自控原理ppt课件.ppt

自动控制原理B第一章本章提纲自动控制技术及其应用现代化的工厂飞机的自动驾驶卫星的发射与回收自动控制系统应用实例----机器人1.1自动控制的基本概念被控量\输出量：被控制的物理量

控制量\给定量：决定被控量的物理量

扰动量：妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有元素

输入：给定量+扰动量

自动控制的任务就是克服扰动量的影响，使系统按照给定量所设定的规律进行1.1．1一个实例--直流电动机速度自动控制系统1.1.2控制系统方框图1.2自动控制系统的分类系统每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和一个系统的输出量与之对应，但不具有修正因扰动而出现的被控量期望值与实际值之间误差的能力。

如：执行机构步进电机出现失步，机床某部分未能准确地执行程序指令的要求，切削刀具偏离了希望值等，控制指令并不会相应地改变。

开环系统结构简单，成本低廉，工作稳定。但开环控制不能自动修正被控制量的误差、系统元件参数的变化以及外来未知干扰都会影响系统精度的。

2．闭环控制系统
系统输出信号与输入端之间存在反馈回路的系统，也叫反馈控制系统。
“闭环”这个术语的含义，就是应用反馈作用来减小系统误差，如图1-4所示。
在图1-4中，引入了反馈测量元件，闭环控制系统由
于有“反馈”作用存在，具有自动修正被控制量出现
偏差的能力，可以修正元件参数变化及外界扰动引起
的误差，所以其控制效果好，精度高。

闭环控制系统不足之处，除了结构复杂，成本较高外，一个主要的问题是由于反馈的存在，控制系统可能出现“振荡”。
手臂,手3．复合控制系统
闭环控制和开环控制相结合，在闭环控制等基础上增加一个干扰信号的补偿控制，以提高控制系统的抗干扰能力。
增加干扰信号的补偿控制作用，可以在干扰对被控量产生不利影响所同时及时提供控制作用以抵消此不利影响。

纯闭环控制要等待该不利影响反映到被控信号之后才引起控制作用，对干扰的反应较慢。

两者的结合既能得到高精度控制，又能提高抗干扰能力。
1．2．2按系统输入信号的变化规律分
3、随动控制系统（伺服系统）
输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。

如火炮自动跟踪系统1．2．3按系统传输信号的性质分1．2．4按描述系统的数学模型分2、非线性系统
构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节时，称此系统为非线性系统。

典型的非线性特性有饱和特性、死区特性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等，如图1-6所示。

非线性的理论研究远不如线性系统完整，一般只能近似的定性描述和数值计算。
1.2.5其它分类方法1.3对控制系统的基本要求图1-7自动控制系统被控量变化的动态特性(a)单调过程被控量y(t)单调变化，缓慢到达新的平衡状态（新的稳态值）。如图1-7(a)，一般这种动态过程具有较长的动态过程时间（到达新的平衡状态所需的时间）。

(b)衰减振荡过程:被控量y(t)的动态过程是一个振荡过程，振荡的幅度不断地衰减，到过渡过程结束时，被控量会达到新的稳态值。这种过程的最大幅度称为超调量，如图1-7（b）。
(c)等幅振荡过程:被控量y(t)的动态过程是一个持续等幅振荡过程，始终不能到达新的稳态值，如图1-7（c）。这种过程如果振荡的幅度较大，生产过程不允许，则认为是一种不稳定的系统，如果振荡的幅度较小，生产过程可以允许，则认为是一种稳定的系统。

(d)发散振荡过程:被控量y(t)的动态过程不但是一个振荡过程，而且振荡的幅值越来越大，以致会大大超过被控量允许的误差范围，如图1-7（d），这是一种典型的不稳定过程，设计自动控制系统要绝对避免产生这种情况。自动控制系统其动态过程多属于图1-7（b）的情况。

控制系统的动态过程不仅要是稳定的，并且希望过渡过程时间（又称调整时间）越短越好，振荡幅度越小越好，衰减得越快越好。

综上所述，对于一个自动控制的性能要求可以概括为三方面：稳定性，快速性和准确性。

(1)稳定性。自动控制系统的最基本的要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。

(2)快速性。在系统稳定的前提下，希望控制过程（过渡过程）进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差（偏差）过大。合理的设计应该兼顾这两方面的要求。

(3)准确性。即要求动态误差和稳态误差都越小越好。当与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。1.4控制理论在工程中的应用1.5自动控制的发展简史经典控制理论的分析方法为复数域方法,以传递函数作为系统数学模型，常利用图表进行分析设计，比求解微分方程简便。

优点:可通过试验方法建立数学模型，物理概念清晰，得到广泛的工程应用。

缺点:只适应单变量线性定常系统，对系统内部状态缺少了解，且复数域方法研究时域特性，得不到精确的结果。(二)现代控制理论阶段
20世纪60年代初，在