控制第一章2014.ppt

1、控制工程基础 授课教师 门秀花E mail me menxh Tel 15562516593 何谓自动控制 几点说明 教学内容 以控制论为理论基础 研究机械工程中广义系统的动力学问题 使学生结合工程实际 研究经典控制论中的基本概念和方法来分析 研究和解决其中的自动控制问题 教学目标 对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析 找出问题本质和有效解决方法 如何控制一个系统 使之按预定的规律运动 以达到预定的技术指标 为实现最佳控制打下基础 第一章 绪论 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展历程 主要内容 二 控制系统的基本控制方式 三 控制系统的几种主要分类 四 控制系统

2、举例 五 控制系统的基本要求 本章的基本要求 掌握自控系统的基本概念 组成和各组成环节的作用 正确画出系统的原理方框图 了解自动控制系统的分类及其特点 掌握负反馈在自控系统中的作用 明确开环控制与闭环控制的区别 明确对控制系统的基本要求 第一章绪论 何谓控制 1 中国 埃及和巴比伦出现自动计时漏壶 1400B C 1100B C 西汉漏壶 人猿相依别 有几个石头磨过 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展历程 2 中国张衡研制出自动测量地震的地动仪 132年 就是反映人和工具关系的一个概念 3 英国J Watt用离心式调速器控制蒸汽机速度 1788年 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展

3、历程 何谓控制 4 美国的N Wiener通过研究火炮自动控制系统 发表 控制论 Cybernetics 一书 1948 标志着控制论学科的诞生 5 有关经典控制的经典名著相继出版 包括H Bod的FeedbackAmplifier 1945 以及钱学森的 工程控制论 EngineeringCybernetics 1954 何谓控制 一 控制系统的基本概念及发展历程 第一章绪论 N Wiener 自动控制理论 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展历程 研究多输入 多输出 时变参数 分布参数 随机参数 非线性等控制系统的分析和设计问题 最优控制 最优滤波 系统辨识 自适应控制 大系统理论和人

4、工智能控制等诸多领域有了重大发展 中国北斗卫星导航系统 BeiDouNavigationSatelliteSystem BDS 是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统 是继美国全球卫星定位系统 GPS 和俄罗斯全球卫星导航系统 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统 定位精度优于20m 授时精度优于100ns 在高精度领域 北斗芯片是国内厂商追赶的主要方向 8月15日 中国航天科工信息技术研究院西安航天华迅公司已成功研发出第四代高性能北斗 GPS导航芯片 该芯片定位精度为2 5米 俘获灵敏度 跟踪灵敏度等各项性能指标均已达到国际领先水平 何谓自动控制 第一章绪论 动画显示手动自动 swf

5、 一 控制系统的基本概念及发展历程 何谓自动控制 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展历程 何谓自动控制 是指在没有人直接参与的条件下 利用控制装置使被控对象的某一物理量 或工作状态 自动地按照预定的规律运行 或变化 自动控制系统 是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统 它由被控对象和控制装置组成 被控对象 指需要给以控制的机器 设备或生产过程例如火箭 锅炉 机器人 电冰箱等 控制装置 则指对被控对象起控制作用的设备总体 有测量变换部件 放大部件和执行装置 第一章绪论 一 控制系统的基本概念及发展历程 自动控制系统特点 被控物理量按照给定量的变化而变化 被控量 指被控对象中要求保持

6、给定值 要按给定规律变化的物理量 被控量又称输出量 给定量 指系统的输入量 是作用在系统上的激励信号 是作为控制依据的物理量 第一章绪论 扰动 除给定值之外 凡能引起被控量变化的因素 都是干扰 干扰又称扰动 科学问题 1 分析控制系统的工作原理 稳定性 准确性和快速性 2 设计控制系统 利用机电光液压等部件实现系统 二 控制系统的基本控制方式 开环与闭环 第一章绪论 原理方框图 开环控制 二 控制系统的基本控制方式 开环与闭环 第一章绪论 开环控制 是系统的控制装置与被控对象之间只有顺向作用 没有反向联系的控制过程 开环系统的特点 a 简单 稳定 易维修 b 精度低 不具备修正干扰而引起的系统

7、的偏差 c 自动售货机 自动洗衣机 指挥交通的红绿灯的转换 原理方框图 开环控制 二 控制系统的基本控制方式 开环与闭环 第一章绪论 原理方框图 二 控制系统的基本控制方式 开环与闭环 第一章绪论 闭环控制 又称反馈控制 系统的控制装置与被控对象之间既有顺向作用 又有反向联系的控制过程 闭环系统特点 a 按偏差进行控制 精度高 抗干扰能力强 b 系统复杂 容易引起振荡 原理方框图 三 闭环控制系统的基本组成 第一章绪论 二 闭环控制系统的基本组成 第一章绪论 三 闭环控制系统的基本组成 自控系统是被控对象与控制装置的统一体 第一章绪论 典型的反馈控制系统组成框图 输入信号xi 主反馈信号xb

8、偏差信号 输出信号xo 扰动 给定元件 系统输入量 即参考量 如电位计等 比较元件 被控量实际值与输入参考量的比较 求偏差 如差动放大器 机械差动装置 电桥电路等 放大元件 对偏差信号进行放大 推动执行元件去控制被控量 如电子管 晶闸管 集成电路 晶体管等 第一章绪论 三 闭环控制系统的基本组成 执行元件 推动被控对象 如有阀 电动机 液压马达等 校正元件 用串联或者反馈方式连接在系统中 改善系统性能 如电阻 电容组成网络或电子计算机 测量元件 也就是反馈元件 用于测量输出量 产生主反馈信号 如测速电机 第一章绪论 三 闭环控制系统的基本组成 四 控制系统的几种主要分类 按系统的输入信号特征进

9、行分类 定值控制系统 随动系统 程序控制系统 按描述系统的数学表达式进行分类 线性 定常和时变 系统 非线性系统 按系统中信号的性质进行分类 连续控制系统 离散控制系统 第一章绪论 一 定值控制系统定值控制系统的输入信号为恒定的常量 其自动控制的基本任务是在有扰动的情况下 使系统的输出量保持在给定的期望值上 例如 炉温控制系统 液位控制系统 调速系统 压力控制系统等 第一章绪论 四 控制系统的几种主要分类 第一章绪论 一 定值控制系统 四 控制系统的几种主要分类 二 随动系统随动系统的输入信号是一个随时间任意变化的函数 事先无法预测其变化规律 系统的任务是在有扰动的情况下 保证输出量以一定的精

10、度跟随输入信号的变化而变化 在这种系统中 输出量通常是机械位移 速度或加速度 随动系统也称为自动跟踪系统 或伺服系统 第一章绪论 四 控制系统的几种主要分类 伺服系统就是将指令信号准确 快速的转换为相应的物理实现 例如机床的自动控制 函数记录仪随动控制 水闸的自动升降 舰船的操舵系统 导弹和火炮的自动定位系统 雷达天线跟踪系统等等 第一章绪论 雷达天线跟踪系统 四 控制系统的几种主要分类 三 程序控制系统程序控制系统的输入信号为已知给定的时间函数 即是事先确定的程序 程序预先编成 并记录在程序的载体上 如磁带 凸轮 靠模等 将其装在输入装置中 控制过程就是由程序载体按一定的时间顺序 发出指令

11、输入装置将其变成控制输入信号 通过控制系统的作用 使被控对象按照指定的要求工作 工业生产中很多自动机床的控制系统就属此类系统 第一章绪论 四 控制系统的几种主要分类 三 程序控制系统 第一章绪论 四 控制系统的几种主要分类 可见闭环系统的稳定性分析是前提 五 控制系统的基本要求 第一章绪论 快速性 准确性 在稳定性的前提下 五 控制系统的基本要求 第一章绪论 掌握自控系统的基本概念 组成和各组成环节的作用 正确画出系统的原理方框图 第一章绪论 掌握负反馈在自控系统中的作用 明确开环控制与闭环控制的区别 了解自动控制系统的分类及其特点 小结 1 学科性质 技术科学 应用理论 2 研究对象 自动控制系统 3 研究问题 自动控制系统的性能 好坏 如何建立数学模型 工程上分析和计算系统的方法 一般的理论和规律 第一章绪论 小结 作业 P16 1 5 1 6 主要参考书 机械工程控制基础 杨叔子主编 华中理工大学出版社 自动控制原理基础 戴忠达主编 清华大学出版社 自动控制原理 李友善主编 国防工业出版社 自动控制原理 胡寿松主编 国防工业出版社