控制系统概述.ppt
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1、自动控制原理,第1章 控制系统概述,1.1 控制理论在工程技术中的应用 1.2 控制系统的基本组成 1.3自动控制系统的基本类型,Control is a multidisciplinary subject,1.1 控制理论在工程技术中的应用,自动控制就是在没有人参与的情况下,使生产过程或被控对象的某些物理量按照预定的规律变化。 例如: 液压系统的压力、流量、温度、污染度等: (P,Q,T,C) 电气网络中的电压、电流、功率、电阻、电容、电感等: (V,I,W,R,C,L),任何控制系统的物理模型都可以用下图来描述系统、输入和输出三者之间的关系。,2) 系统确定,求输入,使输出尽可能符合给定的
2、最优要 求,即最优控制问题。,3) 输入已知,使输出尽可能复现输入给定的最佳要求,即最优设计问题。,4) 输出已知,确定系统,识别输入中的有关信息,即滤波与预测问题。,5) 输入和输出已知,确定系统的结构和参数,即建立数学模型,称为系统辨识问题。,1) 当系统给定,输入已知,求系统的输出响应,通过输出响应来研究系统本身的各种问题,即系统分析。,从控制工程的角度可归纳为以下五个方面,1.2 控制系统的基本组成,给定元件:主要用于产生给定信号。如调速系统的电位计 反馈元件:测量被调量,产生主反馈信号,该信号与输出量之间存在确定的函数关系(通常是比例关系)。如:调速系统的测速发电机 比较元件:用来比
3、较输入信号和反馈信号并产生偏差信号的元件。 放大元件:对偏差信号进行信号放大和功率放大的元件,以输出量具有足够的功率和幅值。如伺服功率放大器、电液伺服阀。 执行元件:直接对控制对象进行操纵的元件。如液压缸,伺服电动机。 控制对象:控制系统要操纵的对象,它的输出量即为系统的被控制量。如工作台。 校正元件:也称校正装置,是为了改善系统的控制性能而加入系统里的。,1.3 自动控制系统的基本类型,1. 按给定量的运动规律分类:,恒值控制系统,2) 程序控制系统,3) 随动系统,2. 按系统反应特性分类,2). 离散控制系统 系统的一切量都用数字量表示,数字量之间不连续,用计算机控制。,1). 连续控制
4、系统 可分为:线性控制系统和非线性控制系统 用线性微分方程描述的系统称为线性系统; 不能用线性微分方程描述、存在着非线性部件的系统称为非线性系统。,3. 按执行元件的物理性能分类 1)电气控制系统; 2)液压控制系统; 3)机械控制系统; 4)机电一体化控制系统; 5)热能控制系统。,开环控制系统,即系统的输出与输入信号之间不存在反馈回路,输出信号对控制系统无影响。 其特点是:结构简单,成本较低,通常用于系统结构参数稳定,没有干扰或所受干扰很小场合。,4. 按控制类型分类,2) 闭环控制系统,即系统的输出与输入信号之间存在反馈回路,输出信号对控制系统产生影响,从而提高系统的控制精度。 其特点是
5、:结构复杂,成本高,通常用于系统结构参数稳定和非稳定系统,抗干扰能力强。,4. 按控制类型分类,闭环控制系统:指通过负反馈构成闭环,按偏差产生控制作用以减小或消除偏差的控制系统。,闭环控制系统结构较复杂,它的突出优点是: 控制精度高, 抗干扰能力强, 只要被控量的实际值偏离给定值,闭环控制就会产生控制作用来减小这一偏差。,控制装置,被控对象,输入量,输出量,扰动,反馈装置,从控制工程的角度来看,对控制系统却有一些共同的要求,一般归结为:,快速性,稳定性,准确性,快速性: 在控制系统处于稳定的条件下,要求系统在受扰动信号的作用后,输出量与给定量之间的偏差能够及时消除。,准确性: 在调节过程结束后
6、输出量与给定量之间的偏差,也称稳态精度。,稳定性: 控制系统的最基本要求,是指系统动态过程的振荡趋向或使系统能够恢复平衡的能力,要求输出量在受扰动信号作用后能够随时间的推移而得到平衡状态。,双电位器电液位置伺服系统,闭环控制系统实例,闭环控制系统实例,恒温控制系统,液压缸缸体和控制阀阀体连成一体,形成液压缸运动的负反馈,使液压缸缸体(刀具)完全跟随阀芯(触销8)运动。,闭环控制系统实例,闭环控制系统实例,函数记录仪原理图,Water clock,Historical Review,Historical Review,Seismograph invented by Zhang Heng in A
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