控制工程基础第1章自动控制的一般概念.docx

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1、自动控制原理课程基本信息（一）课程名称：自动控制原理（一）学时学分：周3学时，3学分（三）预修课程：高等数学、积分变换、电工与电子技术、工程力学。（四）使用教材：孟华.自动控制原理M.机械工业出版社（五）教学参考书：1胡寿松.自动控制原理M.北京:科学出版社,2001.2蒋大明等.自动控制原理M.北京：清华大学出版社/北方交通大学出版社，2003.3翁思义等.自动控制原理M.北京：中国电力出版社，2001.4周其节等.自动控制原理M.广州：华南理工大学出版社，1996.5美KatsuhikOogata著卢伯英，于海勋等译.现代控制工程（第四版）M.北京：电子工业出版社，2003.（六）教学方法

2、：课堂讲授，启发式教学。（七）教学手段：传统讲授。（八）考核方式：闭卷考试。（九）学生创新精神与实践能力的培养方法：课堂讲授，启发式教学：理论联系实际加强学生对所学知识的理解。（十）其它要求：严格考勤，注重学生的课堂表现及课堂参与情况，当堂测试，课下完成作、也。第一章自动控制的一般概念教学时数：2学时教学目的与要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。教学重点：自动控制的任务、自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求。教学难点：透彻分析自动控制系统的反馈原理。1-1自动控制的任务通常，在自动控制技术中，把工作的机

3、器的设备称为被控对象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量，而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值（或参考输入）。则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量等于给定值。下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念。图1-1水位自动控制系统水位自动控制系统：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；给定值：控制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；由此可见：自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与情况下,只

4、利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。1-2自动控制的基本方式图1-2自动控制方框图在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，其必须具备以卜三种职能部件。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。下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式：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。一、按给定值操纵的开环控制开环控制系统的输出端与输入

5、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。图1-3按给定值操纵的系统原理方块图图1-4炉温控制系统的原理图控制装置被控对象图1-5炉温控制系统的原理方框图按给定值操纵的开环控制：特点：控制装置只接受给定值来控制受控对象的被控量。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。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。图按干扰补偿的系统原理方框图特点：只能对可测干扰进行补偿，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

6、：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。图1-7水位高度控制系统原理图图1-8水位高度控制系统原理方框图三、按偏差调节的闭式控制特点：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用起的变动。干扰给定值被控对象测成被控量图1-9按偏差调节的系统原理方块图如上图，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。这种控制方式控制精度较高，因为无论是干扰的作用，还是系统结构参数的变化，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠偏。但是闭环控制系统如果参数匹配得不好，会造成被控量的较大摆动，甚至系统无法正常工作。控制任务：系统在任何扰动作用下，

7、保持飞机俯仰角不变。被控对象：飞机。被控量：飞机的俯仰角。图1-11 俯仰角控制系统原理方框图四、复合控制图1-12a.按输入作用补偿I补偿装置TnS)*控:装置Id被控象图卜12b.按扰动作用补偿1-3对控制系统的性能要求定义：通常将系统受到给定值或干扰信号作用后，控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。稳：指动态过程的平稳性快：指动态过程的快速性准：指动态过程的最终精度稳一一指动态过程的平稳性图1-13控制系统动态过程曲线如上图，系统在外作用作用下，输出逐渐与期望值一致，则系统稳定的，如曲线1所示;反之，输出如曲线2所示，则系统是不稳定的。快一一指动态过程的快速性快速性即动态过程进行的时间的长短。过程时间越短，说明系统快速性越好，反之说明系统响应迟钝。如曲线2所示。稳和快反映了系统过渡过程的性能的好坏。既快又稳，表明系统的动态精度高；准一一是指系统在动态过程结束后，其被控量（或反馈量）对给定值的偏差而言，这一偏差称为稳态误差，是衡量稳态精度的指标，反映了系统后期稳态的性能。以上分析的稳、快、准三方面的性能指标由于被控对象的具体情况不同，各系统要求有所侧重。而且同个系统的稳、快、准的要求是相互制约的。