控制系统
如果一个系统具有下列性质： (1)输入x1(t)产生输出 y1(t)； (2)输入x2(t)产生输出 y2(t)； (3)输入c1x1(t)+c2x2(t)产生输出c1y1(t)+c2y2(t) ；其中，x1(t) , x2(t)是任意输入信号，c1, c2是任意常数，则系统是线性系统。
6.连续(时间)系统与离散(时间)系统
连续系统系统中各部分的信号均是时间变量的连续函数。常微分方程形式离散系统系统中的信号为脉冲序列或数字形式，信号在时间上是离散的。差分方程形式Leabharlann 42016/9/12
§1.3 自动控制系统的基本要求
基本要求：
“稳”定性 : 基本要求, 稳定裕度(h,γ)要合理; “快”速性 : 动态要求, 超调量σ要小,调节时间ts要短; “准”确性 : 稳态要求, 稳态误差ess要小.
2016/9/12
《自动控制原理》
华东理工大学朱宏擎
hqzhu@
自动控制原理

课时：40学时(1-11周) 课程性质：必修课考核方式：闭卷考核方法：作业 10% + 期末考试 90% 参考书：胡寿松，自动控制原理,第五版
一、课程的主要内容控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统、离散系统、非线性系统等。二、课程的内容重点数学模型、时域特性分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正系统等。三、相关课程先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、信号与系统等。后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论。四、学习要求坚持及时预习、复习。

自动控制原理 ppt课件

现代控制理论
研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。计算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展。
ppt课件
5
5
经典控制理论研究对象线性定常系统（单输入、单输出）传递函数（输入、输出描述）根轨迹法和频率法
ppt课件
14
14

非线性系统
特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节。
非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目前尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。近似处理。
ppt课件
15
15
自动控制系统的分类

其他分类方式
按系统数学模型参数特性分：定常系统和时变系统按功能分：温度控制系统、速度控制系统、位置控制系统等。按元件组成分：机电系统、液压系统、生物系统等。
ppt课件 18
18

控制系统性能的基本要求

稳定性（稳）
能工作（即达到稳态），并在有一定的环境和参数变化时，还能有稳定“裕量”

稳态精度（准）
系统进入稳态时，稳态值与预期的差别越小越好

动态过程（好/快）
在输入信号到到达稳态的变化全过程，包括离预期值的振荡和过渡时间。反例：高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标
ppt课件
19
19
课程主要任务

分析和设计反馈自动控制系统
建立系统的数学模型
• 传递函数，方框图，信号流图
根据模型分析系统特性
• 主要针对线性定常系统，采用经典控制理论 • 时域响应，稳定性分析，根轨迹法

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自动控制原理课程设计
贺容波 2016年6月15日
1
一. 自动控制原理课程设计的目的和意义
经典自动控制原理具有实际工程背景的系统设计问题计算机辅助设计（MATLAB和 SIMULINK工具）（来自实际课题）
2
二. 自动控制原理课程设计在本专业
培养任务中的地位和性质
“自动控制原理”
“自动控制原理课程设计”
21
注明校正以后的
开环剪切频率相角裕度
c

校正以后的闭环Simulink模型图，单位阶跃响应仿真曲线。
22
3 4
校正环节的电路图，标明各元件的参数
设计总结
5
6
心得体会
任务书附在设计报告中
23
六. 注意事项
1
2 3 4 开环剪切频率不能过大。若采用顺馈，则 P 按无顺馈前考核。
若系统有扰动，则扰动信号不能被校正装置使用。设计报告统一用A4纸双面打印和装订。
T
0 1
10
幅值（dB）
20lg
1
+20dB/dec

1 相位（度） 1 T

60 0 30 0
m
m
00
11
6
串联迟后校正
R( s )
-
Gc (s)
G0 (s)
Y ( s)
ห้องสมุดไป่ตู้
K c ( s 1) K c ( s 1) Gc ( s) Ts 1 s 1
E (s) +
F (s)
Gf (s)
R( s )
-
G1 ( s )
+
G2 (s)
Y ( s)
19
五. 设计报告的主要内容
1 人工设计计算过程和计算数据；用半对数坐标纸绘制Bode图。（共3条渐近对数幅频特性曲线）
20
2
计算机设计被控对象开环Simulink模型图；被控对象开环Bode图；校正以后的开环Simulink模型图；校正以后的开环Bode图；
ts c
Mr
1 1 1 2.5 1 2 1.5 sin sin
2
适用条件： 34
0
90
0
8
100 M 1 % r p 50 M r 1 %
“控制系统设计”
3
三. 自动控制原理课程设计的题目特点
1
2 3 从实际课题中提炼、浓缩而成；
每人一题，题目各不相同；
题目分A、B两个等级，难度由难到易。
4
四. 控制系统综合方法提要
经典自动控制原理相关知识点回顾 1 关于系统开环放大倍数 K 对稳态精度的影响；
对稳定性的影响；
对系统快速性的影响。

1 M r 1.25
1.25 M r 2
2 ts 2 1.5 M r 1 2.5 M r 1 c
(1 M r 1.8)
9
5
串联超前校正
R( s )
-
Gc (s)
G0 (s)
Y ( s)
K c ( s 1) K c ( s 1) Gc ( s) Ts 1 s 1
5
2
系统的型别与稳态精度的关系
稳态误差
阶跃输入
斜坡输入
加速度输入
0型系统 I型系统 II型系统
1 1 KP

1 Kv

1 Ka
6
0
0
0
3
两对重要的动态性能指标平稳性时域动态性能指标快速性
P

ts
频域动态性能指标
c
7
4
几个重要的经验公式
1 p 0.16 0.4 1 sin 0 0 适用条件： 34 90
L( )
20v dB/dec
20lg K
1

16
L( )
-40dB/dec
希望频率特性的中频段
-20dB/dec
2
GH 00
c
3

-40dB/dec

900
180
0
9
顺馈控制的作用
Gb (s)
E (s)
+
R( s )
-
G1 ( s )
G2 (s)
Y ( s)
18
Gb (s)
课程设计说明书上交截止期限：2016年6月28日！
由各班班长负责收齐后，按学号顺序排好，交到
303办公室。
24
七. 考核方式
成绩等级 A(优) B(良) C(中)
D(及格)
E(不及格)
注：选B类课题的同学不能得A（优）！考核依据平时考核
最终考核
25
八. 上机实验时间和地点
上机实验时间：下午 2：30—5：30 晚上 6 ：30—9：00
上机实验地点：电气楼325
26
T
1
12
幅值（dB）
0
1 T
m 1

20lg
相位（度）
00
m

m
13
7
串联迟后-超前校正
什么时候要使用串联迟后-超前校正？
14
8
基于希望频率特性的校正法
R( s )
-
Gc (s)
G0 (s)
Y ( s)
Gh (s) Gc (s)G0 (s)
15
希望频率特性的低频段