《控制原理解析》PPT课件

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1、1引论直流电动机转速开环控制系统2引论直流电动机转速开环控制系统方框图3引论有人参与调节时的方框图4引论闭环控制的电机调速系统5引论闭环控制的电机调速系统方框图6第一章绪论7自动控制系统的基本概念自动控制的基本方式对控制系统的性能要求8第一节自动控制系统的基本概念9一、控制系统的基本概念控制：是使某些物理量按指定的规律变化。受控对象：工作的机器、设备、生产过程等；被控量c(t)：表征受控对象状态的物理参量；给定值或指令信号r(t)：对被控量的要求值；控制器：由各种控制元部件组成的控制装置；干扰信号n(t)：对被控量起破坏作用的信号；反馈信号b(t)：被控量检测后回馈到输入

2、端；偏差信号e(t)：给定值与被控量的差值。10控制的任务：被控量＝给定值二、自动控制的任务c(t)=r(t)控制系统的组成11自动控制：无人直接参与时，利用控制器使被控对象的某些物理量能够自动地按照预定的规律变化。完成这一过程的所有元件与装置组成的整体就称为自动控制系统。自动控制和人工控制的区别在于自动控制用控制装置（控制器）代替人完成控制。12举例说明自动控制和自动控制系统的概念控制器气动阀门流入Q1浮子水箱流出Q2H例一：水位自动控制系统13控制任务：维持水箱内水位恒定；控制装置：气动阀门、控制器；受控对象：水箱、供水系统；被控量：水箱内水位的高度；14给定值：控制

3、器刻度盘指针标定的预定水位高度；测量装置：浮子；比较装置：控制器刻度盘；干扰：水的流出量和流入量的变化都将破坏水位保持恒定；15控制方法：测量偏差，修正偏差三、反馈控制的控制原理测量偏差——必须把系统的实际输出反馈到输入端。基于反馈控制原理组成的系统称为反馈控制系统。16例二：人脑作为控制系统的例子17例三：离心式调速器（P5图1－6）18四、控制系统的职能方框图被控量给定值校正控制器比较、放大执行测量被控对象实测值干扰测量在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置(控制器)，它必须具备以下三种职能部件。19测量元件：用以测量被控量或干扰量。比较元件：将被控量与给定值

4、进行比较。执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。放大元件：将比较元件给出的偏差信号放大以驱动执行元件去控制被控对象。放大和校正根据系统的性能要求而取舍。20五、自动控制系统简史公元前250年，古希腊的浮子阀门调节装置用于控制水位；近代最早的温度控制装置是荷兰化学家和机械学家考·德莱贝尔（1527—1633）发明的控制熔炉保持恒温；最早应用于工业过程的自动反馈控制装置是JamesWatt于1789年发明的飞球调节器，用来控制蒸汽机的转速。211经典控制理论40~50年代形成单输入单输出系统（SISO）

5、基于：二战军工技术目标：反馈控制系统的镇定基本方法：传递函数，频率法，PID调节器(频域)2现代控制理论60~70年代形成多输入多输出系统（MIMO）基于：冷战时期空间技术，计算机技术目标：最优控制基本方法：状态方程（时域）控制理论的发展：（工业控制理论）223智能控制技术90年代开始发展专家系统模糊控制神经网络4正在发展的各个领域自适应控制大系统理论H∞鲁棒控制非线性控制（微分几何，混沌，变结构）23第二节自动控制的基本方式24开环控制按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制按偏差调节的闭环控制复合控制下面根据不同的信号源（按信号流向划分）来分析自动控制的几种基本控制

6、方式：25一、按给定值操纵的开环控制控制装置受控对象给定值干扰被控量按给定值操纵的开环控制系统原理方框图*开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。＋26特点：控制装置只按给定值来控制受控对象。优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。缺点：对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有任何修正能力，抗干扰能力差，控制精度不高。27炉温控制系统原理图炉温控制系统原理方框图定时开关炉子电阻丝例如：28二、按干扰补偿的开环控制定义：利用干扰信号产生控制作用，以及时补偿干扰对被控量的直接影响。计算测量受控对象执行干扰被控量特点：只能对可测干扰进行

7、补偿，对不可测干扰以及受控对象、各功能部件内部参数变化对被控量的影响，系统自身无法控制。适用于：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。＋29水位高度控制系统原理图水位高度控制系统原理方框图例如：30三、按偏差调节的闭环控制特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起的变动。计算比较给定值执行被控对象干扰被控量测量－按偏差调节的系统原理方框图＋31反馈回来的信号与给定值相减，即根据偏差进行控制，称为负反馈，反之称为正反馈。优点：控制精度较高。缺点：参数如果匹配得不好，会造成被控量的