自动控制原理鄢景华概要学习教案

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1、会计学1自动控制自动控制(z dn kn zh)原理鄢景华原理鄢景华概要概要第一页，共53页。第1页/共53页第二页，共53页。第2页/共53页第三页，共53页。第一章 自动控制(z dn kn zh)概论第3页/共53页第四页，共53页。自动控制： 在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象(duxing)达到预期的目标 。1-1 自动控制(z dn kn zh)基本概念发展简史：第4页/共53页第五页，共53页。自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论经典控制理论 主要研究对象(duxing):对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论 主要研究对象(d

2、uxing):多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。第5页/共53页第六页，共53页。研究对象研究对象 数学工具数学工具 分析方法分析方法局限性局限性经典经典控制控制理论理论单单I/OI/O线性定常线性定常系统系统微分方程，微分方程，传递函数传递函数时域法时域法频域法频域法根轨迹法根轨迹法对复杂多变量对复杂多变量系统、时变和系统、时变和非线性系统无非线性系统无能为力能为力现代现代控制控制理论理论多输入多输入- -多多输出变系输出变系数，非线数，非线性等系统性等系统线性代数、线性代数、矩阵理论矩阵理论状态状态空间法空间法比较繁琐比较繁琐（但由于计（但由于计算机技术的算机技术的

3、 迅速发展，迅速发展，已克服已克服) )第6页/共53页第七页，共53页。返回(fnhu)子目录第7页/共53页第八页，共53页。下面通过(tnggu)具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念控制器气动阀门流入Q1浮子水箱流出 Q2H水位(shuwi)自动控制系统第8页/共53页第九页，共53页。10控制器控制器气动阀门气动阀门流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自动控制系统水位自动控制系统控制(kngzh)任务：维持水箱内水位(shuwi)恒定；控制(kngzh)装置：气动阀门、控制器；受控对象：水箱、供水系统；被控量：水箱内水位的高度；第9页/共53页第十页，共

4、53页。控制器控制器气动阀门气动阀门流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自动控制系统水位自动控制系统给定(i dn)值：控制器刻度盘指针标定的预定水位(shuwi)高度；测量(cling)装置：浮子；比较装置：控制器刻度盘；干扰：水的流出量和流入量的变化都将破坏水位保持恒定；第10页/共53页第十一页，共53页。自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与的情况(qngkung)下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般(ybn)由控制装置和被控对象组成。由此可见：第11页/共53页第十二页，

5、共53页。油汀暖气片的温度控制第12页/共53页第十三页，共53页。第13页/共53页第十四页，共53页。第14页/共53页第十五页，共53页。第15页/共53页第十六页，共53页。TCTT减温器温度测量冷水第16页/共53页第十七页，共53页。HTHC差压变送器液位调节器执行器储罐第17页/共53页第十八页，共53页。1-2 自动控制(z dn kn zh)的基本方式第18页/共53页第十九页，共53页。 控制装置(zhungzh)与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。温度计 加热电阻丝u220Vk炉温开环控制系统 开关闭合后，不同的输入电压u对应于不同的温度t。第19页/共53页

6、第二十页，共53页。给定值输出量控制器被控制对象扰动输出量 受控对象控制装置 (电源 )输入量(温度)扰动量开关电炉恒温箱加热电阻丝炉温开环控制系统方框图第20页/共53页第二十一页，共53页。控制方式： 按给定(i dn)值操纵。信号由给定(i dn)值至输出量单向传递。一定的给定(i dn)值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合.开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制(yzh)扰动.第21页/共53页第

7、二十二页，共53页。输出量对输入量没有影响(yngxing)的系统称为开环系统 第22页/共53页第二十三页，共53页。反馈(fnku)第23页/共53页第二十四页，共53页。控制(kngzh)任务：保持工作机械恒速运行.控制(kngzh)过程：fanuuun 第24页/共53页第二十五页，共53页。典型(dinxng)闭环系统方框图第25页/共53页第二十六页，共53页。特点: 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成(z chn)高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要第26页/共53页第二十七页，共53页。第27页/共53页第二十八页，共53页。主 反 馈 与输出

8、成正比或某种函数关系，但量纲(lin n)与给定信号相同；偏 差 给定信号与主反馈信号之差的信号；控制单元 接受偏差信号，通过转换与运算，产生期望的控制量；扰 动 对系统输出产生不利影响的信号；反馈环节 检测输出信号并转换与给定输入信号相同量纲(lin n)的信号。第28页/共53页第二十九页，共53页。输出量环节名称（或特性）输入量(a)(b)(c)c引出点cc 扰动(rodng) (-)re=r-b b被控量偏差信号 (-) 参考 输入信号r(t) 调节器(或控制器)u(t)受控系统e(t) c(t)反馈信号 控制量 给定 控制 环节 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元

9、件)第29页/共53页第三十页，共53页。方框图中各符号(fho)的意义 元部件 方框（块）图 信号（物理量）及传递方向 中的符号 比较点 引出(yn ch)点 表示负反馈第30页/共53页第三十一页，共53页。扰动(b) 方框图(-)utug 给定 装置 放大器 电动机 转速反 馈装置 触发器 晶阐管可 控整流器控 制 装 置受控对象nueudo第31页/共53页第三十二页，共53页。 它是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时(tngsh)再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。电动机速度(sd)复合控制系统方框图按扰动补偿

10、 输入信号 (-) 电压放大器功率放大器 电动机测速发电机电压放大器电阻RtuugueutMCn第32页/共53页第三十三页，共53页。第33页/共53页第三十四页，共53页。第34页/共53页第三十五页，共53页。 也称定值系统。反馈控制系统的参考输入信号为恒定的常量。在实际工程中给定值一般不变化或变化很缓慢，而扰动可随时(sush)变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。1-3 典型(dinxng)控制系统恒值系统(xtng)：第35页/共53页第三十六页，共53页。例 1 炉温(l wn)控制系统第36页/共53页第三十七页，

11、共53页。 炉温(l wn)控制系统方框图炉温(l wn)控制系统方框图第37页/共53页第三十八页，共53页。(-)utug扰动 给定 装置 放大器 电动机 转速反 馈装置 触发器 晶阐管可 控整流器控 制 装 置受控对象n(b) 方框图ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2-+-+TGMudouc(a) 原理图+ 电动机转速(zhun s)控制系统方框图例 2 转速(zhun s)控制系统第38页/共53页第三十九页，共53页。第39页/共53页第四十页，共53页。水温调节(tioji)系统方框图第40页/共53页第四十一页，共53页。 系统的给定值变化规律完全取决于事先(shxin

12、)不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。随动系统(xtng)：第41页/共53页第四十二页，共53页。i控制任务：要求工作机械能够跟随指令机构同步转动,即要使工作机械的角位置跟随给定指令转角，亦即使：oi第42页/共53页第四十三页，共53页。 首先确定以下基本问题：（1）受控对象: 工作机械；（2）被 控 量: 角位置；（3）指令转角(zhunjio): 给定值；（4）测量元件: 通过两个相同的电位计测量转角(zhunjio)，并转换为 相应的电压；（5）计算比较: 两个测量电位计的桥式连接，即完成了减法运算， 两电刷之间的电压代表了被控量对给定量的误差；（6）执行机械: 电机

13、减速装置。系统的工作原理： 如果工作机械转角等于指令转角，则经事先整定，即电机不动，系统处于平衡状态。当指令转角改变，随之改变，而工作机械仍处于原位，则从而使电动机拖动工作机械朝所要求的方向快速(kui s)偏转，直至电机停转，此时系统在新的位置上处于与指令同步的平衡工作状态，即完成了跟随的任务。第43页/共53页第四十四页，共53页。稳定(wndng)性 被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定(wndng)的，这是对反馈控制系统提出的最基本要求。 在单位阶跃信号作用下，控制系统的过渡过程曲线如下图所示。 将那些输出最后趋于稳定(wndng

14、)值的，称为稳定(wndng)系统；而那些不能达到平衡状态的，称为不稳定(wndng)系统。 1-4 对自动控制系统(kn zh x tn)系统的要求第44页/共53页第四十五页，共53页。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)第45页/共53页第四十六页，共53页。稳定性 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学(shxu)特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。1-4 对自动控制系统(xtng)系统(xtng)

15、的要求第46页/共53页第四十七页，共53页。快速性 对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 动态过程进行(jnxng)的时间长短，过程时间持续很长，将使系统长时间出现大偏差，同时也说明系统响应很迟钝，难以复现快速变化的信号051 01 52 02 50 .00 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .6 h(t)t过程2过程1第47页/共53页第四十八页，共53页。第48页/共53页第四十九页，共53页。自动控制原理(yunl)研究的内容第49页/共53页第五十页，共53页。本章(bn zhn)小结第50页/共53页第五十一页，共53页。习题(xt)：第51页/共53页第五十二页，共53页。第52页/共53页第五十三页，共53页。