1、1,第一章 自动控制的一般概念,1-1 自动控制的任务,1-自动控制的基本方式,1-对控制系统的性能要求,返回主目录,2,1-1 自动控制的任务,通常，在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控对象，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。即,返回子目录,3,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,水位自动控制系统,4,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,5,给定值：,控制器刻度盘指针
2、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,6,自动控制，即没有人直接参与的控制。其基本任务是：在无人直接参与的情况下，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。,由此可见：,7,1-自动控制的基本方式,被控量,给定值H,自动控制方框图,返回子目录,8,在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须包含以下三种职能部件。,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
3、用，去操纵被控对象,参与控制的信号来自给定值、干扰量、被控量。,9,开环控制 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 复合控制,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,10,一、按给定值操纵的开环控制,计算,执行,受控对象,给定值,干扰,被控量,按给定值操纵的开环控制系统原理方框图,开环控制系统的输出端与输入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。,11,炉温控制系统,炉温控制系统原理方框图,定时开关,炉子,电阻丝,12,按给定值操纵的开环控制,特点：控制装置只按给定值来控制受控对象。,优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。,缺点：对可
4、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。,13,二、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。,计算,测量,受控对象,执行,干扰,被控量,特点：只能对可测干扰进行补偿，对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：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。,14,水位高度控制系统原理图,水位高度控制系统原理方框图,15,三、按偏差调节的闭环控制,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 而引起的变动。,计算比较,执行,被控对
5、象,测量,按偏差调节的系统原理方框图,16,如上图所示，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。但是闭环控制系统的参数如果匹配得不好，会造成被控量的较大摆动，甚至系统无法正常工作。,17,控制任务：保持转台的实际转速等于期望转速。 被控对象：转台。 被控量： 转台转速。,例 转台速度控制系统,转台速度闭环控制系统原理方框图,18,飞机自动驾驶系统原理图,例 飞机-自动驾驶仪系统,19,控制任务：系统在任何扰动作用下，保持飞机俯仰角不变。 被控对象
6、：飞机。 被控量： 飞机的俯仰角 。,俯仰角控制系统原理方框图,20,四、复合控制,复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制。实质上，它是在闭环控制回路的基础上，附加了一个输入信号或扰动作用的顺馈通路，来提高系统的控制精度。,a.按输入作用补偿,b.按扰动作用补偿,21,1-对控制系统的性能要求,定义：通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或过渡过程。,工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。稳： 指控制系统的稳定性与平稳性。快： 指控制系统的快速性。准： 指控制系统的最终精度（稳态精度）。,返回子目录,22,稳： 指控制系统的稳定性与平稳性,控制系统动态过程
7、曲线,如上图所示，系统在外力作用下，输出逐渐与期望值一致，则系统是稳定的，如曲线所示；反之，输出如曲线所示，则系统是不稳定的。,23,快： 指控制系统的快速性,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，如曲线所示。,稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。既快又稳，表明系统的动态精度高。,24,准： 指系统在动态过程结束后，其被控量（或反馈量）与给定值的偏差，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往往由于被控对象的具体情况不同，各系统要求也有所侧重，而且同一个系统的稳、快、准的要求是相互制约的。,
