自动控制原理简明教程完整ppt课件.ppt

自动控制原理本学期课程安排成绩构成该课程与其它课程的关系自动控制原理各章关系第一章控制系统导论7自动控制技术的应用9“勇气”号在火星工作的英姿1.1.2自动控制理论发展史•十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题自动控制成为一门科学是从1945发展起来的2.现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初）3.大系统和智能控制时期（20世纪70年代）1.1.3自动控制的基本原理（反馈控制原理）

人工控制的例子示例——水池水位控制
人工控制人脑：记住水位的期望值；
人眼：观察水池的实际水位；测量（测量反馈机构）
人脑：比较水池的期望值-实际值；（比较机构）、控制
人手：调节进水阀门的开度，执行控制作用。执行（执行机构）
是一个反复观察测量、比较、调整执行的过程，力图将水池水位的期望值与实际值之间的差值减为0。
e3.自动控制（AutomaticControl）：是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（或称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称为被控对象）的某个工作状态或参数（称为被控量）自动地按照预定的规律运行。
自动控制的例子电位计+连杆—人脑：记住水位的期望值；
浮子—人眼：观察水池的实际水位；
电位计+连杆—人脑：反映误差（=水位的期望值-实际值）；
电动机—人手：调节进水阀门开度，执行控制作用。
是一个反复观察测量、比较、调整执行的过程，力图将水池水位的期望值与实际值间的差值减为0，即误差为0。人工控制原理方框图：反馈：被控制量：1.2.1一个典型的反馈控制系统的基本组成部分被控对象（被控过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。被控对象的输出变量是被控变量，常常记作输出信号或输出量。被控对象除了受到控制作用外，还受到外部扰动作用。
给定元件——其作用是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。
测量反馈元件——如传感器和测量仪表，感受或测量被控变量的值并把它变换为与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。
放大元件——将微弱的信号作线性放大。
校正元件——也叫补偿元件，它是按某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能。
执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。如电动机、气动控制阀等。自动控制系统：是由被控对象和自动控制装置按一定方式联结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。
输入信号r(t)：系统的输入信号是指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输出量变化规律的指令信号。
输出信号c(t)：系统的输出信号是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。反馈信号：由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号称为反馈信号。反馈分为主反馈b(t)和局部反馈。
偏差信号e(t)：它是指参考输入与主反馈信号之差。偏差信号简称偏差。e(t)=r(t)-b(t)
误差信号：它是指系统输出量的期望值与实际值之差，简称误差。在单位反馈情况下，误差值也就是偏差值，二者是相等的。
扰动信号f(t)：简称扰动或干扰，是除控制信号以外,对系统的输出有影响的信号。扰动是不希望的输入信号。1.1.5自动控制系统的基本控制方式示例——直流电动机转速开环控制系统只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回来影响输入量的控制作用，因而，将它称为开环控制系统（Open-LoopControlSystem）。开环系统的优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。
开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿，抗干扰性能差。因此，开环系统对元器件的精度要求较高。1.3.2闭环控制系统直流电动机转速闭环控制系统方块图总结一下：
闭环控制系统的工作原理：
检测输出量（被控制量）的实际值；
将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较，得出偏差；
用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。

显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。闭环控制系统（Close-LoopControlSystem）又称反馈控制系统（F