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自动控制系统的动态特性及控制方式特点

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自动控制系统的动态特性及控制方式特点
计信学院2011级自动化 XX 2011XXXX
摘要：在自动系统中，外界坏境总在不停地变化着，控制量不可能回复到给定值，自动控制系统不得不不断检测，调节系统。

为了消除被控对象由于外界扰动而引起误差，常采取反馈控制和扰动补偿
关键词：自动控制系统的动态、稳定性、不稳定性、反馈控制、扰动补偿
引言：自动控制不会只是一个静态过程，总存在着被控对象的惯性、传感器信号滞后或外界情况变化等原因导致自动控制的动态性质。

因此，我们可引用反馈控制和扰动补偿等方式来解决此误差。

一、自动控制系统的动态行为描述
所谓自动化，是指机器或是装置在无人干预的情况下按规定的程序或是指令自动地进行操作或是运行。

在自动控制系统进行着：不断地检测被控制量，并反馈、比较，不断地得到误差信号的过程；而且进行着：借助于此误差信号，不断地进行地通过变换、放大使执行机构动作，力图使被控制量回复到给定值并消除误差的过程，这是一个动态过程。

就像工业锅炉系统（如图一）。

系统温度、喷水器、鼓风器都有惯性。

这就是说：假如燃料量突然降为0，系统温度也不会突然降为零：送风机的电压降为零时，该电动机还是要由原速逐步降为零。

只不过系统温度下降的更加慢。

图一
由此可知，电炉、电动机等惯性的存在是自动系统产生动态调节过程的根本原因。

特别是当系统各元件的参数配合不当，特别像是燃料量不足以迅速控制气压，喷水量不足以控制气温时，使得执行环节不能很好的控制被控对象，冲过头无法避免。

还有就是传感器的滞后性，通常我们无法准时得到所需的信号，我们必须通过微分方程来求解。

二、不稳定性及其原因
稳定性就是指系统当扰动消失后，由初始偏差状态恢复平衡状态的性能。

具体的说，如果系统受到扰动，偏离了原来的平衡转台；而当扰动消失后，系统又能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称为系统的稳定性，或具有稳定性。

否则，系统就是不稳定的或是具有不稳定性。

稳定性是系统去掉扰动后，自身的一种恢复能力所以是系统的一种固有特性，这种固有的稳定性只取决于系统的结构参数而与初始条件以及外作用无关。

三、反馈控制和扰动补偿
改善控制系统的性能，除了采用一些普通的校正方案外，如串联校正等。

反馈调节也是被广泛采用的校正形式之一，常见的有被控量的速度，加速度反馈；执行机构的输出及其速度的反馈；复杂对象的中间变量的反馈等
在随动系统和调速系统中，转速、加速度、电枢电流等，都可作为反馈信号，而具体的反馈原件实际上是一些传感器，如测速发电机、电压加速度传感器、电流互感器等。

控制系统采用反馈调节后，除了能收到与串联校正效果外，还能消除系统不可变部分中反馈所包围部分的参数波动对系统控制系统性能的影响。

基于这个特点，当所设计的控制系统随着工作条件的改变，其中一些参数可能变动的幅度较大，而且如果在系统中能够去除适当的反馈信号，从而有条件采用反馈调节时，一般来说，在系统中采用反馈调解时恰当的。

从控制的观点来看，反馈校正能等效的改变被包围环节的动态结构和参数，甚至在一定条件下能完全取代被包围环节，从而可以大大减弱这部分缓解由于特性参数变化及各种干扰带来的不利影响。

前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。

在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。

因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。

但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。

前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。

如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。

而不需要经过调节器。

但自动控制中，又存在着不同的扰动，如多变量系统，有不同的变量。

扰动也有很多种。

但一般只研究主要扰动。

对于一个完善的自动控制系统来说，除了对主扰动的补偿外，反馈回路是必不可少的，它用来克服其它扰动，这就形成了复合控制系统。

如果单独使用扰动补偿，点对点的特性使得其它扰动无法尽数消除。

且不能
很好得根据系统状态及时反应过来，但有一定的预测性。

参考文献
1、万百五[M]武汉；武汉理工大学出版社；2010
2、蒋大明戴胜华；清华大学出版社、北方交通大学出版社；2003
3、左国庆明赐东；化学工业出版社；2003
Automatic control system's dynamic characteristics and control method Plan letter grade 2011 college LiBing class 20114593 automation
Abstract: in the automatic system, outside the bad border in the total constantly changing, control is to a given value may restore, automatic control system had to constantly testing, adjustment system. In order to eliminate the controlled object because outside disturbance and cause error, often take feedback control and disturbance compensation
Keywords: automatic control system dynamic, stability, not stability, feedback control, disturbance compensation
Preface: automatic control can be not just a static process, there are always controlled object of inertia, sensor signal lag or external situation changes resulted from the automatic control dynamic properties. Therefore, we can quote feedback control and disturbance compensation, and other ways to solve this error.。

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哈工大自动控制原理课件-第一章

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1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
自动控制基础知识总结(环工 给排水专业)

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第一章自动控制基本知识1.任何自动化系统都是由被控对象和自动化装置两大部分组成。

2.被控对象是指需要控制的设备、机器或生产过程。

3.自动化装置指实现自动化的工具。

包括：测量元件及变送器，控制器，执行器，定值器，辅助装置（如电源，稳压装置）。

4.自动检测是实现生产过程自动化的首要基础。

5.在自动控制系统中，需要控制工艺参数的生产设备叫被控对象，简称对象。

6.测量元件与变送器在自动控制系统中起着获取信息的作用。

7.控制器：接收测量元件与变送器的信号，根据被控对象的数学模型及控制所要达到的要求，按照一定的控制规律进行运算，并输出相应的信号给执行器。

8.执行器：接收来自控制器的信号，改变操纵变量的大小或符号，从而实现对生产的控制，在过程控制系统中，常用的有电动、气动执行器。

9.定值器：将被控变量的给定值转换成统一信号的装置，以便使给定值送入控制器和测量信号进行比较。

10.在自动控制系统中，被控对象中需要控制的那个参数叫做被控变量。

被控变量要求保持的那个规定值称为给定值（亦称设定值），烦恼影响被控变量偏离给定值的各种因素称为干扰。

11.方框图具有单向传递性。

c（t）是被控对象的被控变量，z（t）是被控对象的测量值，r(t)是被控对象的希望值即给定值，e(t)是给定值与测量值的偏差，e(t)=r(t)-z(t).12.方框图的优点：只要依照信号的流向，便可将表示各元件或设备的方框连接起来，很容易组成整个系统。

与纯抽象的数学表达式相比，它还能比较直观、形象地表示出组成系统的各个部分间的相互作用关系及其在系统中所起的作用。

与物理系统相比，它能更容易地体现系统运动的因果关系。

13.反馈：把系统的输出信号又返回输入端的做法。

14.把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态、15.平衡是暂时的、相对的、有条件的；不平衡是普遍的、绝对的、无条件的。

16.过度过程:自动控制系统在动态过程中被控变量是不断变化的，这种随时间而变化的过程，称为自动控制系统的过度过程，也就是系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰的全过程。

第二章自动控制系统基本知识

第二章自动控制系统基本知识


例2-11 如前所述描写炉温控制系统的微分方程为
T d 2T0 dt 2 + dT0 du d + kT0 = K d dt dt
设ud为单位阶跃函数，有
0 u d = 1(t ) = 1
t<0 t >0
用经典法求解如下
求方程的通解，它的特征方程为：
Tr 2 + r + k = 0
方程的通解为：
为解决非线性系统或环节线性化问题，在工程上，常常在一定条件下， 或一定范围内，用增量方程代替非线性方程，即非线性方程的线性化，此方 法为小偏差线性化。
A
0
o
O
O
0
(a)分段处理法
(b)小偏差线性法
如图所示铁心线圈，设u为输入量，i为输出量，试列写线性化方程。
i
O
A
i
(a )
铁心线圈小偏差线性化微分方程:
所以：
RC
dT1 + T1 = RQ1 + T2 dt
T
dT1 + T1 = KQ1 dt
例2－5
如图所示电炉加热器。它由电炉和加热容器组成，设容器内水 的温度为T1，T1要求保持不变，所以T1为被控参数，即T1为该 温度对象的输出量，而对象的输入量为电炉供给水的热量Q1， 水通过保温材料向周围空气的散热量为Q2，当Q1=Q2时，T1保 持不变，当Q1≠Q2时，T1发生变化，求其微分方程式。
(b )
di L + Ri = u dt
2.4 自动控制系统运动方程的建立 自动控制系统是由若干环节组成，怎样获得整个 自动控制系统的运动方程呢？一般采用如下方法： 1.列出系统的结构方块图，首先根据系统的实际构成 画出结构方块图，在图中标出各方块（环节）的输入、 输出量以及系统的给定、扰动、被控制量等，然后简 化成原则性方块图。 2.列写系统中各方块图中各功能元件的微分方程。 3.根据方块图相互连接关系，消去中间变量，得到系 统输入、输出量的微分方程。
自动控制原理知识点总结

自动控制原理知识点总结

@~@自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。

2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。

闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。

主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。

掌握典型闭环控制系统的结构。

开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。

）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的e来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值ss第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。

即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。

将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。

（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比5.动态结构图的等效变换与化简。

三种基本形式，尤其是式2-61。

主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。

（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。