第一讲(测控技术与仪器专业)

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1、自动控制原理自动控制原理谢谢启启主主讲讲常熟理工学院电气与自动化工程学院常熟理工学院电气与自动化工程学院测试测量控制测控技术与仪器总学时：总学时：总学时：总学时：64理论理论：56实验：实验：8自自动动控控制制原原理理谢谢克克明明主主编编，电电子子工工业工业出版社，业工业出版社，2009年年自动控制原理（第四版）胡寿松主编，自动控制原理（第四版）胡寿松主编，国防工业出版社，国防工业出版社，2002年年学习方式：学习方式：教教材：材：参考书：参考书：授课、习题、实验、考试授课、习题、实验、考试第1章 引 论 1、拉普拉斯变换、反变换、拉普拉斯变换、反变换数学知识数学知识：2、微分方程求解、微分方

2、程求解3、Z变换与变换与Z反变换反变换第1章 引 论 自动控制理论自动控制理论电路理论电路理论电机与拖动电机与拖动大学物理大学物理信号与系统信号与系统复变函数复变函数拉氏变换拉氏变换模拟电子技术模拟电子技术线性代数线性代数微积分微积分各各 类类 专业课专业课线性系统线性系统现代控现代控 制理论制理论第1章 引 论 第第1 1章章 引引 论论1、自动控制、系统、自动控制系统、自动控制、系统、自动控制系统自自动动控控制制：是是指指在在没没有有人人直直接接参参与与的的情情况况下下，利利用用控控制制装装置置使使被被控控对对象象的的某某一一物物理理量量或或数数个个物物理量自动地按照预定的规律（理量自动地

3、按照预定的规律（给定值给定值）运行。）运行。系系统统：是是指指按按照照某某些些规规律律结结合合在在一一起起的的物物体体（元元部部件件）的的组组合合，它它们们相相互互作作用用、相相互互依依存存，并能完成一定的任务。并能完成一定的任务。自自动动控控制制系系统统：能能够够实实现现自自动动控控制制的的系系统统就就可可称称为为自自动动控控制制系系统统，一一般般由由控控制制装装置置和和被被控控对对象象组成。组成。第1章 引 论 2 2、自动控制的应用领域、自动控制的应用领域机械转速、位置的控制机械转速、位置的控制 工业过程中温度、压力、流量的控制工业过程中温度、压力、流量的控制 远洋巨轮航行控制远洋巨轮航

4、行控制深水潜艇的控制深水潜艇的控制 飞机自动驾驶飞机自动驾驶神舟飞船的返回控制神舟飞船的返回控制“勇气勇气”号、号、“机遇机遇”号的火星登陆控制号的火星登陆控制 等等等等总之，自动控制技术的应用几乎总之，自动控制技术的应用几乎无所不在无所不在。第1章 引 论 3 3、自动控制原理及其要解决的基本问题、自动控制原理及其要解决的基本问题自自动动控控制制原原理理：是是研研究究自自动动控控制制共共同同规规律律的的技技术术科科学学，而而不不是是对对某某一一过过程程或或对对象象的的具具体体控控制制实实现现（正正如如微积分是一种数学工具一样）。微积分是一种数学工具一样）。解决的基本问题解决的基本问题：建立系

5、统的数学模型建立系统的数学模型（建模）（建模）分析控制系统的性能分析控制系统的性能（分析）（分析）控制系统的综合与校正控制系统的综合与校正控制器设计控制器设计（综合）（综合）降低成本。降低成本。降低成本。降低成本。l l自动控制的目标：自动控制的目标：提高劳动生产率，提高劳动生产率，提高产品质量，提高产品质量，改善劳动条件，改善劳动条件，节约能源，节约能源，第1章 引 论 v 1.1 开环控制和闭环控制v 1.2 自动控制系统的组成及术语v 1.3 自动控制系统的类型 v 1.4 自动控制系统性能的基本要求 v 1.5 自动控制课程的主要任务 v 1.6 自动控制系统实例 v小 结 目 录第1

6、章 引 论 1.1 开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制 1.1.1 1.1.1 开环控制开环控制 开环控制开环控制系统是指无被控量反馈的控制系统系统是指无被控量反馈的控制系统,即即需要控制的是被控对象的某一量需要控制的是被控对象的某一量(被控量被控量),而测量的而测量的只是给定信号只是给定信号,被控量对于控制作用没有任何影响的被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构如图所示。系统。结构如图所示。特点：信号由给定值至被控量单向传递；特点：信号由给定值至被控量单向传递；信号传信号传递没有形成闭合回路；系统结构简单、维护容易、递没有形成闭合回路；系统结构简单、维护容易、成本低、不存在稳定性问题。

7、成本低、不存在稳定性问题。缺点：对元器件的要求高；系统抗干扰能力差；缺点：对元器件的要求高；系统抗干扰能力差；控制精度不高。控制精度不高。应用：应用：如数控线切割机进给系统、包装机等多为如数控线切割机进给系统、包装机等多为开环控制。开环控制。第1章 引 论 按给定值操纵的按给定值操纵的开环控制系统开环控制系统控制器控制器控制对象控制对象给定值给定值（控制装置）（控制装置）被控量被控量执行执行干扰干扰 按干扰补偿的按干扰补偿的开环控制系统开环控制系统计算控制对象测量测量被控量执行干扰第1章 引 论 1.1.2 闭环控制(反馈控制)闭环控制闭环控制的定义是有被控制量反馈的控制的定义是有被控制量反馈

8、的控制,其其原理框如图所示。从系统中信号流向看原理框如图所示。从系统中信号流向看,系统的输系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合构成闭合通道通道,故称闭环控制系统故称闭环控制系统,或反馈控制系统。或反馈控制系统。闭环控制系统的突出优点：闭环控制系统的突出优点：是利用偏差来纠正偏差是利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精使系统达到较高的控制精度。对元器件要求低。度。对元器件要求低。缺点：缺点：但与开环控制系统比较但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复闭环系统的结构比较复杂杂,构造比较困难构造比较困难。如果设计得不好如果设计得不好,将会使系统

9、无法正常和稳定地将会使系统无法正常和稳定地工作。工作。另外另外,控制系统的精度与系统的稳定性之间也常控制系统的精度与系统的稳定性之间也常常存在矛盾。常存在矛盾。第1章 引 论 开开环环控控制制和和闭闭环环控控制制方方式式各各有有优优缺缺点点,在在实实际际工工程中应根据工程要求及具体情况来决定。程中应根据工程要求及具体情况来决定。如如果果事事先先预预知知输输入入量量的的变变化化规规律律,又又不不存存在在外外部部和内部参数的变化和内部参数的变化,则采用开环控制较好。则采用开环控制较好。如如果果对对系系统统外外部部干干扰扰无无法法预预测测,系系统统内内部部参参数数又又经经常常变变化化,为为保保证证控

10、控制制精精度度,采采用用闭闭环环控控制制则则更更为为合适。合适。如如果果对对系系统统的的性性能能要要求求比比较较高高,为为了了解解决决闭闭环环控控制制精精度度与与稳稳定定性性之之间间的的矛矛盾盾,可可以以采采用用开开环环控控制制与与闭环控制相结合的复合控制系统。闭环控制相结合的复合控制系统。返回第1章 引 论 开环控制闭环控制结构简单、成本低复杂、成本高精度精度低、对元器件要求高精度高、对元器件要求低稳定性通常不考虑必须考虑第1章 引 论 图纸图纸位移位移程序程序指令指令放大器放大器执行执行机构机构微型计算机计算机切削刀具刀具工作机床机床微型计算机控制机床（开环系统）微型计算机控制机床（开环系

11、统）反馈测量反馈测量元件元件图纸图纸位移位移手手放大器放大器执行机执行机构构微型计算机计算机切削刀具刀具工作机床机床微型计算机控制机床（闭环系统）微型计算机控制机床（闭环系统）第1章 引 论 1.2 1.2 自动控制系统的组成及术语自动控制系统的组成及术语 典型反馈控制系统的原理如图所示典型反馈控制系统的原理如图所示：第1章 引 论(1)被被控控对对象象:它它是是控控制制系系统统所所控控制制和和操操纵纵的的对对象象,它接受控制量并输出被控制量。它接受控制量并输出被控制量。(2)控控制制器器:接接收收变变换换和和放放大大后后的的偏偏差差信信号号,转转换换为为对被控对象进行操作的控制信号。对被控对

12、象进行操作的控制信号。(3)放放大大变变换换环环节节:将将偏偏差差信信号号变变换换为为适适合合控控制制器器执执行行的的信信号号。它它根根据据控控制制的的形形式式、幅幅值值及及功功率率来来放大变换。放大变换。第1章 引 论(4)校校正正装装置置:为为改改善善系系统统动动态态和和静静态态特特性性而而附附加加的的装装置置。如如果果校校正正装装置置串串联联在在系系统统的的前前向向通通道道中中,称称为为串串联联校校正正装装置置;如如果果校校正正装装置置接接成成反反馈馈形形式式,称为并联校正装置称为并联校正装置,又称局部反馈校正。又称局部反馈校正。(5)反反馈馈环环节节:它它用用来来测测量量被被控控量量的

13、的实实际际值值,并并经经过过信信号号处处理理,转转换换为为与与被被控控制制量量有有一一定定函函数数关关系系,且且与与输输入入信信号号同同一一物物理理量量的的信信号号。反反馈馈环环节节一一般般也称为测量变送环节。也称为测量变送环节。(6)给定环节给定环节:产生输入控制信号的装置。产生输入控制信号的装置。第1章 引 论(1)输输入入信信号号:泛泛指指对对系系统统的的输输出出量量有有直直接接影影响响的的外外界界输输入入信信号号,既既包包括括控控制制信信号号又又包包括括扰扰动动信信号号。其其中控制信号又称控制量、参考输入、或给定值。中控制信号又称控制量、参考输入、或给定值。(2)输输出出信信号号(输输

14、出出量量):是是指指反反馈馈控控制制系系统统中中被被控控制制的物理量的物理量,它与输入信号之间有一定的函数关系。它与输入信号之间有一定的函数关系。(3)反反馈馈信信号号:将将系系统统(或或环环节节)的的输输出出信信号号经经变变换换、处处理理送送到到系系统统(或或环环节节)的的输输入入端端的的信信号号,称称为为反反馈馈信信号号。若若此此信信号号是是从从系系统统输输出出端端取取出出送送入入系系统统输输入入端端,这这种种反反馈馈信信号号称称主主反反馈馈信信号号。而而其其它它称称为为局局部部反馈信号反馈信号。控制系统中常用的名词术语控制系统中常用的名词术语：第1章 引 论(4)偏差信号偏差信号:控制输

15、入信号与主反馈信号之差。控制输入信号与主反馈信号之差。(5)误误差差信信号号:它它指指系系统统输输出出量量的的实实际际值值与与希希望望值值之之差差。系系统统希希望望值值是是理理想想化化系系统统的的输输出出，实实际际上上并并不不存存在在,它它只只能能用用与与控控制制输输入入信信号号具具有有一一定定比比例例关关系系的的信信号号来来表表示示。在在单单位位反反馈馈情情况况下下,希希望望值值就就是是系系统统的的输输入入信信号号,误误差差信信号号等等于于偏差信号。偏差信号。(6)扰动信号扰动信号:除控制信号以外除控制信号以外,对系统的输出有对系统的输出有影响的信号。影响的信号。返回第1章 引 论 1.3

16、1.3 自动控制系统的类型自动控制系统的类型 1.3.1 1.3.1 按信号流向划分按信号流向划分1.1.开环控制系统开环控制系统 信号流动由输入端到输出端单向流动。信号流动由输入端到输出端单向流动。2.2.闭环控制系统闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外若控制系统中信号除从输入端到输出端外,还有输出到输入的反馈信号还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系则构成闭环控制系统统,也称反馈控制系统也称反馈控制系统,如如图图所示。所示。第1章 引 论 1.3.2 1.3.2 按系统输入信号划分按系统输入信号划分 1.恒值调节系统恒值调节系统(自动调节系统自动调节系统)这种系统的特征是

17、输入量为一恒值这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系通常称为系统的给定值。控制系统的任务是尽量排除各种干扰统的给定值。控制系统的任务是尽量排除各种干扰因素的影响因素的影响,使输出量维持在给定值使输出量维持在给定值(期望值期望值)。如工。如工业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。2.随动系统随动系统(跟踪系统跟踪系统)该该系系统统的的控控制制输输入入量量是是一一个个事事先先无无法法确确定定的的任任意意变变化化的的量量,要要求求系系统统的的输输出出量量能能迅迅速速平平稳稳地地复复现现或或跟跟踪踪输输入入信信号号的的变变化化。如如雷雷达达天天线线的的自自动动跟跟

18、踪踪系系统统和高炮自动描准系统就是典型的随动系统。和高炮自动描准系统就是典型的随动系统。3.程序控制系统程序控制系统 系统的控制输入信号不是常值系统的控制输入信号不是常值,而是事先确而是事先确定的运动规律定的运动规律,编成程序装在输入装置中编成程序装在输入装置中,即控即控制输入信号是事先确定的程序信号制输入信号是事先确定的程序信号,控制的目的控制的目的是使被控对象的被控量按照要求的程序动作。是使被控对象的被控量按照要求的程序动作。如数控车床就属此类系统。如数控车床就属此类系统。第1章 引 论 1.3.3 1.3.3 线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统 组成系统元器件的特性均为线性的组成系

19、统元器件的特性均为线性的,可用一个可用一个或一组线性微分方程来描述系统输入和输出之间的或一组线性微分方程来描述系统输入和输出之间的关系。线性系统的主要特征是具有齐次性和叠加性。关系。线性系统的主要特征是具有齐次性和叠加性。1.线性系统线性系统 2.非线性系统非线性系统 在系统中只要有一个元器件的特性不能用线性在系统中只要有一个元器件的特性不能用线性微分方程描述其输入和输出关系微分方程描述其输入和输出关系,则称为非线性系则称为非线性系统。非线性系统还没有一种完整、成熟、统一的分统。非线性系统还没有一种完整、成熟、统一的分析法。通常对于非线性程度不很严重析法。通常对于非线性程度不很严重,或做近似分

20、或做近似分析时析时,均可用线性系统理论和方法来处理。非线性均可用线性系统理论和方法来处理。非线性系统分析将在第八章专门讨论。系统分析将在第八章专门讨论。1.3.4 1.3.4 定常系统和时变系统定常系统和时变系统1.定常系统定常系统 如果描述系统特性的微分方程中各项系数都如果描述系统特性的微分方程中各项系数都是与时间无关的常数是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统则称为定常系统。该类系统只要输入信号的形式不变只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输在不同时间输入下的输出响应形式是相同的。出响应形式是相同的。2.时变系统时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一如果描述系统特性的微

21、分方程中只要有一项系数是时间的函数项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。此系统称为时变系统。1.3.5 1.3.5 连续系统和离散系统连续系统和离散系统 1.连续系统连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化的系统中所有元件的信号都是随时间连续变化的,信号的大小均是可任意取值的模拟量信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连续系统。称为连续系统。2.离散系统离散系统 离散系统是指系统中有一处或数处的信号是离散系统是指系统中有一处或数处的信号是脉冲序列或数码。若系统中采用了采样开关脉冲序列或数码。若系统中采用了采样开关,将将连续信号转变为离散的脉冲形式的信号连续信号转变为离散的脉冲形式的信

22、号,此类系此类系统称为采样控制系统或脉冲控制系统。若采用数统称为采样控制系统或脉冲控制系统。若采用数字计算机或数字控制器字计算机或数字控制器,其离散信号是以数码形其离散信号是以数码形式传递的式传递的,此类系统称为数字控制系统。此类系统称为数字控制系统。1.3.6 1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统单输入单输出系统与多输入多输出系统 1.单输入单输出系统单输入单输出系统(单变量系统单变量系统)系统的输入量和输出量各为一个系统的输入量和输出量各为一个,称为单输入称为单输入单输出系统。单输出系统。2.多输入多输出系统多输入多输出系统(多变量系统多变量系统)若系统的输入量和输出量多于一个若

23、系统的输入量和输出量多于一个,称为多输称为多输入多输出系统。对于线性多输入多输出系统入多输出系统。对于线性多输入多输出系统,系统系统的任何一个输出等于数个输入单独作用下输出的叠的任何一个输出等于数个输入单独作用下输出的叠加。加。返回1.4 1.4 自动控制系统性能的基本要求自动控制系统性能的基本要求 自动控制系统是否能很好地工作自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确地是否能精确地保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被控对保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设计得当。象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设计得当。在在理理想想情情况况下下,控

24、控制制系系统统的的输输出出量量和和输输入入量量,在在任任何何时时候候均均相相等等,系系统统完完全全无无误误差差,且且不不受受干干扰扰的的影影响响。实实际际系系统统中中,由由于于各各种种各各样样原原因因,系系统统在在受受到到输输入入信信号号(也也包包括括扰扰动动信信号号)的的激激励励时时,被被控控量量将将偏偏离离输输入入信信号号作作用用前前的的初初始始值值,经经历历一一段段动动态态过过程程(过过渡渡过过程程),则则系系统统控控制性能的优劣制性能的优劣,可以从动态过程中较充分地表现出来。可以从动态过程中较充分地表现出来。1.4.1 1.4.1 稳定性稳定性(稳稳)控制精度是衡量系统技术性能的重要尺

25、控制精度是衡量系统技术性能的重要尺度。一个高品质的系统度。一个高品质的系统,在整个运行过程中在整个运行过程中,被控量对给定值的偏差应该是最小的。被控量对给定值的偏差应该是最小的。考虑考虑动态过程在不同阶段中的特点动态过程在不同阶段中的特点,工程上通常从工程上通常从稳、准、好三个方面来衡量自动控制系统。稳、准、好三个方面来衡量自动控制系统。稳定工作是所有自动控制系统的最基本要求稳定工作是所有自动控制系统的最基本要求,是系统能否工作的前题。不稳定的系统根本无法是系统能否工作的前题。不稳定的系统根本无法完成控制任务。考虑到实际系统工作环境或参数完成控制任务。考虑到实际系统工作环境或参数的变动的变动,

26、可能导致系统不稳定可能导致系统不稳定,因此因此,我们除要求系我们除要求系统稳定外统稳定外,还要求其具有一定的稳定裕量。还要求其具有一定的稳定裕量。1.4.2 1.4.2 稳态精度稳态精度(准准)1.4.3 1.4.3 动态过程动态过程(好好)稳态精度是指系统过渡到新的平衡工作状态以后稳态精度是指系统过渡到新的平衡工作状态以后,或系统对抗干扰重新恢复平衡后或系统对抗干扰重新恢复平衡后,最终保持的精度。最终保持的精度。稳态精度与控制系统的结构及参数稳态精度与控制系统的结构及参数,输入信号形式有输入信号形式有关。关。动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作用动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作用

27、下随时间变化的全过程下随时间变化的全过程,衡量动态过程的品质好坏常衡量动态过程的品质好坏常采用单位阶跃信号作用下过渡过程中的超调量采用单位阶跃信号作用下过渡过程中的超调量,过渡过渡过程时间等性能指标。过程时间等性能指标。返回1.5 1.5 自动控制课程的主要任务自动控制课程的主要任务 本课程的主要内容是阐述构成、分析和设计自本课程的主要内容是阐述构成、分析和设计自动控制系统的基本理论。对实际系统动控制系统的基本理论。对实际系统,建立研究问题建立研究问题的数学模型的数学模型,进而利用所建立的数学模型来讨论构成、进而利用所建立的数学模型来讨论构成、分析、综合自动控制系统的基本理论和方法。分析、综合

28、自动控制系统的基本理论和方法。作为研究自动控制系统的分析与综合的方法作为研究自动控制系统的分析与综合的方法来说来说,对单输入单输出系统常采用的是时域法对单输入单输出系统常采用的是时域法,频频域法域法,根轨迹法以及目前广泛应用的计算机辅助设根轨迹法以及目前广泛应用的计算机辅助设计。计。第1章 引 论 对于一个实际系统其输入信号往往是比较复杂对于一个实际系统其输入信号往往是比较复杂的的,而系统的输出响应又与输入信号类型有关。因此而系统的输出响应又与输入信号类型有关。因此,在研究自动控制系统的响应时在研究自动控制系统的响应时,往往选择一些典型输往往选择一些典型输入信号入信号,并且以最不利的信号作为系

29、统的输入信号并且以最不利的信号作为系统的输入信号,分析系统在此输入信号下所得到的输出响应是否满分析系统在此输入信号下所得到的输出响应是否满足要求。估计系统在比较复杂信号作用下的性能指足要求。估计系统在比较复杂信号作用下的性能指标。标。常采用的典型输入信号有：常采用的典型输入信号有：1.5.1 1.5.1 阶跃函数阶跃函数 它的数学表达式为它的数学表达式为：它表示一个在时出现的，幅值为的阶跃变化它表示一个在时出现的，幅值为的阶跃变化函数，如图所示。在实际系统中，如负荷突然增函数，如图所示。在实际系统中，如负荷突然增大或减小，流量阀突然开大或关小均可以近似看大或减小，流量阀突然开大或关小均可以近似

30、看成阶跃函数的形式。成阶跃函数的形式。第1章 引 论 A=1=1的函数称为单位阶跃函数，记作的函数称为单位阶跃函数，记作1(1(t)。因此，因此，幅值为的阶跃函数也可表示为幅值为的阶跃函数也可表示为出现在出现在 时刻的阶跃函数，表示为时刻的阶跃函数，表示为 第1章 引 论 1.5.2 1.5.2 斜坡函数（等速度函数）斜坡函数（等速度函数）它的数学表达式为它的数学表达式为 斜坡函数从斜坡函数从t=0时刻开始，时刻开始，随时间以恒定速度增加。如图随时间以恒定速度增加。如图所示。所示。A=1时斜坡函数称作单时斜坡函数称作单位斜坡函数。位斜坡函数。斜坡函数等于阶跃函数对斜坡函数等于阶跃函数对时间的积

31、分，反之，阶跃函数时间的积分，反之，阶跃函数等于斜坡函数对时间的导数。等于斜坡函数对时间的导数。它的数学表达式为它的数学表达式为 曲线如图所示。曲线如图所示。当当A=1时，称为单位时，称为单位抛物线函数。抛物抛物线函数。抛物线函数是斜坡函数线函数是斜坡函数对时间的积分。对时间的积分。1.5.3 1.5.3 抛物线函数（等加速度函数）抛物线函数（等加速度函数）1.5.4 1.5.4 脉冲函数脉冲函数 它的曲线它的曲线如图所示，数如图所示，数学表达式为学表达式为 其面积为其面积为A。即即 面积面积A表示脉冲函数的强度。表示脉冲函数的强度。的脉冲函数称为单的脉冲函数称为单位脉冲函数，记作位脉冲函数，

32、记作 ，即，即 于是强度为于是强度为A的脉冲函数可表示为的脉冲函数可表示为 。表示在时刻表示在时刻 出现的单位出现的单位脉冲函数，即脉冲函数，即单位脉冲函数是单位阶跃函数的导数单位脉冲函数是单位阶跃函数的导数 第1章 引 论 1.5.5 1.5.5 正弦函数正弦函数它的数学表达式为它的数学表达式为 式中式中A为振幅，为振幅，为角频率，正弦函数为周期函数。为角频率，正弦函数为周期函数。当正弦信号作用于线性系统时，系统的稳态当正弦信号作用于线性系统时，系统的稳态分量是和输入信号同频率的正弦信号，仅仅是幅分量是和输入信号同频率的正弦信号，仅仅是幅值和初相位不同。根据系统对不同频率正弦输入值和初相位不

33、同。根据系统对不同频率正弦输入信号的稳态响应，可以得到系统性能的全部信息。信号的稳态响应，可以得到系统性能的全部信息。返回1.6 1.6 自动控制系统实例自动控制系统实例 1.6.1 1.6.1 造纸机分部传动控制系统造纸机分部传动控制系统 如如图图所所示示。含含有有大大量量水水分分的的纸纸张张经经过过第第一一压压榨榨棍棍后后，去去掉掉了了一一部部分分含含水水量量，然然后后再再进进入入第第二二压压榨榨棍棍，再再榨榨去去一一部部分分水水分分。第第一一和和第第二二压压榨榨棍棍分分别别由由各各自自的的电电动动机机拖拖动动，显显然然两两个个压压榨榨棍棍的的转转速速必必须须协协调，否则将会拉断纸页或出现

34、叠堆。调，否则将会拉断纸页或出现叠堆。自动控制系统中压榨棍拖动电动机自动控制系统中压榨棍拖动电动机M的转速由的转速由测速发电机测速发电机TG检测出来，并转换为速度反馈电压检测出来，并转换为速度反馈电压Uf。参考电压参考电压Ur，与反馈电压与反馈电压Uf相比较得偏差电压相比较得偏差电压Ur-Uf，经过放大去控制拖动电机的转速，达到两个压经过放大去控制拖动电机的转速，达到两个压榨棍的转速协调。榨棍的转速协调。第1章 引 论 1.6.2 1.6.2 谷物湿度控制系统谷物湿度控制系统 如如图图所所示示，我我们们知知道道谷谷物物含含水水量量直直接接影影响响面面粉粉产产量量，谷谷物物在在混混合合成成磨磨料

35、料前前要要先先湿湿润润，存存在在一一个个谷谷物物出出粉粉最最多多的的湿湿度度，谷谷物物湿湿度度可可通通过过加加水水来来调调整整。实实际际中中输输入入谷谷物物的的水水分分，谷谷物物流流量量和和水水压压均均是是变变化化不不定定的的，为为努努力力消消除除扰扰动动的的影影响响，可可在在上上部部加加一一水水箱箱以以保保证证供供水水压压力力不不变变，可可以以加加一一个个送送料料漏漏斗斗以以维维持持谷谷物物流流量量基基本本不不变变。剩剩下下就就是是谷谷物物水水分分控控制制，首首先先测测量量输输入入谷谷物物水水分分含含量量，构构成成顺顺馈馈控控制制部部分分，同同时时测测量量输输出出谷谷物物水水分分含含量量，构

36、构成成反反馈馈部部分分，调调节节器器将将两两个个传传感感器器来来的的信信号号与与要要求求的的湿湿度度信信号号结结合合起起来，给出正确水流量所必须的自动阀门整定值。来，给出正确水流量所必须的自动阀门整定值。第1章 引 论 1.6.3 1.6.3 烘烤炉温度控制系统烘烤炉温度控制系统 如图所示：如图所示：控控制制的的任任务务是是保保持持炉炉温温恒恒定定。而而炉炉温温既既受受工工件件数数量量以以及及环环境境温温度度的的影影响响，又又受受煤煤气气流流量量的的控控制制。故调整煤气流量便可控制炉温。故调整煤气流量便可控制炉温。若若工工件件数数量量增增加加，烘烘炉炉的的负负荷荷加加大大，而而煤煤气气流流量量

37、一一时时没没变变，则则炉炉温温下下降降，导导致致偏偏差差电电压压U0，故故电电机机将将阀阀门门开开大大，增增加加煤煤气气供供给给量量，从从而而使使炉炉温温回升，直到重新等于给定值为止。回升，直到重新等于给定值为止。若若负负荷荷减减小小或或煤煤气气压压力力突突然然加加大大，则则炉炉温温升升高高，偏偏差差电电压压U0，故故电电机机自自动动关关小小阀阀门门，减减小小供供气气量，从而使炉温回降，直到等于给定值为止。量，从而使炉温回降，直到等于给定值为止。返回第1章 引 论 小小 结结1.自自动动控控制制是是在在没没有有人人直直接接参参与与的的情情况况下下，利利用用控控制制装装置置使使被被控控对对象象自

38、自动动地地按按照照要要求求的的运运动动规规律律变变化化的的系系统。统。2.自自动动控控制制系系统统可可以以是是开开环环控控制制、闭闭环环控控制制和和复复合合控控制制。最最基基本本的的控控制制方方式式是是闭闭环环控控制制，也也称称反反馈馈控控制制，它的基本原理是利用偏差，纠正偏差。它的基本原理是利用偏差，纠正偏差。3.自自动动控控制制系系统统讨讨论论的的主主要要问问题题，是是系系统统动动态态过过程程的的性能，归结为性能，归结为3个字：稳、准、好。个字：稳、准、好。4.整整个个自自动动控控制制理理论论课课分分为为系系统统建建模模、系系统统分分析析和和系系统设计三个方面。统设计三个方面。返回第1章 引 论