自动控制原理_1-课件.pptVIP

自动控制原理 课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，它是从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是自动控制理论的基础课程，该课程与其他课程的关系如下: 课程的性质和特点 自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制。 课程的性质和特点 ● 　讨论的对象： 因果系统、工程系统 ● 　系统的广义性： 经济、社会、工程、生物、环境、医学 ● 　课程特点： 研究系统的共性问题 第1章 自动控制系统的基础知识 教学重点 了解自动控制系统的基本结构和特点及其工作原理； 了解闭环控制系统的组成和基本环节； 掌握反馈控制系统的基本要求－稳定性、动态和稳态性能指标； 学会自动控制系统的类型及本质特征。 教学难点 自动控制系统的基本工作原理，自动控制系统的结构及特点、组成和基本环节，自动控制系统的性能指标，自动控制系统的类型。 本章内容包括： 自动控制理论的发展 自动控制系统的基本原理 自动控制系统的分类 自动控制系统的基本要求 1.1 自动控制理论的发展 　控制理论的发展过程一般可分为三个阶段： 　● 　“经典控制理论”时期 　●　“现代控制理论”时期 　●　“大系统理论”和“智能控制”时期 1.经典控制理论 ● 　研究对象：单输入－单输出系统（线性定常系统） ● 　研究方法：以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。 ● 　代表人物：维纳（《控制论》）、伯德（伯德图法）和伊文思（根轨迹法） 。 2.现代控制理论 ● 　研究对象：多输入－多输出系统（线性定常或非线性时变） ● 　研究方法：状态空间方法 ●　代表人物：庞特里亚金（极大值原理）、贝尔曼　（动态规划原理）、卡尔曼（卡尔曼滤波）等 3.大系统理论和智能控制 ● 　关系：前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。 ● 　研究内容： 　“大系统理论” 通过采用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题。 　“智能控制”通过模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。 1.2 自动控制系统的基本原理 1.自动控制系统的基本概念 ● 　自动控制：没有人的直接干预，利用控制装置使被控对象（如生产设备）的工作状态或被控制量按照预定的规律运行。 ● 　自动控制系统：实现上述自动控制的目的，由相互联系和制约的各部件组成的具有特定功能的整体称为自动控制系统。 2.自动控制系统的组成 基本工作原理： 通过测量装置随时监测被控量，并与给定值进行比较，产生偏差信号；根据控制要求对偏差进行计算和信号放大，并且产生控制量，驱动被控制量维持在期望值附近。 自动控制系统组成：由被控对象以及为完成控制任务而配置的控制装置两大部分构成。 ● 　被控对象： 是控制系统所控制和操纵的对象，它接受控制量并输出被控量。可以是一套装置或设备，也可以是一个动态过程（被控制的运行状态）。如化工行业中从原料到产品的生产工艺流程。 ● 　测量环节： 其作用是检测被控对象的控制量（温度、压力、流量、位移等），并且一般需要转换为标准的电信号（如0~5V直流电压或0~10mA直流电流），以便于处理。为了保证控制精度，测量环节应当测量准确，并且牢固、可靠，受环境条件影响小。 ● 　比较环节： 其作用是将测量环节的实际输出值与给定量进行比较，求出它们之间的偏差。通常采用的比较元件有差动放大器、电桥、机械的差动装置等。 ● 　计算环节： 它是控制装置的核心，决定着控制系统性能的好坏。其作用是根据控制要求，对偏差信号进行各种计算并形成适当的控制作用。校正装置就是可以实现某种“控制规律”的计算环节，从而改善系统的动态、稳态性能。对于复杂的运算可以利用计算机完成。 ● 　放大环节： 由于经过计算机处理的信号通常是标准化的弱信号，不能驱动被控对象，因此需要加以放大。放大环节的输出必须有足够的能量，一般需要幅值的放大和功率的放大，才能实现驱动能力。 ● 　执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。 常用的名词术语 ● 　给定量： 又称为参考输入，是指人为给定的并且要求系统输出量参照变化的外部指令信号。给定量与期望的输出量之间一般存在着物理量纲转换关系。给定量可以是常值，也可以是随时间变化的已知函数或未知函数。 ● 　被控量： 又称为输出量，是指被控对象中某个需要被控制的物理量。它与给