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自动控制原理

自动控制原理. 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院. 课程介绍 学习方法 学习要求 参考文献. 开始授课. 用. 第一章 自动控制基本概念. 1.1 控制理论的发展史 1.2 开环与闭环控制 1.3 控制系统的分类 1.4 控制系统性能指标. 学 习. 第三节. 第四节. 第二节. 第一节. 第一章 自动控制基本概念. 第三节. 第四节. 第二节. 第一节. 1.1 自动控制的基本原理与方式. 控制理论的发展史 ①早期思想 ②发展历程 ③应用领域. 第三节. 第四节. 第二节.

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Presentation Transcript

  1. 自动控制原理 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院

  2. 课程介绍 学习方法 学习要求 参考文献

  3. 开始授课 用 第一章自动控制基本概念 1.1 控制理论的发展史 1.2 开环与闭环控制 1.3 控制系统的分类 1.4 控制系统性能指标 学 习

  4. 第三节 第四节 第二节 第一节 第一章 自动控制基本概念

  5. 第三节 第四节 第二节 第一节 1.1 自动控制的基本原理与方式 控制理论的发展史 • ①早期思想 • ②发展历程 • ③应用领域

  6. 第三节 第四节 第二节 第一节 控制理论的发展史 ①早期思想—(瓦特的离心调节器) 负载 速度变大 退出演示 进蒸汽

  7. 第三节 第四节 第二节 第一节 控制理论的发展史 ①早期思想—(瓦特的离心调节器) 负载 速度变小 退出演示 进蒸汽

  8. 第三节 第四节 第二节 第一节 控制理论的发展史 ②发展历程 智能 控制理论 经典 控制理论 现代 控制理论

  9. 第一阶段：经典控制理论（或古典控制 理论）的产生、发展和成熟； 第二阶段：现代控制理论的兴起和发展； 第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段； 第四阶段：智能控制发展阶段。

  10. 经典控制理论的基本特征 （1）主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合； （2）只用于单输入，单输出的反馈控制系统； （3）只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。

  11. 现代控制理论 • 1954年贝尔曼（R.Belman)提出动态规划理论 • 1956年庞特里雅金（L.S.Pontryagin）提出极大值原理 • 1960年卡尔曼（R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤波理论

  12. 智能控制 智能控制从“仿人”的概念出发。 一般方法 学习控制、模糊控制、神经元网络控制、专家控制等方法。

  13. 第三节 第四节 第二节 第一节 工业 航空航天 机器人控制 导弹制导 核动力 生物 医学 环境 管理 家用电器 ③应用领域 应用领域

  14. 第三节 第四节 第二节 第一节 ③应用领域 自动控制原理应用于机器人控制

  15. 自动控制： 在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象自动的按照预定的规律运行。 自动控制系统： 指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。 自动控制基本概念

  16. 自动控制系统的功能和组成 结构 简单 复杂 功能 控制一个物理量 控制多个物理量 企业机构的全部生产和管理过程 具体的工程系统 抽象的社会系统、生态系统或经济系统。

  17. 1．开环控制与闭环控制 开环控制是指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式。

  18. 开环控制系统方框图 输入量 输出量 控制装置 被控对象 图1－3

  19. 开环控制系统例 被控制对象：炉子 被控制量（输出量）：炉温 控制装置：开关K和电热丝，对 被控制量起控制作用。 图1－2

  20. 第三节 第四节 第二节 第一节 基本控制方式 Uc ①开环控制 电压变大

  21. 第三节 第四节 第二节 第一节 Uc ①开环控制 电压变小 电压变大

  22. 第三节 第四节 第二节 第一节 Uc ①开环控制 电压变小 电压变大

  23. 第三节 第四节 第二节 第一节 Uc ①开环控制 电压变小 电压变大

  24. 第三节 第四节 第二节 第一节 ①开环控制 Uc 电压变小 电压变大

  25. 第三节 第四节 第二节 第一节 ①开环控制 Uc 电压变小

  26. 开环控制的特点 • 控制装置只按照给定的输入信号对被控制量进行单向控制。 • 开环控制不具有修正能力, 抗干扰能力差。

  27. 闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量（输出量）与控制作用之间存在着负反馈的控制方式。

  28. 闭环系统的方框图 手是被控对象，手的位置为被控量。

  29. 反馈： 把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。 • 负反馈 • 正反馈 • 负反馈控制: 检测偏差、消除偏差的过程。 • 偏差控制 • 闭环控制

  30. 开环向闭环控制的转换例 开环控制

  31. 闭环控制的电加热炉方框图

  32. 闭环控制系统典型方框图

  33. 开环和闭环控制系统的特点 • 开环系统：结构简单，稳定性好，容易设计和调整以及成本较低的优点。 • 应用场所：负载恒定，扰动小，控制精度要求不高 • 闭环系统：结构复杂，成本高，控制精度高，抗干扰能力强；但负反馈对系统稳定性产生不利影响。 • 应用：负载变化，扰动大，控制精度要求高

  34. 开环控制＋闭环控制的系统 • 第一级直角坐标位置控制（开环） • 第二级关节坐标位置控制（闭环）

  35. 反馈控制系统的组成

  36. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（以转速调节为例） Uc 功 率 放 大 比较器 下一步>>

  37. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（ 负载变化） 负载减小， 上升加快 Uc 功 率 放 大 比较器 上一步<< 下一步>>

  38. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（负载减小，转速加快） Uc 功 率 放 大 电机转速加快 比较器 上一步<< 下一步>>

  39. 第三节 第四节 第二节 第一节 第二节 开环与闭环控制 ②闭环控制（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快） Uc 功 率 放 大 比较器 测速发电机转速加快 上一步<< 下一步>>

  40. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快，反馈电压增大） Uc 功 率 放 大 比较器 反馈电压增大 上一步<< 下一步>>

  41. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（以转速为例） 比较结果减小 Uc 功 率 放 大 比较器 上一步<< 下一步>>

  42. 第三节 第四节 第二节 第一节 第二节 基本控制方式 ②闭环控制（以转速调节为例） 输出电压减小 Uc 功 率 放 大 比较器 上一步<< 下一步>>

  43. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（以转速调节为例） 电机转速减慢 Uc 功 率 放 大 比较器 上一步<< 下一步>>

  44. 第三节 第四节 第二节 第一节 ②闭环控制（以转速调节为例） 上升速度减慢 Uc 功 率 放 大 比较器 上一步<< exit>>

  45. 开环控制直流电动机速度调节系统示意图

  46. 闭环控制直流电动机调速系统 图1－9

  47. 例.分析该位置自动控制系统，指出输入量，输出量，控制方式？画出其功能框图？例.分析该位置自动控制系统，指出输入量，输出量，控制方式？画出其功能框图？

  48. 第三节 第四节 第二节 第一节 第三节 控制系统的分类 控制系统 随 动 系 统 恒 值 系 统 连 续 系 统 非 线 性 系 统 离 散 系 统 线 性 系 统

  49. 3. 反馈控制系统的分类 • 恒值系统和随动系统（按参考输入形式分类） 恒值系统：参考输入量保持常值的系统。其任务是消除或减少扰动信号对系统输出的影响，使被控制量（即系统的输出量）保持在给定或希望的数值上。 随动系统：参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度是随动系统的两项主要性能指标。

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