熱工過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)第2章自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)匯報(bào)人：文小庫(kù)2024-01-16CONTENTS自動(dòng)控制系統(tǒng)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本性能要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展自動(dòng)控制系統(tǒng)概述01自動(dòng)控制系統(tǒng)是指通過(guò)自動(dòng)化裝置和儀表對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，使被控對(duì)象能夠按照預(yù)設(shè)規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng)。定義自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由控制器、執(zhí)行器、傳感器、被控對(duì)象和反饋回路等部分組成。組成定義與組成自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)負(fù)反饋機(jī)制，將系統(tǒng)輸出與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號(hào)用于調(diào)整系統(tǒng)輸出，使其逐漸接近預(yù)設(shè)值。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)不斷調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使被控對(duì)象在受到擾動(dòng)后能夠迅速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器和傳感器等部件的參數(shù)需要進(jìn)行整定和優(yōu)化，以獲得最佳的控制效果。負(fù)反饋原理動(dòng)態(tài)平衡原理參數(shù)整定與優(yōu)化原理自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中沒(méi)有反饋回路的系統(tǒng)，而閉環(huán)控制系統(tǒng)則是指系統(tǒng)中存在反饋回路的系統(tǒng)。按控制方式分類比例控制系統(tǒng)、積分控制系統(tǒng)和微分控制系統(tǒng)。比例控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中控制器對(duì)誤差信號(hào)的比例系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，積分控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中控制器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行積分調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，微分控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中控制器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行微分調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。按控制精度分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本性能要求02穩(wěn)定性可以分為三種類型定常穩(wěn)定、隨動(dòng)穩(wěn)定和伺服穩(wěn)定。判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有勞斯穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和根軌跡法等。穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)性能是指系統(tǒng)在輸入變化時(shí)，輸出量的變化特性，包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間等。對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)性能的要求也不同，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。改善動(dòng)態(tài)性能的方法有：引入微分控制、調(diào)整比例系數(shù)、采用PID控制等。靜態(tài)誤差可以分為定位誤差、基本誤差和累計(jì)誤差。提高靜態(tài)性能的方法有減小比例系數(shù)、引入積分控制、采用PD控制等。靜態(tài)性能自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型03傳遞函數(shù)是描述線性時(shí)不變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，它反映了系統(tǒng)輸出與輸入之間的關(guān)系。定義傳遞函數(shù)通常用有理分式表示，形式為G(s)=num(s)/den(s)，其中s是復(fù)數(shù)變量，num(s)是分子多項(xiàng)式，den(s)是分母多項(xiàng)式。表達(dá)式傳遞函數(shù)具有一些重要特性，如線性性、時(shí)不變性和因果性。特性傳遞函數(shù)定義動(dòng)態(tài)方程是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)方程，它可以用微分方程或差分方程表示。形式動(dòng)態(tài)方程的一般形式為dy/dt=f(y,t)或y(t+1)=g(y,t)，其中y是系統(tǒng)狀態(tài)向量，t是時(shí)間變量。解法動(dòng)態(tài)方程的解法有多種，如解析法、數(shù)值法和模擬法。動(dòng)態(tài)方程定義狀態(tài)空間表達(dá)式是另一種描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型，它由狀態(tài)方程和輸出方程組成。形式狀態(tài)方程的一般形式為x'=Ax+Bu，其中x是狀態(tài)向量，u是輸入向量，A和B是系統(tǒng)矩陣。輸出方程的一般形式為y=Cx+Du，其中y是輸出向量，C和D是系統(tǒng)矩陣。解法狀態(tài)空間表達(dá)式的解法包括狀態(tài)估計(jì)和最優(yōu)控制等。狀態(tài)空間表達(dá)式自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)04通過(guò)系統(tǒng)傳遞函數(shù)來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。利用頻率特性曲線來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)建立狀態(tài)方程和輸出方程來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。傳遞函數(shù)法頻率特性法狀態(tài)空間法系統(tǒng)分析方法通過(guò)繪制根軌跡圖來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。根軌跡法通過(guò)配置系統(tǒng)極點(diǎn)位置來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化。極點(diǎn)配置法通過(guò)引入狀態(tài)反饋控制律來(lái)改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。狀態(tài)反饋法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比例、積分、微分控制算法，適用于各種控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)?；谀：壿嫼湍：险摰目刂扑惴?，適用于非線性、不確定性系統(tǒng)?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法，能夠自適應(yīng)地處理復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。PID控制算法模糊控制算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法控制算法設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展05物流自動(dòng)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用，如自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、智能物流配送等，提高了物流效率和準(zhǔn)確性。制造執(zhí)行系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與企業(yè)管理系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、質(zhì)量等環(huán)節(jié)的信息化和智能化。生產(chǎn)過(guò)程控制工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用123智能控制系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能化管理，提高生活便利性和舒適度。智能家居智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于交通管理，如智能信號(hào)燈、智能停車系統(tǒng)等，提高道路通行效率和交通安全。智能交通智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)和機(jī)器人的精確控制，廣泛應(yīng)用于航拍、救援、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)和機(jī)器人控制智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用03集成化和模塊化設(shè)計(jì)為了滿足復(fù)雜系統(tǒng)的需求和提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，自動(dòng)控制系統(tǒng)將趨向于集成化和模塊化設(shè)計(jì)。01物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，