自动控制原理;引论;§1.1自动控制系统的一般概念;控制对象:控制系统要进行控制的受控客体。
如冰箱、空调、洗衣机、电梯、飞机、汽车、潜艇、电厂锅炉、酿酒过程等各种设备、机器或生产过程。;自动控制系统如图1-1,几个重要的信号量如下:;自动控制系统
定义:由控制装置+受控对象构成的能完成自动控制任务的整体。
自动控制理论:分析与综合控制系统的理论。;人的作用;RP1—给定电位器
RP2—反馈调节电位器
TG—测速发电机
检测——测速机TG
比较——差运放大器A
执行——伺服电机+调速器;原理框图如下:ΔU=U0-Un;§1.2自动控制系统的控制方式及基本组成;(3)特点:
系统的输出量对输入量没有任何影响;
对干扰和参数变化没有补偿作用,控制精度完全取决于元件精度。
没有稳定性的问题,而且结构简单,调整方便。
对控制精度要求不高或干扰较小的场合还有一定的应用价值。如:打印机、复印机、简单生产线、自动洗衣机、自动售货机、自动打包机、步进电机,水泵,风扇等的控制。;图1.7闭环自动控制系统组成框图;§1.3自动控制系统的类型
常用的有5种分类方法:;2.按照数学模型分为类:
(1)线性系统与非线性系统
线性系统:由线性元件组成,满足齐次性和叠加性,其数学模型为线性常系数微分方程。而非线性系统不满足这两个特性,其数学模型为非线性微分方程。;区分标志:
线性元件:
(1)静态特性为一过原点的直线
(2)满足叠加性和齐次性
(3)数学模型为标准的微分方程(公式2-8)
(4)分析方法:时域法、根轨迹法、频域法
非线性元件
(1)静态特性为不连续过程(继电特性、死区特性、饱和特性、回环特性等)
(2)不满足叠加性和齐次性
(3)数学模型为非线性的微分方程(系数与自变量有关,或方程中同时含有常数、自变量及其导数的高次幂或自变量的乘积项)
(4)分析方法:描述函数法、相平面法;(2)定常系统和时变系统;4.按系统输入、输出信号的数量分为:单入单出(SI/SO)系统和多入多出(MI/MO)系统;§1.4基本要求和本课程的主要任务;稳定性:
稳定性判据、???统结构和参数对稳定性的影响。
动态(暂态)性能:
动态性能指标及计算、系统结构与参数对动态性能的影响、改善动态性能的措施
稳态性能:
稳态误差及计算、系统结构与参数对稳态误差的影响、提高稳态精度的措施。;对于一般的控制系统,在某个输入信号的作用下,其输出响应由两部分组成,可表示为:;动态性能:描述系统过渡过程表现出来的性能。
用平稳性(相对稳定性)和快速性衡量。如:上升时间、峰值时间、调整时间、超调量。;§1.6自动控制理论的发展简述;第三代:大系统理论和智能控制理论(1970—1980)
特点:以人工智能为基础,研究复杂对象(车间、工厂、集团)、复杂任务、复杂环境下的复杂控制系统。是控制论、仿生学、运筹学等的有机结合。如:DCS及各种智能机器人的出现和应用。;数字仿真实验采用目前世界上最为流行的计算机仿真软件MATLAB。它是一个功能十分强大的系统,是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境,已经成为一种实用的全新计算机高级编程语言。
在欧美大学里,诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。MATLAB更是研究和解决工程计算问题的一种标准软件,被用来解决一些实际课题和数学模型问题。