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1、自动控制原理,主讲：盛沙 Tel:67409101,考核及评分要求：,1、本课程是必修的专业基础课，期末 考试。2、平时成绩占30%，考试卷面占70%。3、不得缺勤,三次取消考试资格。4、将用点名或用数码拍照形式考勤。5、要求按时完成课后作业题。,电话：67409101E-mail:办公室:科技楼B401,我的联系方式,上课要求,分成小组学习，每个小组56人。要求小组成员坐在一起，便于讨论。不要迟到，迟到一次算半次旷课。旷课三次，取消考试资格。每次课开始，会请同学上来回顾上次课内容。（计为平时成绩）中间也会请大家上来就某个问题发言。,第一章,控制系统导论,球杆控制系统和倒立摆系统,自动避障的小
2、车和Big Dog机器人,本章提纲,1.1自动控制的基本原理1.2自动控制系统示例1.3自动控制系统的分类1.4对控制系统的基本要求 本章小结,本章提要,本章提要：本章将讨论自动控制的基本概念，自动控制系统的分类，对控制系统的基本要求等问题。,1.1自动控制的基本原理,何为自动控制？没有人的参与有控制对象和控制目标。,1.11 两个实例,（1）蒸汽机调速系统（2）直流电动机速度控制系统,蒸汽机速度控制系统,蒸汽,发动机,负载,飞球调速器代替人手来控制,蒸汽机自动控制系统,思路2：转速 电压信号,直流电动机速度手动控制的原理结构图,思路1：飞球调速器？,思路：转速 电压信号,机械能,电压,直流电
3、动机速度自动控制的原理结构图,直流电动机速度控制系统,当电源变化、负载变化等引起转速变化，称为扰动。电动机被称为被控对象。转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速（被控量）发生变化，经测量元件（测速发电机）将转速信号（又称为反馈信号）反馈到控制器（功率放大器），使控制器的输出（称为控制量）发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。,1.1.2 控制系统方框图,下图被称为方框图，图中输入为3，输出为25。,3*10=30 30-5=25,5,输入6,输出5,反馈,在方框图中，每一个方框代表着一个实际的物理设备。,1,例一：当我们用来复枪进行射击的时候，眼睛通过瞄准器来
4、对准目标。,偏差,例二：当需要在宇宙飞船上对某个行星进行拍照时，我们需要调整飞船的角度来得到清晰的照片。,偏差,标准方框图：,偏差,试着画出两个实例的控制方框图？,直流电动机速度自动控制的原理结构图,直流电动机速度控制系统,1.2 自动控制系统示例,1.函数记录仪2电阻炉微型计算机温度控制系统,1.函数记录仪,放大器,ur,u,up,电动机,记录笔,a,b,c,ur=a-bu=a-cup=c-b,u=ur-up,2.电阻炉温度微机控制系统,1.3 自动控制系统的分类,下面介绍几种常用的自动控制系统分类方法。1 按信号的传递路径来分2 按系统输入信号的变化规律不同来分3 按系统传输信号的性质来分
5、4 按描述系统的数学模型不同来分,1开环控制系统 指系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。如工业上使用的数字程序控制机床，参见图1-3。,131 按信号的传递路径来分,图1-3 微型计算机控制机床（开环系统）,开环系统结构简单，成本低廉，工作稳定。但开环控制不能自动修正被控制量的误差。系统元件参数的变化，以及外来未知干扰都会影响系统精度的。,2闭环控制系统 系统输出信号与输入端之间存在反馈回路的系统，叫闭环控制系统。闭环控制系统也叫反馈控制系统。“闭环”这个术语的含义，就是应用反馈作用来减小系统误差如图1-4所示。,在图1-4中，引入了反馈测量元件，闭环控
6、制系统由于有“反馈”作用的存在，具有自动修正被控制量出现偏差的能力.,3复合控制系统 复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式。它是 在闭环控制等基础上增加一个干扰信号的补偿控制，以提高控制系统的抗干扰能力。,。两者的结合既能得到高精度控制，又能提高抗干扰能力。,132 按系统输入信号的变化规律不同来分,1、恒值控制系统（或称自动调节系统）2、过程控制系统（或称程序控制系统）恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。,3、随动控制系统（或称伺服系统）这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自动跟踪系统。工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统等
7、均属于随动控制系统。,133 按系统传输信号的性质来分,1、连续系统 控制信号是模拟量的控制。2、离散系统 控制信号是数字量的控制。,输入量 输出量,134 按描述系统的数学模型不同来分,1、线性系统 用线性微分方程描述的系统。若各项系数为常数，则称为线性定常系统。其一阶运动方程一般形式为:式中：c(t)系统的输出量；r(t)系统的输入量。,2、非线性系统,用非线性微分方程来描述的系统是非线性系统。其一阶运动方程一般形式为:式中：r(t)系统的输入量；c(t)系统的输出量。特点是方程的系数与输入（输出）变量有关。即a0（a1)是c(t)的函数。,严格来说，任何物理系统的特性都是非线性的。但为了
8、研究问题的方便，许多系统在一定的条件下，一定的范围内，可以近似地看成为线性系统来加以分析研究，其误差往往在工业生产允许的范围之内。,1.4 对控制系统的基本要求,可以用三个字来形容：稳、快、准。,对控制系统的要求:1.稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。2.快速性：动态性能，有指标。3.准确性：稳态（过渡过程结束后的）值应尽量与期望值一致。,动态过程特点:下图中,(a)、(b)非周期振荡；(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；(f)等幅振荡。,1.基本要求的提法,2.典型外作用,阶跃函数 斜坡函数 脉冲函数 正弦函数,本章小结,本章首先介绍了什么是自动控制，介绍了自动控制理论中常用的术语：被控对象，参考输入信号（给定值信号），扰动、偏差信号、被控量、自动控制系统等。本章还介绍了自动控制系统的组成及其方框图。说明什么是开环控制系统和闭环控制系统，并指出实际生产过程的自动控制系统，绝大多数是闭环控制系统，也就是负反馈控制系统。本章还介绍了自动控制系统的若干分类方法。,自动控制系统的性能要求，即稳、快和准。一个自动控制系统的最基本要求是稳定性，然后进一步要求快速性和准确性，当后两者存在矛盾时，设计自动控制系统要兼顾两方面的要求。,作业,1-11-41-10本节课的小结（下次课发言）,
