第1章 自动控制理论的一般概念.ppt

第一章自动控制理论的一般概念
自动控制系统一般概念
自动控制的基本方式
典型控制系统举例
对控制系统的基本要求
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在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备和装置,使机械设备和生产过程(或称被控对象)达到预期的目标。
一、自动控制
自动控制研究的内容:
经典控制理论
现代控制理论
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经典控制理论
主要研究的对象
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
现代控制理论研究对象:
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
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研究对象
数学工具
分析方法
局限性
经典控制理论
单I/O
线性定常系统
微分方程,传递函数
时域法
频域法
根轨迹法
对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力
现代控制理论
多输入-多输出变系数,非线性等系统
线性代数、矩阵理论
状态
空间法
比较繁琐
(但由于计
算机技术的
迅速发展,已克服)
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二、控制系统工作原理
(原理图)
(方块图)
[例子]:转速控制系统
(人工控制)
眼
脑
手
-
M
功放
+
-
+
n
激磁
功放
电动机
n
扰动负载
电位器
眼
脑
手
转速表
读数
给定转速
直流电机有两个绕组:激磁绕组和电枢绕组。当激磁绕组加上固定的电压,此时电机的转速由电枢电压ua和负载决定。当负载一定时,ua和n具有一一对应的关系
若要求在负载发生变化时,转速不变。如果由人工来控制是如何实现的?
这里电机是被控对象,转速是被控量,负载变化是干扰,电枢电压是控制量。
⑴通过转速表用眼读出电机转速
⑵在脑中将希望转速和测到的转速进行比较,得到希望转速和实际转速的误差
⑶根据误差的大小,由人脑判断电阻器的开启程度。
⑷命令手按要求调节电位器的转角,通过改变电枢电压使转速达到要求值。
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①测量元件:测量被控量的实际值或对被控量进行物理转换。
②比较元件:将测量值和要求值进行比较,得到偏差。
③判断(调节)元件:根据偏差大小产生控制信号。调节元件通常包括有放大器和校正装置,它能放大偏差信号并使控制信号和偏差信号具有一定关系(称为调节规律)。
④执行元件:由控制信号产生控制作用,从而使被控制量达到要求值。
在上述人工控制中,人主要完成了检测偏差和消除偏差的任务。具体就是完成了“测量、比较、判断(调节)、执行”这几项工作。若能用机器装置完全自动地完成上述几项工作便实现了自动控制。因此自动控制装置按其职能一般应包括以下部分
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工作原理:设负载扰动变化时(如变大),则
→↑
→↑
转速控制系统(自动控制系统)
自动控制系统的种类
[注意]:在上图中,比较点上进行运算的各个量应具有相同的性质。比如都是电压量。(电压)称为偏差,而输出量和要求值之差(物理量)为系统误差。显然偏差和误差是不同的。我们可以发现,这两者是有一定的对应的关系的。可以用偏差反映系统的误差。
M
+
n
-
电压
放大器
功放
+ -
+
-
测速发电机
n↓
可见,该系统可以自动地进行转速调节,以减小或消除偏差。
→↓
→↑
→n↑
n
-
负载扰动
电压
放大器
功放
电动机
测速机
e
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自动控制的基本原理
放大元件
调节元件
执行元件
测量元件
控制对象
比较元件
扰动
被控量
-
给定量
参考输
入元件
指令
输入
一般的控制系统都可用方块图表示。
一般的控制系统都可用方块图表示。在方块图中,装置用方块来表示,信号用箭头表示,相加点(比较点)用表示。
⒈反馈:可以有正反馈和负反馈,一般系统可有多个反馈,但主反馈一定是负