控制第一章

济南大学控制工程基础课题组制作第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程主要内容二.控制系统的基本控制方式三.控制系统的几种主要分类四.控制系统举例五.控制系统的基本要求本章的基本要求★掌握自控系统的基本概念、组成和各组成环节的作用,正确画出系统的原理方框图;★了解自动控制系统的分类及其特点;★掌握负反馈在自控系统中的作用;明确开环控制与闭环控制的区别；★明确对控制系统的基本要求。第一章绪论何谓控制：(1)中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C.~1100B.C.)。西汉漏壶“人猿相依别，有几个石头磨过”第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程：(2)中国张衡研制出自动测量地震的地动仪(132年)就是反映人和工具关系的一个概念。(3)英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机速度(1788年)第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程：何谓控制：(4)美国的N.Wiener通过研究火炮自动控制系统，发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。(5)有关经典控制的经典名著相继出版，包括H.Bod的FeedbackAmplifier(1945),以及钱学森的《工程控制论》(EngineeringCybernetics)(1954).何谓控制：一.控制系统的基本概念及发展历程：第一章绪论N.Wiener经典控制理论：以传递函数为基础现代控制理论：以状态空间法为基础线性非线性自动控制理论第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程：何谓自动控制：第一章绪论动画显示一.控制系统的基本概念及发展历程：何谓自动控制：第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程：何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某一物理量（或工作状态）自动地按照预定的规律运行（或变化）。自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。控制装置:则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。第一章绪论一.控制系统的基本概念及发展历程：二.控制系统的基本控制方式：开环与闭环电动机及负载输出量n给定电位计输入量ug放大整流ud第一章绪论原理方框图：开环控制二.控制系统的基本控制方式：开环与闭环第一章绪论★开环控制：是系统的控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系的控制过程。开环系统的特点：a.简单，稳定，易维修。b.精度低，不具备修正由于干扰而引起的系统的偏差。控制器被控对象给定值被控量u原理方框图：开环控制二.控制系统的基本控制方式：开环与闭环第一章绪论原理方框图：放大整流电动机及负载输出量n给定电位计输入量ug△u测速发电机闭环控制un测速发电机二.控制系统的基本控制方式：开环与闭环第一章绪论★闭环控制：又称反馈控制，系统的控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程。闭环系统特点：a.系统复杂，容易引起振荡;b.精度高、抗干扰能力强。原理方框图：控制器被控对象给定被控量u检测装置被控量输入信号(-)补偿装置控制装置受控对象三.闭环控制系统的基本组成第一章绪论二.闭环控制系统的基本组成第一章绪论三.闭环控制系统的基本组成自控系统是被控对象与控制装置的统一体第一章绪论典型的反馈控制系统组成框图输入信号xi主反馈信号xb偏差信号输出信号x0扰动给定元件串联校正元件执行元件控制对象反馈元件放大变换元件并联校正元件比较元件+-+-四.控制系统的几种主要分类按系统的输入信号特征进行分类：定值控制系统、随动系统、程序控制系统。按描述系统的数学表达式进行分类：线性（定常和时变）系统、非线性系统；按系统中信号的性质进行分类：连续控制系统、离散控制系统;第一章绪论(一)定值控制系统定值控制系统的输入信号为恒定的常量，其自动控制的基本任务是在有扰动的情况下，使系统的输出量保持在给定的期望值上。例如：炉温控制系统、液位控制系统、调速系统、压力控制系统等。第一章绪论四.控制系统的几种主要分类MuaΔuufug给定电位计+-电动机煤气空气阀门热处理炉工件热电偶放大器混合器放大器第一章绪论(一)定值控制系统ugTiΔu(-)ufQTo给定装置放大器电动机,传动装置和阀门热处理炉放大器热电偶四.控制系统的几种主要分类(二)随动系统随动系统的输入信号是一个随时间任意变化的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任务是在有扰动的情况下，保证输出量以一定的精度跟随输入信号的变化而变化。在这种系统中，输出量通常是机械位移、速度或加速度。随动系统也称为自动跟踪系统(或伺服系统)。第一章绪论四.控制系统的几种主要分类例如机床的自动控制、函数记录仪随动控制、水闸的自动升降、舰船的操舵系统、导弹和火炮的自动定位系统、雷达天线跟踪系统等等。第一章绪论雷达天线跟踪系统四.控制系统的几种主要分类(三）程序控制系统程序控制系统的输入信号为已知给定的时间函数，即是事先确定的程序。程序预先编成，并记录在程序的载体上（如磁带、凸轮、靠模等），将其装在输入装置中。控制过程就是由程序载体按一定的时间顺序，发出指令，输入装置将其变成控制输入信号，通过控制系统的作用，使被控对象按照指定的要求工作。工业生产中很多自动机床的控制系统就属此类系统。第一章绪论四.控制系统的几种主要分类(三）程序控制系统第一章绪论四.控制系统的几种主要分类对反馈控制系统的基本要求有三项：稳定性、暂态(或动态)性能、稳态性能。可见闭环系统的稳定性分析是前提①②r(t)=1(t)tc(t)0五.控制系统的基本要求第一章绪论暂态性能：平稳、振荡幅度小——“稳”过渡过程的时间短——“快”稳态性能：系统的稳态误差小——“准”在稳定性的前提下0r(t)=1(t)c(t)t①②③五.控制系统的基本要求第一章绪论★掌握自控系统的基本概念、组成和各组成环节的作用,正确画出系统的原理方框图;第一章绪论★掌握负反馈在自控系统中的作用;明确开环控制与闭环控制的区别；★了解自动控制系统的分类及其特点;小结