第—章 自动控制的一般概念

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1、0、自动控制知识的理论体系结构工程控制论：研究自动控制技术与思维生物控制论：生态平衡经济控制论：社会经济可持续发展，对经济干预、控制，反之经济失控社会控制论：人口控制自动控制理论经典控制理论：研究对象：单输入、单输出的线性时不变系统　　　　　　　方　　法：传递函数描述，频率法，根迹法　现代控制理论：研究对象：多输入、多输出非线性时变系统　　　　　　　方　　法：用一阶方程组描述，状态空间法分析、设计工程自动控制本课程的知识地位：基础课：信号与系统分析后续课：过程控制、系统辨识，最优控制、计算机控制等课程内容安排：第一章自动控制概论第二章控制系统的数学模型第

2、三章线性系统的时域分析法第五章频率响应分析法第六章线性系统的校正方法介绍使用MATLAB分析与设计控制系统参考书目：自动控制原理，主编郑有根，重庆大学出版社，18元自动控制原理，主编宋丽蓉，机械工业出版社，24元自动控制原理，主编冯巧玲，北京航空航天大学出版社，32元第—章自动控制的概论采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如图1-19所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋

3、转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速保持在某个期望值附近。导弹发射架方位角控制系统原理图图1-18是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器、并联后跨接到同一电源的两端，其滑臂分别与输入轴

4、和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。当摇动手轮使电位器的滑臂转过一个输入角的瞬间，由于输出轴的转角,于是出现一个误差角，该误差角通过电位器、转换成偏差电压，经放大后驱动电动机转动，在驱动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带动电位器的滑臂转过一定的角度，直至时，，偏差电压，电动机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角上。只要，偏差就会产生调节作用，控制的结果是消除偏差，使输出量严格地跟随输入量

5、的变化而变化。系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角是被控量，通过手轮输入的角度是给定量。系统方框图如图解1-4所示。例：温控系统(目的达到并保持某一温度)方法一：方法二：过程框图：1-1自动控制与自动控制系统的定义(稳、快、准)自动控制利用控制装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态或功能。自动控制系统能够实现自动控制任务的系统。由控制器与控制对象组成。控制对象要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。控制器对控制对象起控制作用的设备总体。输出量表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。输入量作用于控制对象或系统输入端，并可

6、使系统具有预定功能或预定输出的物理量。扰动　破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号。1-2自动控制系统的控制方式1、开环控制系统开环控制是指控制器与控制对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。分按给定值操纵和按扰动补偿两种形式。（例北航P2－3开环数控机床）(1)按给定值操纵原理方框图如图1-1所示。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。如：自动售货机，自动报警器，自动化

7、流水线及自动洗衣机等。扰动扰动给定值　　　　　　　　　　　　　输出量测量装置　　　控制器　输出量控制对象控制对象控制器图1-1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1-2(2)按扰动补偿原理方框图如图1-2所示。这种控制方式的原理是：利用对扰动信号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动以及对象、各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此控制精度有限。常用于工作机械的恒速控制(如稳定刀具转速)以及电源系统的稳压、稳频控制。2、闭环控

8、制系统又称反馈控制（例北航P3闭环数控机床）。指控制器与控制对象之间既有顺向作用