上海交大 自动控制原理 课件 1-1 导论h.ppt
1,《自动控制原理》,上海交通大学电信学院 韩 正 之 zzhan@sjtu.edu.cn,2,开场白,1. 关于教师:韩正之,博士、教授、博士生导师 研究兴趣:非线性控制、智能控制、网络控制 2. 关于教材:《工程控制基础》田作华等编著,清华大学出版社版(07版) 3. 关于教学内容:经典控制理论。概述、模型、分析、设计 4. 关于教学方法:传统式:讲授、实验、练习、考试 。控制式:反馈,Interactivity,3,,,,,1. 自动控制 控制:使被控者按照控制者的愿望行事。 自动控制:运行过程中不需要人参与的控制。 自动:man-free,human-free,准确叙述:是指机器设备在没有人直接参与的情况下,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制实现预期的目标。,第一章 导论,自动化(Automation 或 Automatization),1.1 引言,一。控制和控制系统,4,2. 自动控制系统 为了实现控制目的,由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体。 3. 自动控制系统的基本结构和组成 1)控制目标(输入信号)2)控制器 3)控制(执行)信号 4)控制对象 5)输出信号,1.1 引言,5,1.1 引言,1。一个例子 a.温控系统——人工控制,二。控制系统的结构:开环系统和闭环系统,控制系统,但不是自动控制系统!,6,例1. b.温控系统——自动(时间)控制,1.1 引言,自动控制系统,信号顺序传递,因果关系确定。自动开环控制系统!,7,例1. c.温控系统——自动(反馈)控制,1.1 引言,自动控制系统,存在信号环路,互为因果关系。自动闭环控制系统!,8,1.1 引言,开环(控制)系统 闭环系统,偏差信号=输入信号-反馈信号,9,三、 自动控制的发展历史 古代:指南车,导 论,10,近代:1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器,导 论,11,现代:1913年美国建成最早的汽车装配流水线,,现代:1952年美国MIT研制出第一台数控机床,导 论,12,注塑机,自动搬运车,4. 自动控制系统(应用举例),13,机器人足球比赛,4. 自动控制系统(应用举例),月球车,14,1-2 自动控制原理与系统分类,一、反馈控制原理 产生偏差、利用偏差、修正偏差 注意:反馈系统必定存在信号回路。 Weiner认为反馈原理是自然界运行的基本原则之一。,15,1.2 自动控制原理与系统分类,二、控制系统分类 例:温度控制系统,16,1.2 自动控制原理与系统分类,程序控制系统,17,1.2 自动控制原理与系统分类,随动控制系统,,18,1。典型的反馈控制系统的结构图,1.2自动控制原理与系统分类,,19,1)恒值控制系统 特点:输出信号跟踪一个恒定的数值。工业生产中的位置系统、恒值等自动控制系统都属于这一类型。 2)过程控制系统(程序控制系统) 特点:输出信号跟踪一个已知的函数。系统的控制过程 按预定的程序进行,要求被控量能迅速准确地复现输入,如化工中的压力、温度、流量控制。 3)随动控制系统 特点:输入信号是一个未知函数。要求控制系统的输出量跟随输入信号变化。,1.2 自动控制原理与系统分类,2。按系统的控制作用来分类,20,1)开环控制系统 特点:信号顺序传递。控制按照预定规律进行。 简单,精度差。 2)闭环控制系统 特点:存在信号回路。控制根据误差进行。 精度高,容易产生震荡。,1.2 自动控制原理与系统分类,3。按信号的传递来分类,21,1)连续控制系统 特点:信号为时间的连续函数。 例如火炮系统 2)离散控制系统 特点:信号为序列。 例如计算机控制系统。,1.2 自动控制原理与系统分类,4。按信号的特点来分类,22,1)线性控制系统 特点:系统满足叠加原理。 简单,精度差。 2)非线性控制系统 特点:系统不满足叠加原理。 精度高,设计困难。,1.2 自动控制原理与系统分类,5。按系统的性质来分类,23,三、控制理论的分类 1、经典控制理论 研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如:调节电压改变电机的速度;调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。 2、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如: 汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏 板)和两个输出(方向和速度)的控制系统。,1.2 自动控制原理与系统分类,24,开环控制与闭环控制,反馈控制原理 控制系统基本结构 三种基本控制问题 线性控制系统 作业:A-4,第一章小结,