自動(dòng)控制原理-貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1,自動(dòng)控制原理 Principles of Automatic Control,主講人：朱高偉,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)1、強(qiáng)弱電結(jié)合2、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合3、軟件硬件相結(jié)合4、電力、電子、控制、計(jì)算機(jī)多學(xué)科綜合的“寬口徑”專(zhuān)業(yè),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,電氣自

2、動(dòng)化專(zhuān)業(yè)就業(yè)方向1、電力系統(tǒng) 高電壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、管理、運(yùn)行、維護(hù) 輸變電工程師、注冊(cè)電氣工程師 2、電氣技術(shù)方向 電氣測(cè)量、控制技術(shù)、控制領(lǐng)域裝置與系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)工作。3、應(yīng)用電子方向,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)具體的就業(yè)方向1、電廠（包括各個(gè)公司，工廠的配電室）2、軟件開(kāi)發(fā)（特別是單片機(jī)或EDA等）3、PLC（大體是工控方向，搭

3、建操作平臺(tái)等）4、各個(gè)礦山，或金屬冶煉場(chǎng)所（進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)，操作等）5、去學(xué)校當(dāng)老師6、做銷(xiāo)售工作（賣(mài)自己專(zhuān)業(yè)相關(guān)的東西）7、公務(wù)員（每個(gè)專(zhuān)業(yè)都可以）8、xxx研究所9、產(chǎn)品設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì) 10、自主創(chuàng)業(yè)（有了一定了經(jīng)濟(jì)和經(jīng)驗(yàn)積累）,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)要求1、學(xué)好書(shū)本知識(shí)多關(guān)注業(yè)界資訊，相關(guān)行業(yè)，專(zhuān)業(yè)論壇2、加強(qiáng)動(dòng)手能力二手市場(chǎng)、電子市場(chǎng)，

4、淘，組裝，DIY,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,電力電氣領(lǐng)域大型公司介紹電力系統(tǒng)單位：發(fā)電企業(yè)、供電企業(yè)、電氣設(shè)備制造公司、電力設(shè)計(jì)院、電力規(guī)劃院、電力建設(shè)、電力科研開(kāi)發(fā)等部門(mén)五大國(guó)有發(fā)電集團(tuán)：中國(guó)華能集團(tuán)、中國(guó)大唐集團(tuán)、中國(guó)華電集團(tuán)、中國(guó)國(guó)電集團(tuán)、中國(guó)電力投資集團(tuán)兩大電網(wǎng)公司：國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司電氣設(shè)備制造企業(yè)：上海電氣電站、新疆特變電工等外企：SIEMENS、ABB、S

5、CHNEIDER、AREVA、VESTAS等,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,課程基本信息適用專(zhuān)業(yè) ：電氣自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)及儀器 /電子信息工程、通信工程 課程性質(zhì) ：技術(shù)基礎(chǔ)課 課程類(lèi)型 ：必修課 學(xué) 時(shí) ：講課學(xué)時(shí) （56/4）,為什么要選電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)？,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,課程的主要內(nèi)容第

6、1章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念(4)第2章 拉普拉斯變換及其應(yīng)用（4）第3章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(10)第4章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析(14)第5章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析（14）第6章 控制系統(tǒng)的校正及綜合(10),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,自動(dòng)控制是一門(mén)技術(shù)學(xué)科，從方法論的度來(lái)研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)?！蹲詣?dòng)控制原理》是本學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課。理論性強(qiáng)、抽象、

7、涉及數(shù)學(xué)知識(shí)多,所以上課要認(rèn)真聽(tīng)講。,課程的性質(zhì)和特點(diǎn)：,考核方法：,平時(shí)30分（作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、考勤、紀(jì)律）,考試70分,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,本課程與其它課程的關(guān)系,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,自動(dòng)控制原理,第一階段：古典控制理論（20世紀(jì)40～60年代） Classical Control Theory第二階段：現(xiàn)代控制理論（20世紀(jì)60～70

8、年代） Modern Control Theory第三階段：智能控制理論（20世紀(jì)70年代～ 今） Intelligent Control Theory,自動(dòng)控制理論的發(fā)展歷程,控制理論是研究有關(guān)自動(dòng)控制共同規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。,基于數(shù)學(xué)模型,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,古典控制理論（20世紀(jì)40～60年代）,主要解決問(wèn)題：,單輸入單輸出（SISO）

9、系統(tǒng)的控制問(wèn)題。,主要方法：,以傳函為數(shù)學(xué)模型，以拉氏變換數(shù)學(xué)工具，時(shí)域分析法、根軌跡法、頻率法。,主要研究對(duì)象：,SISO，線(xiàn)性定常（LTI），非線(xiàn)性系統(tǒng)，離散系統(tǒng)。,以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)研究SISO系統(tǒng)的控制問(wèn)題。,主要代表人物：,伯德，奈奎斯特，伊文思。,Single Input Single Output,Linear Time Invariable,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究MI

10、MO、非線(xiàn)性、時(shí)變系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。,現(xiàn)代控制理論（20世紀(jì)60～70代）,,解決問(wèn)題：,單輸入單輸出SISO、多入多出MIMO,主要方法：,狀態(tài)空間法。采用狀態(tài)方程作為數(shù)學(xué)模型,研究對(duì)象：,線(xiàn)性定常，時(shí)變，非線(xiàn)性系統(tǒng)，離散系統(tǒng),主要內(nèi)容：,最優(yōu)控制理論，系統(tǒng)辯識(shí)，最優(yōu)估計(jì),主要代表人物：,卡爾曼，貝爾曼，龐科里亞金,Multi-input Multi- output,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,智能控制理論（

11、20世紀(jì)70年代～ 今）,,以人工智能為基礎(chǔ),主要方法：,研究對(duì)象：,研究具有模糊性，不確定性，不完全性，隨機(jī)性的系統(tǒng)。,主要內(nèi)容：,,專(zhuān)家系統(tǒng)，模糊控制，學(xué)習(xí)控制….,以人工智能為基礎(chǔ)研究具有模糊性、不確定性，不完全性和偶然性的系統(tǒng)。非模型,解決問(wèn)題：,模型不完全確定，或模型未知。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,15,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,電氣自動(dòng)化教研室 朱高偉,2024年3月3日,第一章 自

12、動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,主要內(nèi)容開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的類(lèi)型自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)小結(jié),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,學(xué)習(xí)重點(diǎn)了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)及其工作原理； 了解閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié)； 掌握反饋控制系統(tǒng)的基本要求及反饋控制系統(tǒng)的作用；學(xué)會(huì)分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的類(lèi)型及本質(zhì)

13、特征。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),自動(dòng)控制自動(dòng)控制是在沒(méi)有人的直接干預(yù)下，利用物理裝置對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝過(guò)程進(jìn)行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定或者按照一定的規(guī)律變化。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),人工控制 自動(dòng)控制,,電飯煲空調(diào)抽水馬桶自動(dòng)檔汽車(chē)的駕駛?cè)詣?dòng)洗衣機(jī)軋鋼廠加熱爐溫度

14、的控制,煤氣灶蒸飯手排檔汽車(chē)的駕駛自行車(chē)的速度控制收音機(jī)的音量調(diào)節(jié),。。。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),系統(tǒng) 完成一定任務(wù)的一些元、部件的組合。自動(dòng)控制系統(tǒng)為完成某一自動(dòng)控制目標(biāo)或控制任務(wù)所需要的所有元件、物理裝置或設(shè)備的有機(jī)組合。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,工業(yè)系統(tǒng)根據(jù)有無(wú)反饋?zhàn)饔每煞譃椋?　　　　　開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)　

15、　　　　閉環(huán)控制系統(tǒng),1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1-自耦變壓器 2-電阻爐（被控對(duì)象）,1.1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 例1-1. 溫度控制系統(tǒng),T,控制過(guò)程：,輸入,控制量,輸出,被控量,系統(tǒng) 組成：,,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),控制目標(biāo)：要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,被控量（輸出量）output—

16、—系統(tǒng)要控制的物理量。被控對(duì)象 plant —— 被控量所對(duì)應(yīng)的控制裝置或過(guò)程。 工業(yè)爐 擾動(dòng)量 disturbance——當(dāng)輸入不變時(shí)使得輸出發(fā)生 變化的 量。如：環(huán)境溫度、開(kāi)門(mén)次數(shù)、電壓 波動(dòng)。,給定量或控制量 （輸入量）input——決定被控量的物理量

17、。,,,,,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),專(zhuān) 業(yè) 術(shù) 語(yǔ),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),圖中：,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),（1）開(kāi)環(huán)控制 只有輸入量對(duì)輸出量產(chǎn)生控制作用，輸出量不參與對(duì)系統(tǒng)的控制。,開(kāi)環(huán)控制是不是自動(dòng)控制？,開(kāi)環(huán)控制舉例！,（2）開(kāi)環(huán)控制特點(diǎn) 輸入控制輸出（輸入量與輸出量一一對(duì)應(yīng)），結(jié)構(gòu)

18、簡(jiǎn)單 輸出不參與控制（信號(hào)傳遞是單方向的） 系統(tǒng)沒(méi)有抗干擾能力，控制精度不高。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),2.閉環(huán)控制系統(tǒng)例1-2 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）人工閉環(huán)控制,人的功能用一些物理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn),反饋,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,控制目標(biāo)：要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù) 值上。

19、 控制過(guò)程：,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),（2）自動(dòng)閉環(huán)控制,溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)圖 1-熱電偶 2-加熱器,,哪個(gè)量是系統(tǒng)的輸入？,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),圖1-4 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖 　　 1-控制器 2-控制對(duì)象 3-檢測(cè)裝置,前向通道,,,,,反向

20、通道,,,,,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,（1）閉環(huán)控制（反饋控制）　　系統(tǒng)輸出信號(hào)與測(cè)量元件之間存在反饋回路的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng)。“閉環(huán)” 的含義就是將輸出信號(hào)通過(guò)測(cè)量元件反饋到系統(tǒng)的輸入端，通過(guò)比較、控制來(lái)減小系統(tǒng)誤差。　　反饋信號(hào)與給定信號(hào)極性相反為負(fù)反饋，反之為正反饋。,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.

21、1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),（2）閉環(huán)（反饋）控制特點(diǎn)輸入控制輸出（輸入量與輸出量一一對(duì)應(yīng)）輸出參與控制（信號(hào)雙方向），反饋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 控制精度高，自動(dòng)糾正偏差，具有抗干擾能力。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,Input (set point)----輸入量、給定量、設(shè)定量Output----輸出量、被控量Feedback----反饋 　　　　Disturbance----擾動(dòng)量　　　　　

22、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Plant (object)----被控對(duì)象　　　　　　　　　Controller----控制器Sensor----檢測(cè)裝置、傳感器Desired　Output ----理想輸出，期望輸出Ａctual Output----實(shí)際輸出,1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的

23、結(jié)構(gòu)（示意）圖,1-給定環(huán)節(jié)；2-比較環(huán)節(jié)；3-校正環(huán)節(jié)；4-放大環(huán)節(jié)；5-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6-被控對(duì)象；7-檢測(cè)裝置,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)（1）檢測(cè)環(huán)節(jié)或傳感器　其職能是檢測(cè)被控制的物理量，并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物理量。如果這個(gè)物理量是非電量，一般轉(zhuǎn)換為電量。例如：①　測(cè)速發(fā)電機(jī)是用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)軸的速度并轉(zhuǎn)換為電　　壓；②　自整角

24、機(jī)等是用于檢測(cè)角度并轉(zhuǎn)換為電壓；③ 　熱電偶是用于檢測(cè)溫度并轉(zhuǎn)換為電壓等。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),（２）給定環(huán)節(jié)其職能是給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。如：給定電位器。（３）比較環(huán)節(jié)將所檢測(cè)的被控制量的實(shí)際值與給定環(huán)節(jié)給出的設(shè)定值進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差量。如：差動(dòng)放大器、機(jī)械差動(dòng)裝置和電橋。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2

25、 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),（4）放大環(huán)節(jié)將比較環(huán)節(jié)給出的偏差進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。如：電壓偏差信號(hào)，可用電子管、晶體管、集成電路、晶閘管等組成的電壓放大器和功率放大器加以放大 。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),（５）執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化 ，達(dá)到所要求的數(shù)值。一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。如：閥、電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等。,（６）被

26、控對(duì)象 　　要進(jìn)行控制的設(shè)備或過(guò)程。電爐，電機(jī)。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),（７）校正環(huán)節(jié)（補(bǔ)償 環(huán)節(jié)）　　其結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整，按某種規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以改善系統(tǒng)性能。　　最簡(jiǎn)單的校正元件是由電阻、電容組成的無(wú)源或有源網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜的則用電子計(jì)算機(jī)。 　　在控制系統(tǒng)中，常把比較環(huán)節(jié)、校正環(huán)節(jié)和放大裝置和在一起稱(chēng)為控制器。,2024年3月3

27、日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（示意）圖,1-給定環(huán)節(jié)；2-比較環(huán)節(jié)；3-校正環(huán)節(jié)；4-放大環(huán)節(jié)；5-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6-被控對(duì)象；7-檢測(cè)裝置,,要求精度要高,,,控制器,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,1.按照組成系統(tǒng)元件的輸入輸出特性劃分,

28、1）線(xiàn)性系統(tǒng) linear system,特點(diǎn)：a.系統(tǒng)由線(xiàn)性元件構(gòu)成，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用線(xiàn)性　　　　微分方程來(lái)描述。,稱(chēng)為線(xiàn)性定常系統(tǒng)（ＬＴＩ）。,線(xiàn)性微分方程中輸出量及其各階導(dǎo)數(shù)都是一次的，并且各系數(shù)與輸入量無(wú)關(guān)。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,b. 滿(mǎn)足齊次性和疊加原理。(是判別是否為線(xiàn) 性系統(tǒng)的根據(jù)),若系統(tǒng)方程中系數(shù)不是常數(shù),則稱(chēng)為線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)。,齊次性,疊加原理,1.3 自動(dòng)控制

29、系統(tǒng)類(lèi)型,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,2）非線(xiàn)性系統(tǒng) nolinear system,在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個(gè)或一個(gè)以上的 非線(xiàn)性環(huán)節(jié)時(shí)，則稱(chēng)此系統(tǒng)為非線(xiàn)性系統(tǒng)。特點(diǎn)：由非線(xiàn)性微分方程描述的系統(tǒng)稱(chēng)為非線(xiàn)性系 統(tǒng)。不滿(mǎn)足齊次性和疊加原理.　　非線(xiàn)性的理論研究遠(yuǎn)不如線(xiàn)性系統(tǒng)那么完整，目前尚無(wú)通用的方法可以解決各類(lèi)非線(xiàn)性系統(tǒng)，一直是控制理論界研究的熱點(diǎn).,2024年3

30、月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,理想飽和特性,理想繼電特性,死區(qū)特性,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,2.按照系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)劃分1）連續(xù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)各部分信號(hào)都是模擬的連續(xù)函數(shù)。目前工業(yè)中普遍采用的常規(guī)儀表PID調(diào)節(jié)器控制的系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)及閉環(huán)控制系統(tǒng)也是連續(xù)系統(tǒng)。2）離散數(shù)據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)的一處或幾處，信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞

31、。其中離散信號(hào)以脈沖形式傳遞的系統(tǒng)又叫脈沖控制系統(tǒng)，離散信號(hào)以數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)又叫數(shù)字控制系統(tǒng)。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,3.按照輸入量的變化規(guī)律劃分1）恒值系統(tǒng)（或自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 特點(diǎn)：輸入量是恒定不變。如恒溫、恒壓、恒速等。2）程序控制系統(tǒng)（或過(guò)程控制系統(tǒng)）特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)已知的函數(shù)。系統(tǒng)

32、的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制、數(shù)控機(jī)床，電梯等。 恒值控制系統(tǒng)可看成輸入等于常值的過(guò)程控制系統(tǒng)。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,3）隨動(dòng)系統(tǒng)（或稱(chēng)伺服系統(tǒng)） 特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。如：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、配鑰匙等 該系統(tǒng)要求有較好的跟蹤能力。,三系統(tǒng)

33、具有共同特征：即輸出跟隨輸入。這是控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)——“火炮打飛機(jī)”,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度來(lái)劃分： 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)輸入輸出量的個(gè)數(shù)來(lái)劃分: SISO系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)。從控制目的角度來(lái)劃分： 溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等

34、。,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)類(lèi)型,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),穩(wěn)（穩(wěn)定性）、快（快速性）、準(zhǔn)（準(zhǔn)確性） 　　“穩(wěn)”與“快”描述系統(tǒng)的暫態(tài)（過(guò)渡過(guò)程）品質(zhì)。 “準(zhǔn)”描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。,對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求,暫態(tài)（動(dòng)態(tài)）過(guò)程：被控量處于變化狀態(tài)的過(guò)程。（系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的原因 ： 系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件的能量不可能突變。）穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）過(guò)程：被控量處于相

35、對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),當(dāng)擾動(dòng)作用（或給定值發(fā)生變化）時(shí)，輸出量將偏離原來(lái)的穩(wěn)態(tài)值，這時(shí)由于反饋的作用，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可能回到或接近原來(lái)的穩(wěn)態(tài)值（或跟隨給定值）穩(wěn)定下來(lái)（如圖a），稱(chēng)這樣的系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)，反之，不穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出（如圖b） 。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的必備條件。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。,1. 穩(wěn)-----穩(wěn)定性

36、，平穩(wěn)性,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),2. 快----快速性，暫態(tài)性能指標(biāo)　即指過(guò)渡過(guò)程的快速性。對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱(chēng)為暫態(tài)（或動(dòng)態(tài)）性能。,,,最大超調(diào)量調(diào)整時(shí)間,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),3.準(zhǔn)------準(zhǔn)確性，穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 　　　用穩(wěn)態(tài)誤差表示。過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)的

37、實(shí)際輸出與期望輸出之差即為穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高—跟蹤能力，對(duì)擾動(dòng)的抑制能力越強(qiáng)。,,,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),有差系統(tǒng)（圖a） 若穩(wěn)態(tài)誤差不為零，則系統(tǒng)稱(chēng)為有差系統(tǒng)。無(wú)差系統(tǒng)（圖b） 若穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)稱(chēng)為無(wú)差系統(tǒng)。,,,(a),(b),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的

38、性能指標(biāo),例８：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，試分析該系統(tǒng)是有差還是誤差的。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,小 結(jié),1. 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，但不能自動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響（即抗干擾能力差或魯棒性差）。當(dāng)系統(tǒng)擾動(dòng)量產(chǎn)生的偏差可以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償或影響不大時(shí)，采用開(kāi)環(huán)控制是有利的。　 當(dāng)擾動(dòng)量無(wú)法預(yù)計(jì)或控制系統(tǒng)的精度達(dá)不到預(yù)期要

39、求時(shí)，則應(yīng)采用閉環(huán)控制。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,小 結(jié),2. 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，它能依靠反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以克服擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。閉環(huán)控制極大地提高了系統(tǒng)的精度。但是閉環(huán)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，需要重視并加以解決。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,3. 自動(dòng)控制系統(tǒng)通常由給定環(huán)節(jié)、檢測(cè)環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大元件、被控對(duì)象、和等部件組成。系統(tǒng)的作用量和被控量有：給定量、反饋量、擾動(dòng)

40、量、輸出量和各中間變量。,小 結(jié),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,4. 結(jié)構(gòu)圖（又簡(jiǎn)稱(chēng)框圖）可直觀地表達(dá)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)（或各部件）間因果關(guān)系，可以表達(dá)各種作用量和中間變量的作用點(diǎn)和信號(hào)傳遞情況以及它們對(duì)輸出量的影響。,小 結(jié),要求同學(xué)對(duì)于給定的物理系統(tǒng)會(huì)分析其控制的過(guò)程和原理，還要會(huì)畫(huà)出系統(tǒng)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,5.在不同輸入量作用下，對(duì)系統(tǒng)的輸出量的要求，揭示出反饋控

41、制系統(tǒng)的本質(zhì)特征：輸出跟隨輸入。 6.對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求有： 　穩(wěn)定性——系統(tǒng)能工作的首要條件；　快速性——用系統(tǒng)在暫態(tài)過(guò)程中的響應(yīng)　　　　　　　　速度和被控量的波動(dòng)程度描　　　　　　　述； 　準(zhǔn)確性——用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量。,小 結(jié),2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,作業(yè),1-4，1-6，1-8,2024年3月3日,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,END,第1章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,2024