自动控制原理电子教案

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第一章 自动控制原理的基本概念

主要内容：

? 自动控制的基本知识 ? 开环控制与闭环控制 ? 自动控制系统的分类及组成 ? 自动控制理论的发展

§1.1 引言

控制观念

生产和科学实践中，要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。

同时，干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。

例如：卫星运行轨道，导弹飞行轨道，加热炉出口温度，电机转速等控制 控制：为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。 控制任务可由人工控制和自动控制来完成。

§ 1.2 自动控制的基本知识 1.2.1 自动控制问题的提出

一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。

当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。

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所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量)，而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。

这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。

1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件 1. 自动控制的定义

自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)

的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。

当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。

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2. 自动控制的基本职能元件

自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。

比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：

? 测量元件与变送器（代替眼睛） ? 自动控制器（代替大脑） ? 执行元件（代替肌肉、手）

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这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。下图是典型控制系统方框图。

1.2.3 自动控制中的一些术语及方框图 1.常用术语

控制对象 控制器 系统 系统输出 操作量 参考输入 扰动 特性

2.系统方框图

将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上文字或代号，根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息。

§1.3 自动控制系统的基本控制方式

控制方式：开环控制和闭环控制

1.3.1 开环控制

定义:控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系。

开环控制系统的典型方框图如图所示。

例如：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机

1.按给定控制

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下图是一个直流电动机转速控制系统。

工作原理：

以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来。

2.按扰动控制

图示是一个按扰动控制的直流电动机转速控制系统。

控制过程可用方框图表示成如图示的形式。

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