自控1-2講-使用版

自動控制原理大連理工大學城市學院2012年3月《自動控制原理》參考教材1>

《自動控制原理》

胡壽松顧樹生、王建輝

孟華2>ModernControlEngineering課程考核72學時（64

+8），4.5學分，必修課實驗（10%）小測驗（10%）期中考試（10%）

期末70%：閉卷考試平時30%：3交通工具自動控制到底有什么用？

4機電設備自動控制到底有什么用？

5航天科技自動控制到底有什么用？

中巴資源衛星

哈勃望遠鏡－特殊地衛星

制導導彈

6學完這門課程后，你可以獲得什么知識或者能力？1.什么是自動控制？

————定義，基礎理論2.自動控制具有什么好處和特點

————

分析方法3.如何實現自動控制？————設計與實現7課程內容第1章引論第2章線性系統的數學模型第3章控制系統的時域分析第4章根軌跡法第5章控制系統的頻域分析第8章采樣控制系統8

引言：自動控制理論發展概述

§1.1開環控制和閉環控制

§1.2自動控制的組成及術語

§1.3自動控制系統的類型

§1.4自動控制系統性能的基本要求

§1.5常用的典型的輸入信號

§1.6控制系統實例第一章引論

9引言：自動控制理論發展概述-發展簡史經典控制理論

(20世紀初)

時域法復域法(根軌跡法)

頻域法現代控制理論

(20世紀60-70年代)

線性系統自適應控制最優控制魯棒控制最佳估計容錯控制系統辨識集散控制

智能控制理論

(20世紀80年代)

專家系統大系統復雜系統模糊控制神經網絡遺傳算法101.自動化的發展歷史公元前我國的自動計時漏壺公元132年張衡研制的候風地動儀11公元235年馬鈞研制出能自動指示方向的指南車

121788年英國Watt發明的控制蒸汽機速度的離心式調速器

131954年第一臺工業機器人

1981年美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發射成功14

例：儲水槽的液位人工控制控制任務：儲水槽液位穩定不變一、引出問題：什么是自動控制人工直接參與15人工直接參與

和

自動控制16

1.控制過程自動控制過程方塊圖：172.自動控制Automation18

在無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機械或生產過程（被控對象）的某一個或多個物理量（被控量）準確地按照預定的要求規律變化。自動控制的目的提高勞動生產率和產品質量；改善勞動條件，減輕勞動強度；提高生活質量等。

19國防：人造衛星等；

工業：起重機，數控車床等；人體系統：體溫、心跳、眼球等；日常生活：冰箱溫度、風扇、電梯等。

自動控制的應用20※3

自動控制系統

Automaticcontrolsystem21為了實現各種復雜的控制任務，將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體的系統。通過控制器使被控對象按照預定的規律運行的系統。作用：是研究自動控制系統組成，進行系統分析設計的一般性理論；是研究自動控制過程共同規律的技術學科特點：理性，數學基礎二、課程的作用及特點22電力電子技術、模擬電路數字電路單片機、計算機控制技術、電路、PLC電機與拖動、電氣控制普通物理、高等數學檢測技術、信號處理整個系統的設計與校正——自動控制原理學習自動控制需了解哪些課程？

23

1.開環控制

2.閉環控制

3.復合控制

1.1系統的控制方式自動控制系統基本控制方式241.※開環控制（系統）無被控量反饋的控制系統—Openloopcontrol

系統輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統的控制作用沒有影響。被控對象25開環控制系統特點控制簡單，成本低；無法自動補償，抗干擾能力差；控制精度難以保證。26用于自動化流水線控制，如包裝機等。生活中的開環控制實例272.※

閉環控制（反饋控制）（系統）系統的輸出信號沿反饋通道又回到系統的輸入端。--closedloopcontrol(feedbackcontrol)

系統輸出端與輸入端存在反饋回路，即輸出量對控制作用有直接影響的系統。28閉環控制系統特點輸出信號反饋到輸入端—閉合—結構復雜，成本提高；利用偏差實現動態調節；控制精度高。由于反饋的存在，使系統可能出現“振蕩”；29※※反饋控制原理在反饋控制系統中，控制器對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息；而反饋信息則用來不斷的修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現對被控對象進行控制的目的。——偏差控制30生活中的開環和閉環控制實例對比31※開環控制和閉環控制特點對比閉環控制

開環控制特點對比精度要求有無反饋抗干擾能力

適用場合

有無高低差強系統結構參數穩定，擾動信號較弱

沒有要求32干擾補償的復合控制系統方框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補償開環控制和閉環控制相結合的系統。

33

3.復合控制(系統)4.控制方式選擇預知輸入量的變化規律，干擾參數變化少——高精度、有干擾——復合開環、閉環控制——開環閉環復合34例:人取書的反饋控制過程方框圖以此例思考系統的組成351.控制任務：

例:人取書的反饋控制過程的組成2.被控量：5.測量反饋：3.被控對象：人手的位置達到書的位置人手的位置人手或者手臂人的大腦

根據控制系統的原理，繪制方框圖。361.2自控系統的組成及術語一、組成4.控制器：眼睛人取書的反饋控制過程的方塊圖被控對象被控量測量元件37給定量控制器1.2自控系統的組成及術語一、組成比較環節38組成要素1被控對象：控制系統所控制和操縱的對象。2控制器：偏差信號控制信號3放大變換環節：偏差信號控制器4校正裝置：為改善系統的特性而附加的裝置。5反饋環節：測被控量處理反饋信號6給定環節：產生輸入控制信號。7比較環節：輸入給定與反饋信號比較。轉換、計算變換39二、術語1輸入信號：泛指對系統的輸出量有直接影響的外界輸入信號。（包括給定和干擾）2輸出信號（輸出量）：被控的物理量。3反饋信號：輸出信號變換處理反饋到輸入端的信號。4偏差信號

=輸入信號-主反饋信號。5誤差信號

=輸出實際值-期望值。6擾動信號：除控制信號外，對系統的輸出有影響的信號。40開環控制反饋控制(閉環控制)復合控制按信號流向

1-3自動控制系統的分類41自動控制系統的分類1

按輸入信號自動控制系統的分類2恒值控制系統（自動鎮定系統）

隨動系統（自動跟蹤系統）

程序控制系統42自動控制系統的分類3按系統中是否含有非線性元件線性系統非線性系統按系統參數是否隨時間變化定常系統時變系統按信號的連續性連續系統離散系統按輸入輸出變量的多少單變量系統多變量系統431.4自控系統性能的基本要求一、引出問題：保溫箱、空調的溫度變化較好最好不好44（a）（b）（c）圖1-13通電后自動控制熱水器的水溫輸出信號變化曲線如何評價系統的性能好壞？1.4自控系統性能的基本要求穩——

準——

快——

動態要求基本要求精度要求45二、性能的要求：1穩定性（穩）----系統正常工作的首要條件。

穩定系統：輸出量的過渡過程衰減變化最終與期望值一致（接近）。

不穩定系統：輸出量的過渡過程持續振蕩。462穩態精度（準）：指系統過渡到新的平衡工作狀態以后（干擾恢復后）最終保持的精度。3動態過程（快、好）：指系統的被控量在輸入信號作用下隨時間變化的全過程。1.5常用的典型輸入信號1階躍函數：r(t)tAr(t)=0,t<0A,t>0當A=1時，稱為單位階躍函數，記為1(t)幅值為A時，也表示為A(t)或A(t-t0)當t=t0時r(t-t0)=0,t<t0A,t>t047t02斜坡函數（等速度函數）：r(t)tAr(t)=0,t<0At,t>0當A=1時，稱為單位斜坡函數1.5常用的典型輸入信號481.5常用的典型輸入信號3拋物線函數（等加速度函數）：r(t)t當A=1時，稱為單位拋物線函數r(t)=0,491.5常用的典型輸入信號4脈沖函數：r(t)tr(t)=0,當A=1時，稱為單位脈沖函數記為501.5常用的典型輸入信號5正弦函數：r(t)=0A為振幅，角頻率51裝配機器人汽車自動焊接生產線1.6自動控制系統（應用舉例）52自動控制原理月球車機器人足球比賽53機器人干活無人駕駛汽車54總結-本章重點理解自動控制系統的概念和組成

；

理解反饋控制原理，畫出典型反饋控制系統的方框圖；重點理解閉環控