自动控制原理完整课件(共373页)北航好

序
自动控制 —— 在没有人直接参与的情况下，利用附加的设备或装置，使机器、 设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。 自动控制技术广泛应用于国民经济的各个部门。 例如： 数控车床按照规定程序自动地切削工件； 化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定； 导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方目标； 人造地球卫星准确地进入预定轨道并回收 … … 不仅如此，自动控制技术的应用范围已扩展到生物、医学、经济管理 和其它许多社会领域。已成为现代生活领域中不可缺少的重要组成部分。 自动控制原理 ——研究自动控制共同规律的一门技术科学。 自动控制原理是对自动控制系统进行分析和设计的基础， 也是我们电气学院各个四个专业共同的技术基础课，其 重要性是显而易见的。
扰动量 被控 对象 输出量
_
3. 基本控制方式 闭环控制系统（反馈控制系统） 有三种 开环控制系统 复合控制系统
§1.2 控制系统的分类
按控制方式： 开环控制、闭环控制、复合控制 按元件类型： 机械、电气、机电、液压、气动、生物… … 按系统功用： 速度控制系统、压力控制系统、温度控制系统、位置控制系统… 按参据量的变化规律： 恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 按系统性能： 线性系统 ——系统中所有元件的特性都是线性的。 非线性系统 定常（时不变）系统 ——系统的结构和参数不随时间变化。 时变系统 连续系统 ——系统中各部分信号随着时间连续变化。 离散系统 确定性系统 ——本课程只涉及确定性系统。 不确定性系统 为了全面反映系统特点，通常将上述分类组合应用。
例如： （1）线性定常连续系统：
d m −1 dm d n −1 dn a0 n c(t ) + a1 n −1 c(t ) + ... + an c(t ) = b0 m r (t ) + b1 m −1 r (t ) + ... + bm r (t ) dt dt dt dt
c(t)——系统输出；r(t)——系统输入 其中： 特点：各变量及其导数以一次幂形式出现，且无交叉相乘； ——线性 各系数ai( i=0 → n ), bi( i=0 → m )都是常数。 ——定常 系统中各信号随着时间连续变化 ——连续 本教材ch1—ch6讨论这类系统。 （2）线性时变连续系统：——上式中某些系数随着时间的变化而变化
例如： c(t ) + tc(t ) = 3r (t )
本教材没涉及。 （3）非线性系统： 例如： c + cc + c 2 = r 本教材ch10讨论这类系统。 （4）离散系统： 用差分方程表示。 本教材ch7讨论这类系统。
§1.3 对自动控制系统的基本要求
基本要求： 在某种典型输入信号作用下，系统输出参数能稳定、快速、 准确的跟踪输入。 简称：稳、准、快 稳 ——稳定性 绝对稳定性 （简称稳定性） 相对稳定性 （反映平稳性 ——表征系统动态过程的平稳程度）
结构特征： 信息单向传递，没有形成闭合回路 系统特点： ①控制系统结构简单，成本低廉；
②控制精度差，抗干扰能力差；
使用场合： 多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。
如：自动售货机、自动报警器、自动化流水线、全自动洗衣机等。源自控制方案2： P2图1-3
测速发电机
系统方框图：
Ur
ΔU
-
K1
U1
SD i2
第一章 自动控制的一般概念
§1.1 自动控制的基本原理与方式
1. 常用术语 电动机——电机，是自动控制系统中的常用部件。 负载ML 电压U 电动机D 转速n,ω 转速n提高； 转速n减小。
定性的讲，当负载ML一定时， 电压U增大 当电压U一定时， 负载ML增大
想一想： 当负载变化时，要想保持转速恒定，应该怎么办？ 下面看一龙门刨自动调速系统。 该系统的控制目的是：当负载变化时，维持转速n不变。
1 胡寿松.自动控制原理.科学出版社 2 胡寿松等.自动控制原理习题集.国防工业出版社 3 张苏英等.自动控制原理学习指导与解题指南.国防工业出版社 4 张苏英等.自动控制原理考研试题分析与解题技巧.北航出版社 5 John J. D’azzo & Constantine H. Houpis, Linear control system analysis
控制方案1： P2图1-1
+ Rw Ur Ua Ia i ML
E
ω
if 其中： Ur——控制量（输入量之一）
ω——被控量（输出量）
ML——扰动量（输入量之二）
工作原理： 被控对象—— 电动机
系统方框图：
输入量
扰动量
控制器
被控对象
输出量
开环控制系统
——输出量受控于输入量，而对控制量不能反施影响的一类系统。
状态空间 时域 时域\复域\ 频域法，模 糊集法
MIMO (Multiple-input Multiple-output) 多因素 多层次 复杂对象
Ⅲ
70年代至今
大系统理论 智能控制
本学期计划学时80，其中讲课74，模拟实验2，上机实验4。 本学期学习ch1——ch8
主要参考书
主 要 参 考 书 主 要 参 考 书
Up
可控硅
Ua
D i1
ω
测速机
闭环控制系统（反馈控制系统） 结构特征：信息循环往复传递，按偏差进行控制； 系统特点：①按偏差控制，（因此必须有输出量的测量装置）；
②抗干扰性好，控制精度高； ③系统较复杂，有稳定性问题。
使用场合： 多用于系统结构参数不稳定和扰动信号较强的场合。
2. 反馈控制系统的一般构成 输入量 偏差 串联 _ 校正 放大 元件 执行 元件 反馈校正 反馈量 测量元件
and design（fourth edition）线性控制系统分析与设计（第 4版） ,清华大学 出版社，2000.12(适用于控制专业) 6 Morris Driels, Linear control system engineering线性控制系统工程,清
华大学出版社，2000.12(适用于非控制专业) 7 Matlab应用基础
自动控制原理发展概况：
阶段 形成时期 理论基础 分析方法 时域、复域 (1948)、频 域(1932) 研究对象 SISO (Single-input,
Single-output)
数学工具 微分方程、 拉氏变换、 复变函数等 矩阵理论 (线性代数)
Ⅰ
30-50年代
经典 控制论
Ⅱ
60-70年代
现代 控制论