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1、1,第一章 控制系统的一般概念,1.1 自动控制的基本概念 1.2 自动控制的基本控制方式 1.3 闭环系统的基本组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 对于自动控制系统的要求,2,1.1自动控制的基本概念 自动控制：在没人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。 自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动控制系统。一般由控制器(含测量元件)和控制对象组成。 举例：水位控制系统,3,1.2两种基本控制方式 1、开环控制方式 1） 控制装置与被控对象之间只有顺向作用没有反向联系。 如下图所示炉温控制系统,3） 开环控制系统的特点： （1）系统输出量对控制作
2、用无影响 （2）无反馈环节 （3）出现干扰靠人工消除 （4）无法实现高精度控制,2）开环控制系统职能框图,4,例1： 开环调速系统（不考虑测速反馈） 工作原理： 改变电位器滑动端的位置，相应地改变了电压Ug值的大小， 其值经功率放大器放大后施加在直流电动机的电枢两端， 由于直流电动机具有恒定的励磁电流。因此，随着电枢电压值的不同，电动机便以不同的转速带动生产机械运转。于是，改变 Ug的大小，便控制了电动机转速的高低。系统中，Ug 是给定输入量；电动机的转速n是系统的输出量即被控量，功率放大器的电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等，是扰动输入量。 可见，系统的输出量，即电动机的转速并没有
3、参予系统的控制。,5,把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成闭环，参与控制，这种系统叫闭环控制系统。,开环控制系统职能框图：,实际的闭环控制系统，都是以负反馈的形式出现,如下图所示系统,2、闭环控制方式：,6,例2：闭环调速系统,3、复合控制方式 （开环控制+闭环控制） 两种结构：按输入信号补偿，按扰动信号补偿,7,2、基本元部件及其功能 （1）给定元件 设定被控量的给定值； （2）测量元件 对系统被控量(输出置)进行测量； （3）比较元件 对系统输出量与输入量进行代数运算并给出偏差信号，起综合、比较变换作用。 （4）放大元件 对微弱的偏差信号进行放大，使其有足够的幅但与功率。,1.3闭
4、环系统的基本组成,1、基本组成结构方块图,8,3、闭环控制系统的特点 （1）系统输出量参予了对系统的控制作用 （2）控制精度高 （3）抗干扰能力强 （4）系统可能工作不稳定，通常要加校正元件,（5）执行元件 根据放大后的偏差信号，对被控对象执行控制任务，使输出量与希望值起子一致。 （6）被控对象 指自动控制系统需要进行控制的机器、设备或生产过程。被控对象要求实现自动控制的物理量称为被控量或输出量。 （7）校正元件 用以改善系统性能,9,1.4 自动控制系统的分类 1、按系统性能分类： （1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。满足叠加性和齐次性 （2）非线性系统：用非线性微分方程
5、或差分方程描述的系统。不满足叠加性和齐次性 2、按信号类型分类： （1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。 （2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。计算机控制系统就是典型的离散系统。,10,3、按给定信号分类 （1）恒值控制系统： 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。 如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 （2）随动控制系统： 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。 （3）程序控制系统： 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。,11,1.5 对控制系统的基本要求 稳定性 若系统有扰动或给定输入作用发生变化，系统的输出量产生的过渡过程随时间增长面衰减，而回到(或接近)原来的稳定值，或跟踪变化了的输入信号则称系统稳定。这是对反馈控制系统提出的最基本要求。 快速性 系统从一个稳定状态过渡到另一个新的稳定状态，都需要经历一个过渡过程，快速性对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 准确性 用稳态误差来表示。 在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。,