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自动控制理论. 信息工程学院. 自动控制理论. 高等数学. 积分变换. 其它专业课程. 现代控制理论. 第一章 引 论. 课程特点. 1 、 它是一门专业基础课. 2 、理论实践相结合. 理论性非常强但又和实际应用紧密结合. 3 、内容广泛. 学习自动控制理论的重要性. 1 、本课程是自动化专业承上启下的课程. 2 、自动控制技术是应用非常广泛的技术. 电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。. 3 、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法. 4 、学分较多.
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自动控制理论 信息工程学院
自动控制理论 高等数学 积分变换 其它专业课程 现代控制理论 第一章 引 论 • 课程特点 1、 它是一门专业基础课 2、理论实践相结合 理论性非常强但又和实际应用紧密结合 3、内容广泛
学习自动控制理论的重要性 1、本课程是自动化专业承上启下的课程 2、自动控制技术是应用非常广泛的技术 电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。 3、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法 4、学分较多
本课程学习方法 1、打好基础 高等数学(微积分)、积分变换(拉氏变换) 2、做好预习 讲课的速度较快、了解课程内容 3、听好课 掌握基本理论和基本方法 4、做好习题 应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题
房间 交换设备 压缩机 控制板 传感器 执行机构 第一节 开环控制和闭环控制 一、什么是控制系统? 举例:家用空调控制器 功能:使房间的温度控制在人体比较舒适的范 (对象、物理量、控制设备) 系统组成: 控制单元 控制对象 测量元件
温度设定 比较单元 控制单元 测量元件 执行机构 控制对象 家用空调系统框图的简化 控制指令 比较 反馈 控制器 控制对象
1、什么叫系统? 为了完成某项任务、按一定规律组成、具有一 定功能的整体。 2、什么叫控制系统? 使被控对象的一个或多个物理量能够在一定精 度范围按照给定的规律变化的系统。 3、控制系统的两种基本形式及特点 两种基本形式:开环 闭环 开环系统结构及其特点: • 定义:只有正向作用,没有反馈控制作用的控制系统。 • 举例:电机调速控制系统
电位器 放大 功率放大 负载 电机 输入量 控制量 输出量 控制器 被控对象 电机调速控制系统
开环系统的特点: A、只有正向作用,没有反馈作用; B、控制精度取决于元器件的精度和系统调整精度; C、没有抑制内、外干扰的能力; D、系统结构简单、成本低。 • 闭环系统结构及其特点 • 定义:既有正向作用,又有反馈控制作用的控制系统。 • 举例:电机调速控制系统
功率放大 电位器 比较器 放大 测速电机 负载 电机 输出量 输入量 比较 控制器 被控对象 测量电路 误差信号 控制输出量 反馈量
闭环系统的特点 A、既有正向作用,又有反馈控制; B、控制精度与元件精度、控制方法、调整精度有关,控制精度较高; C、有抑制干扰的能力; D、结构复杂,成本相对较高。
第二节 自动控制系统的类型 • 自动调整系统 特征:输入信号为常数 典型系统:液位、温度、压力、流量控制 • 程序控制系统 特征:输入信号为预知的随时间变化函数 典型系统:热处理炉控制系统、镜片固化炉温度控制、程序控制机床、灌装生产线、自动生产流水线。 • 随动系统(伺服控制系统) 特征:输入信号未知的随时间变化任意函数 典型系统:鱼雷飞行、炮瞄雷达、火炮自动瞄准、导弹制导。
按描述元件的动态方程分类 • 线性系统 特征:元件是线性的、系统运动方程可用线性微分方程或差分方程描述 • 非线性系统 特征:系统中含有至少一个非线性元件、系统运动方程需用非线性方程或差分方程描述。 典型非线性:饱和、死区、继电器、传动间隙。
按系统传递的信号分类 • 连续系统 特征:系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数,一般用微分方程描述。 • 离散系统 特征:在信号传递过程中,至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。
按输入输出信号数量分类 • 单输入单输出系统(单变量系统) 特征:输入输出变量仅有一个。 • 多输入多输出系统 特征:输入输出变量多于一个。
按系统结构和参数的确定性分类 • 确定系统 特征:系统的结构和参数是确定的、已知的,系统的输入信号也是确定的,可以用解析式或图表确切表示。 • 不确定系统 特征:系统的结构和参数是不确定的或,系统的输入信号是不确定的。
按系统微分方程分类 • 集中参数系统 特征:能用常微分方程描述 • 分布参数系统 特征:至少有一个环节需要用偏微分方程 描述。
第三节 自动控制理论概要 一、对自动控制系统的要求 • 稳定性要求 • 快速性要求 • 准确性要求 二、自动控制理论研究的问题 • 自动控制建模问题 • 控制系统分析 • 控制系统设计
三、控制系统建模问题 • 描述方法 传递函数 • 建立方法 理论推导、实验法 四、自动控制系统分析 • 分析基础 系统传递函数 • 分析内容 稳定性、稳态、暂态 • 分析工具 手工计算、计算机软件
五、自动控制系统的设计 给定数学模型和技术指标情况下,希望有简洁的方法解决以下问题: • 控制方案 决定一种合适的控制规律及相应参 • 系统分析 近似估计系统时域响 • 改进建议 当系统性能不满足要求时指明改善系统性能的途径。 • 设计手段 控制系统的计算机辅助设计
六、古典控制理论与现代控制理论 • 古典控制理论 研究对象:单输入单输出线性系统 数学基础:微积分、积分变换 系统描述方法:传递函数 研究方法:时域法、频率特性法、根轨迹法 核心概念:输出反馈 适用系统:线性系统
现代控制理论 研究对象:多输入多输出线性系统 数学基础:线性代数、矩阵理论 系统描述方法:状态空间表达式 研究方法:时域法 核心概念:状态反馈 适用系统:线性、非线性
现代控制理论 研究对象:多输入多输出线性系统 数学基础:线性代数、矩阵理论 系统描述方法:状态空间表达式 研究方法:时域法 核心概念:状态反馈 适用系统:线性、非线性