1、1,自动控制原理,机电工程学院,2,第一章 绪 论,第一章 绪论,主要 内容,本课程是一门技术基础课,1-1 控制工程的研究对象和任务,1-2 控制系统的分类,1-3 反馈和反馈控制,1-4 控制系统的基本要求,3,以传递函数为基础，研究单输入-单输出一类线性定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早,现已臻成熟。,经典控制理论,以状态空间法为基础,研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。,现代控制理论,第一章 绪论,4,研究对象：以多输入多输出系统为主,研究工具: 状态空间法（时域）,2现代控制理论,1经典控制理论,第一章 绪论,
2、5,自动控制技术及其应用在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置），使机器、设备或生产过程（控制对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收等。,第一章 绪论,6,自动控制技术除了在工业上广泛应用外，近几十年来，随着计算机技术的发展和应用，在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动
3、控制已成为现代社会生活中不可缺少的一部分。,第一章 绪论,7,主要研究工程技术中广义系统的动力学问题，即系统在外界输入作用下（包括干扰输入），从一定的初始条件（状态）出发，所经历的整个动态过程，亦即系统及其输入、输出三者之间的关系。,研究对象和任务,1-1 机械工程控制论的研究对象和任务,第一章 绪论,8,例1 ：,输出，f(t)为输入，系统的动态过程描述方程？,弹簧力：FK=K y(t),小车运动方程：,系统的输出响应取决 :,1）输入信号 2）系统结构参数,3）初始条件 4）输入与系统的关系,质量弹簧阻尼系统，以位移y(t)为,第一章 绪论,9,例2 ：,为输入，求位移为输出y(t),小车
4、运行方程：,质量弹簧阻尼系统，位移x(t),第一章 绪论,10,第一章 绪论,11,1已知系统、输入，求输出（响应）系统分析,2已知系统，根据尽可能优化的输出，求输入最优控制,3已知输入，根据最优输出来设计系统最优设计,4已知输出，排除干扰，识别输入的真值滤波与预测,机械工程控制的研究任务：,控制系统建模、分析和综合（设计）。,系统、输入、输出三者的动态关系,运用古典控制理论进行,第一章 绪论,12,1-2 控制系统的分类,一、按反馈来分,1开环控制系统：输入和输出之间无反馈，,特点：结构简单，不产生振荡，,输出对系统的控制作用无影响。,但控制精度不高，抗干扰能力差。,第一章 绪论,例：数控机
5、床驱动系统,13,2闭环控制系统：输入、输出之间有反馈，输出对,特点：精度高，抗干扰能力强，易产生振荡。,控制作用有影响，反馈的作用就是减小偏差。,第一章 绪论,14,1自动调节系统：在外界干扰存在情况下，输出基本,2随动系统：输出在宽范围内跟随输入任意变化（给定,3程序控制系统：输出量按预先程序变化（给定输入,恒定（给定输入信号为恒值）,输入信号是预先未知的时间函数）,信号是已知的时间函数）,二、按输出变化规律来分,第一章 绪论,15,1连续控制系统：各环节输入和输出信号均为,三、按控制方式来分,2离散控制系统：系统中有一处或数处的信号,连续信号,是离散的（脉冲序列或数码）,第一章 绪论,1
6、6,一、反馈 ：,将系统的输出，部分或全部地、直接或间接地返回输入端,1-3 反馈和反馈控制,反馈信号与系统的输入信号方向相同,反馈信号与系统的输入信号方向相反,（作用相同），称正反馈。,（作用相反），称负反馈。,第一章 绪论,17,二、反馈控制,第一章 绪论,采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。 由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称闭环控制,反馈控制,18,通过人工恒温调节系统和自动恒温调节系统来,1人工恒温调节系统。,1)目测温度计温度T0,2)与给定温度Ti（期望）,T=TIT0,说明反馈控制原理。,（实际）,比较得温度偏差T的大小。,第一章 绪论,19
7、,T0 TITO 减小电压 T0,T0 TITO 增大电压 T0,因此，人工控制的过程就是测量求偏差再控制,纠正偏差的过程（T=0），简言之，为“检测偏差,并用以纠正偏差”的过程。,第一章 绪论,20,恒温箱的温度由给定电压信号u1控制,1自动恒温调节系统,第一章 绪论,21,1）温度信号u1 电压信号u2,2）比较： = u1-u2，为偏差信号,3）控制：经放大后，驱动执行电机，调节调节器，,控制供电电压，最终控制温度。,所以，人工控制系统和自动控制系统极为相似，,均为反馈控制，都要检测偏差并用以纠正偏差，在,自动控制系统中，这一偏差是通过反馈来建立的。,自动调节过程：,第一章 绪论,22,
8、职能方框图,第一章 绪论,23,：表示作用方向,=xi-xb 负反馈,典型闭环控制系统由以下环节组成：,=xi+xb 正反馈,给定环节 执行环节,测量环节 被控对象,比较环节 放大运算环节,: 表示比较元件,第一章 绪论,1,24,1稳定性：,1-4 控制系统的基本要求,第一章 绪论,动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。,25,1-4 控制系统的基本要求,2快速性：,第一章 绪论,当系统输出量与给定输入量相应的稳态输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的快慢程度。,26,1-4 控制系统的基本要求,3准确性：,第一章 绪论,调整过程结束后， 实际输出量与给定输入量相对应的稳态输出量之间的偏差。又称静态精度。,
