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文檔簡(jiǎn)介
自動(dòng)控制原理李曉秀機(jī)械工業(yè)出版社2018年10月1第1章緒論1.1
自動(dòng)控制理論及其發(fā)展簡(jiǎn)史1.2
自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理和組成
1.3
自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
1.4
對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求
21.1自動(dòng)控制理論及其發(fā)展簡(jiǎn)史自動(dòng)控制技術(shù)是一種運(yùn)用自動(dòng)控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù),通過自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)各類機(jī)械設(shè)備、各種物理參量、工業(yè)生產(chǎn)過程等實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策,達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。自動(dòng)控制理論是研究關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)組成、分析和設(shè)計(jì)的一般性理論。1765年瓦特在他發(fā)明的蒸汽機(jī)上設(shè)計(jì)的離心調(diào)速器,被公認(rèn)是首例最成功應(yīng)用反饋調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制裝置。英國(guó)的麥克斯韋對(duì)它的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,于1868年發(fā)表的論文被公認(rèn)為是自動(dòng)控制理論的開端。3自動(dòng)控制理論
20世紀(jì)20年代到50年代——古典控制理論。它以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ),以時(shí)域法,頻率法和根軌跡法為主要內(nèi)容的一門獨(dú)立學(xué)科。研究單輸入-單輸出一類定??刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。
20世紀(jì)50年代中期后——現(xiàn)代控制理論。它是以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ),研究多輸入-多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題,并形成了如最優(yōu)控制、最佳濾波、系統(tǒng)辨識(shí)、自適應(yīng)控制等學(xué)科分支。古典控制理論——自動(dòng)控制原理現(xiàn)代控制理論
41.2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理1.2自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)——離開人的直接干預(yù),利用控制裝置操縱受控對(duì)象,使受控對(duì)象的被控制量自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。
◆受控對(duì)象:控制系統(tǒng)要進(jìn)行控制的受控客體如冰箱、電梯、飛機(jī)、汽車等各種機(jī)器或某一生產(chǎn)過程?!舯豢刂屏浚嚎刂茖?duì)象要實(shí)現(xiàn)的某一物理量如冰箱的溫度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛機(jī)姿態(tài)角、船的航跡、電網(wǎng)的電壓、生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度、濕度等。
5溫度人工控制系統(tǒng):
工件空氣溫度儀熱電偶熱處理爐閥門混合器燃?xì)馐芸貙?duì)象——熱處理爐被控制量——溫度6工件燃?xì)忾y門熱電偶熱處理爐
M放大比較放大空氣混合器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng):7若實(shí)際溫度小于給定溫度,,它放大后控制電動(dòng)機(jī)開大閥門,調(diào)高爐溫;若實(shí)際溫度大于給定溫度,,使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)小閥門,調(diào)低爐溫。只要實(shí)際溫度和設(shè)定溫度不等,系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),直到實(shí)際溫度與給定溫度相等,即,,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)為止,實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)控制。溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理:8溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖:
放大電動(dòng)機(jī)閥門加熱爐熱電偶輸入量
輸出量
反饋受控對(duì)象
放大溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)通過對(duì)溫度信號(hào)的測(cè)量反饋,再由比較器產(chǎn)生誤差信號(hào)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生控制作用,爐溫未達(dá)到設(shè)定值時(shí)誤差信號(hào),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),控制調(diào)節(jié)閥門朝減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng),而當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定值時(shí),誤差信,控制作用消失,實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)控制。
91.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成
典型自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖:10
參與控制的信號(hào):
輸入信號(hào)、反饋信號(hào)、偏差信號(hào)、輸出信號(hào)(被控量)、擾動(dòng)信號(hào)??刂苹芈罚褐鞣答伝芈罚ㄖ骰芈罚┚植糠答伝芈?。基本組成部分:給定環(huán)節(jié)、測(cè)量裝置、比較裝置、放大環(huán)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、校正裝置、被控對(duì)象。
信號(hào)傳遞通道:前向通道、反饋通道。11
——開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.3.1按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類
開環(huán)控制系統(tǒng):◆不存在反饋回路,輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不產(chǎn)生影響。特點(diǎn):無反饋,抗擾能力差;一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出;系統(tǒng)的控制精度取決于組成部件的精度。
12閉環(huán)控制系統(tǒng):閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)中不但存在從輸入端到輸出端的信號(hào),還有將輸出信號(hào)通過測(cè)量元件送到系統(tǒng)輸入端的反饋信號(hào)13閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是:
1)閉環(huán)控制的實(shí)質(zhì)就是負(fù)反饋控制。負(fù)反饋控制具有自動(dòng)修正被控制量偏離給定值(或期望值)的能力,較好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的功能。
2)閉環(huán)控制有較強(qiáng)的抗干擾能力。引入負(fù)反饋后,不論是輸入信號(hào)、或是作用在被反饋包圍的前向通道的擾動(dòng)、或是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化引起的被控制量偏離,都會(huì)通過負(fù)反饋形成偏差,從而產(chǎn)生相應(yīng)的控制去減小或消除這些偏差。
3)閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)復(fù)雜,如果結(jié)構(gòu)或參數(shù)選取不當(dāng),系統(tǒng)控制過程可能變得很差,甚至產(chǎn)生振動(dòng)或不穩(wěn)定。復(fù)合控制:將閉環(huán)控制與開環(huán)控制(補(bǔ)償控制)相結(jié)合的控制,稱為復(fù)合控制。
141.3.2按系統(tǒng)輸處信號(hào)的變化規(guī)律分類——恒值系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)
◆恒值系統(tǒng)——輸出信號(hào)保持恒值
◆隨動(dòng)系統(tǒng)——輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)變化◆程序控制系統(tǒng)——輸出信號(hào)按照預(yù)先確定的規(guī)律變化
隨動(dòng)系統(tǒng)——火炮發(fā)射架方位控制系統(tǒng)
151.3.3按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的特性分類
——線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)
1.3.4按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的時(shí)間性質(zhì)分類
——連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)
161.4對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性——穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件,指系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后重新恢復(fù)平衡工作的能力。17暫態(tài)性能——指輸入作用
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