1、1,自動控制原理B,信息工程學(xué)院自動化系,2,課程基本情況,學(xué)時: 60學(xué)時 講課52學(xué)時 實驗8學(xué)時,教材：自動控制原理 薛安克主編 西安電子科技大學(xué)出 版社,實驗：模擬實驗（自動化實驗室） 作業(yè)： 每周交一次,教師：劉志鴻,期末考試（筆試）,參考書目：自動控制原理（第四版） 胡壽松主編 科學(xué)出版社,3,第一章 緒論 第二章 線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法 第四章 根軌跡法 第五章 頻率響應(yīng)法 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 第七章 數(shù)字控制系統(tǒng)分析基礎(chǔ) 第八章 非線性控制系統(tǒng)分析 第九章 狀態(tài)空間系統(tǒng)響應(yīng)、 可控性與可觀性 第十章 線性反饋系統(tǒng)的時間域綜合 第十一章 李亞普諾

2、夫穩(wěn)定性分析,目 錄,4,第一章 緒論,1.1 自動控制系統(tǒng)簡介,自動控制是指在沒有人直接參與的情況下, 利用外加的設(shè)備或裝置(稱控制裝置或控制器), 使機器、 設(shè)備或生產(chǎn)過程(統(tǒng)稱被控對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控量)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。,系統(tǒng)是指按照某些規(guī)律結(jié)合在一起的物體(元部件)的組合, 它們相互作用、相互依存, 并能完成一定的任務(wù)。能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的系統(tǒng)就可稱為自動控制系統(tǒng)。,5,6,幾個基本概念：,被控制的裝置、物理系統(tǒng)或過程稱為被控對象。,對控制對象產(chǎn)生控制作用的裝置稱為控制器, 有時也稱為 控制元件、調(diào)節(jié)器等。,在控制系統(tǒng)中被控制的物理量是被控變量。,直接改變被控變量

3、的元件稱為執(zhí)行元件。,能夠?qū)⒁环N物理量檢測出來并轉(zhuǎn)化成另一種容易處理 和使用的物理量的裝置稱為傳感器或測量元件。,7,一個典型的反饋控制系統(tǒng)基本組成可用如下方塊圖表示：,8,控制器的輸出信號稱為控制變量, 它作用在控制對象(執(zhí)行 元件、功率放大器)上, 影響和改變被控變量。,反饋信號是被控變量經(jīng)傳感器等元件變換并返回到輸入端 的信號, 一般與被控變量成正比。,給定值又稱為指令輸入信號, 它與被控變量是同一物理 單位, 用來表示被控變量的設(shè)定值。,參考輸入信號與反饋信號之差稱為偏差信號。,擾動信號是加于系統(tǒng)上的不希望的外來信號, 它對被控變 量產(chǎn)生不利的影響。,9,1.2 自動控制系統(tǒng)分類,1.

4、2.1 開環(huán)控制和閉環(huán)控制,開環(huán)控制系統(tǒng)是一種最簡單的控制系統(tǒng), 在控制器和控制對象間只有正向控制作用, 系統(tǒng)的輸出量不會對控制器產(chǎn)生任何影響。,開環(huán)控制系統(tǒng)一般適合于干擾不強或可預(yù)測的、 控制精度要求不高的場合。,10,在閉環(huán)控制系統(tǒng)中, 需要對系統(tǒng)輸出不斷地進(jìn)行測量、變換并反饋到系統(tǒng)的控制端與參考輸入信號進(jìn)行比較,產(chǎn)生偏差信號, 實現(xiàn)按偏差控制， 因此閉環(huán)控制又稱為反饋控制。,如果將反饋環(huán)節(jié)取得的實際輸出信號加以處理, 并在輸入信號中減去這個反饋量, 再將結(jié)果輸入到控制器中去控制被控對象, 這樣的反饋稱為負(fù)反饋。,11,1.2.2 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng),在線性控制系統(tǒng)中, 組成控制

5、系統(tǒng)的元件都具有線性特性。 這種系統(tǒng)的輸入/輸出關(guān)系一般可以用微分方程、差分方程或傳遞函數(shù)等來描述, 也可以用狀態(tài)空間表達(dá)式來表示。線性系統(tǒng)的主要特點是具有齊次性和適用疊加原理。,在控制系統(tǒng)中, 若至少有一個元件具有非線性特性, 則稱該系統(tǒng)為非線性控制系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)一般不具有齊次性, 也不適用疊加原理, 而且它的輸出響應(yīng)和穩(wěn)定性與輸入信號和初始狀態(tài)有很大關(guān)系。,12,1.2.3 定值控制系統(tǒng)、 伺服系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng),定值控制系統(tǒng)的輸入信號是恒值, 要求被控變量保持相對應(yīng)的數(shù)值不變。,伺服系統(tǒng)的輸入信號是變化規(guī)律未知的任意時間函數(shù), 系統(tǒng)的任務(wù)是使被控變量按照同樣規(guī)律變化并與輸入信號的誤差保

6、持在規(guī)定的范圍內(nèi),程序控制系統(tǒng)中的輸入信號是按已知的規(guī)律(事先規(guī)定的程序)變化的, 要求被控變量也按相應(yīng)的規(guī)律隨輸入信號變化, 誤差不超過規(guī)定值。,13,1.2.4 連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)中各部分的信號若都是時間t的連續(xù)函數(shù), 則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)控制系統(tǒng)。,在控制系統(tǒng)各部分的信號中只要有一個是時間t的離散信號, 則稱這類系統(tǒng)為離散控制系統(tǒng)。,14,1.3 自動控制理論的發(fā)展歷史,15,1.4 工程控制問題的基本要求,1. 穩(wěn)定性,穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件, 是控制系統(tǒng)的重要特性。 所謂穩(wěn)定性是指控制系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)后, 自動恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力。,2. 準(zhǔn)確性,準(zhǔn)確性就是要求被控量和設(shè)定值之間的誤差達(dá)到所要求的精度范圍。準(zhǔn)確性反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度, 通?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度可以用穩(wěn)