自動控制原理

教師：胡芬巧

辦公室：A3-403

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現代控制理論主要研究對象：多輸入、多輸出、時變參數、高精度復雜系統(tǒng)的分析和設計問題自動控制的發(fā)展：

經典控制理論★★★主要研究對象：單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設計

魯棒控制理論一、自動控制與自動控制系統(tǒng)二、自動控制系統(tǒng)的分類三、對控制系統(tǒng)的性能要求第一章概述第一節(jié)自動控制與自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念（a）人工控制的水位系統(tǒng)（b）簡單的水位自動控制系統(tǒng)

自動控制，就是在無人直接參與的情況下，利用控制裝置使受控對象的被控量按照預定的規(guī)律變化。日常生活中常見的家庭：全自動洗衣機、電飯煲銀行：自動取款機ATM交通：紅綠燈控制、火車上的開水機樓宇：自動門、電梯等為了實現上述控制任務，將控制裝置和受控對象按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體，這就是自動控制系統(tǒng)。

控制任務維持水箱內水位恒定

控制裝置閥門、連桿和浮子

受控對象水箱

被控量水箱內水位的高度水位自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)示意圖分析自動控制系統(tǒng)的性能，或根據性能要求去設計自動控制系統(tǒng)。自動控制原理的主要任務：檢測元件_被控量給定值受控對象控制器二、自動控制系統(tǒng)的基本構成及控制方式1．開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)一般有兩種基本控制方式：控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系。轉臺預期速度實際轉速直流電動機轉臺放大器轉臺速度開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖:開環(huán)控制的特點：系統(tǒng)結構和控制過程均很簡單，但抗擾能力差，控制精度不高，一般只能用于對控制性能要求較低的場合。

2．閉環(huán)控制（反饋控制、按偏差控制）

有順向作用，而且還有反向聯(lián)系。

閉環(huán)控制又稱為反饋控制或按偏差控制。

控制裝置與受控對象之間，不但自動控制原理中所討論的系統(tǒng)主要是閉環(huán)控制系統(tǒng)。轉臺轉臺速度閉環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖：測速機偏差反饋量預期速度實際轉速直流電動機轉臺放大器_閉環(huán)控制的特點：減小或消除由于擾動所形成的偏差值，具有較高的控制精度和較強的抗擾能力。3．復合控制前饋補償控制復合控制具有兩種基本形式：復合控制：反饋控制+(a)按輸入前饋補償的復合控制(b)按擾動前饋補償的復合控制功率放大SM負載++++電動機速度控制系統(tǒng)電動機速度開環(huán)控制系統(tǒng)電動機速度控制系統(tǒng)+++++電壓放大功率放大負載SMTG電動機速度閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)方塊圖的畫法:確定輸入量和輸出量

輸入量：作用于系統(tǒng)的輸入端

輸出量：表現于被控對象的輸出端箭頭線：表示信號流向比較環(huán)節(jié)：將給定值和檢測值進行比較引出點：將一個信號分路引出方框：元部件方框擾動：破壞輸入量和輸出量之間預定規(guī)律的信號習題1-5液位控制系統(tǒng)進水閥門減速器電動機電位器浮子出水Q2Q1HSM放大器Q1+進水習題1-4爐溫控制系統(tǒng)第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類一、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見的有以下幾種：由線性微分方程或線性差分方程所描述的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)；由非線性方程所描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。二、定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)定常系統(tǒng):若線性系統(tǒng)微分方程的系數為常數，則稱之為線性定常系統(tǒng)。

系統(tǒng)數學模型微分方程的系數不是時間變量的函數。否則稱為時變系統(tǒng)。三、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：

系統(tǒng)中各部分的信號都是時間的連續(xù)函數即模擬量。離散系統(tǒng)：

系統(tǒng)中有一處或多處信號為時間的離散函數，如脈沖或數碼信號。若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則又可稱之為采樣系統(tǒng)。恒值系統(tǒng)給定量是一個常值，要求被控量也等于常值。如水位控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)等。四、恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)隨動系統(tǒng)給定量是預先未知的隨時間變化的函數，被控量以盡量小的誤差跟隨給定量變化，如函數記錄儀。程序控制系統(tǒng)參數量按預定規(guī)律隨時間變化，如數控機床。線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)線性定常連續(xù)系統(tǒng)為本書主要討論對象。第三節(jié)對控制系統(tǒng)的要求

常見的評價系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標是從動態(tài)過程中定義出來的。所謂動態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號（給定值或擾動）作用后，被控量隨時間變化的全過程。對系統(tǒng)性能的基本要求有三個方面：

二、快速性一、穩(wěn)定性三、準確性

系統(tǒng)受外作用力后,其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力。1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性：如果系統(tǒng)受外作用力經過一段時間，其被控量達到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程(a)給定信號作用c(t)(b)擾動信號作用d(t)t0c(t)r(t)t0c(t)r(t)c(t)d(t)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的。通過動態(tài)過程時間長短表征。時間越短，表明快速性越好，反之亦然。2、快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)快速性和平穩(wěn)性構成了系統(tǒng)的動態(tài)性能。3、準確性r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess由輸入給定值與輸出響應的終值之間的差值大小表征。自動控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、快速性和準確性往往是互相制約的。怎樣根據工作任務的不同,分析和設計自動控制系統(tǒng)，使其對三方面的性能有所側重，并兼顧其它正是自控原理課程要解決的問題。當控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化時，其輸出往往要經歷一個動態(tài)過程才能跟上輸入的變化。系統(tǒng)的內在性能可以通過其動