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1、自动控制技术,1,沐风书苑,第一章自动控制的基本概念,主要内容： 1.人工控制与自动控制 2.开环控制 3.闭环控制 4.自动控制系统的组成 5.自动控制系统的分类,2,沐风书苑,1.1人工控制与自动控制,1.1.1 自动控制问题的提出 一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h 维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。,当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。,3,沐风书苑,这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现了。 所谓控制就是强制性地改变某些物理量（进水量），而使
2、另外某些特定的物理量（如被控量液面高度h）维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。,这种人为地强制性地改变进水量，而使液面（被控量）高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。,4,沐风书苑,1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件 1.自动控制的定义 自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（或状态）自动地按预先给定的规律去运行。,浮子,当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。,5,沐风书苑,2. 自动控制的基本职能元件 自动控
3、制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。画出以上人工控制与自动控制的功能方框图进行对照。,眼睛 浮子 大脑 自动控制器 肌肉、手 执行元件,6,沐风书苑,比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：,7,沐风书苑,测量元件与变送器（代替眼睛）； 自动控制器（代替大脑）； 执行元件（代替肌肉、手）。 这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。下图是典型控制系统方框图。,8,沐风书苑,案例,自动调温空调,9,沐风书苑,10,沐风书苑,小结,人工控制 自动控制 控制量和被控对象 自动控制的基本元件,11,沐风书
4、苑,作业,电饭煲,12,沐风书苑,1.2开环控制,1.2 开环控制 开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给出开环控制的一般定义： 定义：控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系。 开环控制系统的典型方框图如图所示。,交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动生产线，数控车床等等。,13,沐风书苑,下图是一个直流电动机转速控制系统。,当调节电位器滑臂位置时，改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来。,14,沐风书苑,开环控制的特点： （1）结构简单、调整方便、成本低。 （2）给定一个输入，有相应的一个输出。
5、 （3）在系统方框图中，作用信号是单方向传递的，形成开环。 （4）输出不影响输入。 （5）若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差。 1.3 闭环控制 定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统。,15,沐风书苑,在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息，即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理。正是由于引入了反馈信息，使整个控制过程成为闭合的。因此，按反馈原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统。在闭环控制系统中，其控制作用的基础是被控量与给
6、定值之间的偏差。 人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现了闭环控制的原理。 直流电动机转速闭环控制的例子。,16,沐风书苑,17,沐风书苑,闭环控制的特点： 控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏差信号，由偏差产生对系统被控量的控制； 系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差信号，即影响控制作用的大小。这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环。 提高了控制精度。 闭环控制系统的典型方框图如图所示。,18,沐风书苑,三.开环与闭环控制系统的比较 闭环系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均相当不敏感。这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精密的控制系统。在开环情况下，就不可能做到这一点。 从稳定性的观点出发，开环控制系统比较容易建造，因为对开环系统来说，不存在稳定性的问题。但是在闭环系统中，稳定性则始终是一个重要问题。因为闭环系统可能引起过调误差，从而导致系统做等幅振荡或变幅振荡。 工程上常采用的复合控制方法，就是把两者结合起来使用。复合控制实质上是在闭环控制回路的基础,19,沐风书苑,结 束,20,沐风书苑,