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自动控制原理
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主要内容
绪论
控制系统的数学模型
线性系统的时域分析
线性系统的频域分析
线性系统的校正方法
线性离散控制系统(采样系统分析)
状态空间分析设计
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第一章绪论
自动控制的基本概念:明确什么叫自动控制,正确理解被控对象、控制装置和自控系统等概念。
自动控制理论的发展:了解自动控制理论发展的四个主要阶段。
控制系统的分类:明确系统常用的分类方式,掌握各类别的含义和信息特征
对控制系统的基本要求:明确对自控系统的基本要求,正确理解三大性能指标的含义。
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手动控制
人在控制过程中起三个作用:
(1)观测:用眼睛去观测温度计和转速表的指示值;
(2)比较与决策:人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较,并进行判断,根据给定的控制规律给出控制量;
(3)执行:根据控制量用手具体调节,如调节阀门开度、改变触点位置。
控制:操纵,节制使不超出范围或随意活动。
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自动控制的基本概念
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。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。
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,特别在化学工业中的应用有传热设备控制,反应器控制,流体输送设备控制,精馏塔控制等。自动控制已成为现代社会生活中不可缺少的一部分。
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自动控制: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。
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。它是控制对象以及参与实现其被控制量自动控制的装置或元部件的组合,一般由控制装置和被控对象组成。一般包括三种机构:测量机构、比较机构、执行机构。
自动控制系统的功能和组成是多种多样的,其结构有简单也有复杂。它可以只控制一个物理量,也可以控制多个物理量甚至一个企业机构的全部生产和管理过程;它可以是一个具体的工程系统,也可以是比较抽象的社会系统、生态系统或经济系统。
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控制系统分析:已知系统的结构参数,分析系统的稳定性,求取系统的动态、静态性能指标,并据此评价系统的过程称为控制系统分析。
控制系统设计(或综合):根据控制对象和给定系统的性能指标,合理的确定控制装置的结构参数,称为控制系统设计。
被控量:指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。
给定值:系统输出量应达到的数值(例如与要求的炉温对应的电压)。
扰动:是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号,如电源电压的波动、环境温度的变化。
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开环控制是指系统的被控制量(输出量)只受控于控制作用,而对控制作用不能反施任何影响的控制方式。采用开环控制的系统称为开环控制系统。
优点:结构简单,成本低廉,易于实现
缺点:对扰动没有抑制能力,控制精度低
控制方式
开环控制
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闭环控制
闭环控制是指系统的被控制量(输出量)与控制作用之间存在着负反馈的控制方式。采用闭环控制的系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环控制是一切生物控制自身运动的基本规律。人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。
优点:具有自动补偿由于系统内部和外部干扰所引起的系统误差(偏差)的能力,因而有效地提高了系统的精度。
缺点:系统参数应适当选择,否则可能不能正常工作。
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反馈的概念
反馈:把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。若反馈信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小,则称为负反馈;反之,则称为正反馈。显然,负反馈控制是一个利用偏差进行控制并最后消除偏差的过程,又称偏差控制。同时,由于有反馈的存在,整个控制过程是闭合的,故也称为闭环控制。
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