自动控制原理教案-自考

第一章 绪论第一节 概论第二节 反馈控制系统的基本概念

第三节 自动控制系统的组成和方框图第四节 自动控制系统的分类

第五节 控制系统性能分析概论第六节 自动控制系统性能要求

第一节

概论

1.1.1 控制的含义1.1.2 人工控制与自动控制

1.1.3 自动控制学科的特点1.1.4 控制科学与工程的内涵

1.1.5 自动控制理论的内容1.1.6 自动控制理论的基本问题

1.1.1 控制的含义 控制(CONTROL)----某个主体使某个客体 按照一定的目的动作

主体---人：人工控制； 机器：自动控制 客体---指一件物体，一套装置，一个物化过程，一个特定系统。 物体--飞船，电炉。(飞船控制) 装置--锅炉，汽机。(锅炉控制) 过程--燃烧，传动。(燃烧控制)

系统--电力，化工，冶金。(电力控制)

1.1.2 人工控制与自动控制 煤气灶上油煎鸡 蛋时的油温控制 自行车速度控制 汽车驾驶 收音机音量调节 电饭煲 空调 抽水马桶 汽轮机转速控制 导弹飞行控制 声控光控路灯

1.1.3 自动控制学科的特点 应用广泛

小至电子表,大至人造卫星,几乎包括各 个领域. 我院6个专业有4个学“自控原 理”课 很难想象现代生活和生产过程没有自 动控制装置如何能够继续? 你敢让大型 发电机组用人工控制来运行吗? 你愿意 使用不能自动控制温度的电冰箱吗？

日益重要

发展迅速

从离心重锤式的简单自动机械到具有 每秒运行上亿次的CPU的智能机器人, 自动控制学科发展日新月异.

越来越复杂和越来越精确的控制要求 以及高度发展的现代科技(如计算机)是 促进自动控制学科飞速发展的重要原 因

1.1.4 控制科学与工程学科的内涵控制科学与工程

控制理论与 检测技术与 模式识别与 控制工程

自动化装置

智能系统

系统工程

1.1.5 自动控制理论的内容线性 经典控制理论 (19世纪中叶-20世纪50年代)

时域法 频域法 根轨迹法 相平面法 描述函数法 李雅普诺夫法 波波夫法 Z变换法

非线性

自动控制理论

采样控制

现代控制理论 (60年代以来)

状态反馈控制 最优控制 智能控制 预测控制 自适应控制 模糊控制 大系统多层分散控制

1.1.6 自动控制理论的基本问题 控制系统的分析

典型信号下的响应 (阶跃响应,频率特性) 数学模型 (传递函数,状态方程) 性能指标 (稳态误差,超调量)

控制系统的设计

性能要求 (性能指标,约束条件) 控制器的结构和参数设计和整定 性能校核 (计算,仿真,实验)

第二节 反馈控制系统的基本概念

信息反馈-------最基本的自动控制原理 反馈控制系统的中的常用术语：

给定值(参考输入值) 偏差值 控制量 被控量 扰动量(内扰,外扰) 自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器 受控过程(受控对象) 控制系统 = 受控过程+控制装置

工业过程中的反馈控制系统例子--例1.1 锅炉汽包水位控制系统 主蒸汽 过热器 变送器 汽包 省煤器 调节器 给水 给水泵 执行器 给水调节阀

日常生活过程中的反馈控制系统例子--例1.2 水箱水位控制

第三节

自动控制系统的组成及方框图

自动控制系统： 控制装置+受控对象 方框图(方框+箭头+求和圆+线条):分析系统内各部分 之间关系的图解法. 自动控制系统的组成(如锅炉水位控制系统):给定器

SV

DV

调节器

MV

执行器

受控过程

被控量PV

反馈PV

传感器

给定值 SV Setpoint-Value 偏差值 DV Deviation-value 操作值 MV Manipulation-Value 过程变量值 PV Process-Value

例1.3 锅炉水位控制系统设定 水位SV+

偏差 量

DV 调

-

节 器

控 制 量

执 行 器

调节 位移MV

调 节 阀

给 水 量

实际 汽 水位

包

测量水位PV

变 送 器反馈元件

第四节开环控制系统：设定器

自动控制系统的分类

1.4.1 按系统环节连接形式分类扰动 控制器 被控对象 被控量

闭环控制系统 :设定器

控制器

被控过程

传感器

开环控制系统举例220v~ 电 热 丝

调压器 电 位 器

加 热 炉

例1.4.1 开环温度控制系统功率放大器M

负载

例1.4.2 开环转速控制系统开环控制系统特点： 1. 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2. 结构简单. 3. 控制精度不高,无法抑制扰动.