自动控制_长安校区
自 动 控 制
Automatic Control
主讲人:马银龙
© 2010 Department of Electrical Engineering
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自 动 控 制
Automatic Control
主讲人:马银龙
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简单的水位自动控制系统
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较完善的水位自动控制系统
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蒸汽
杠杆
套筒
圆锥形齿
轮蒸汽机
负载
阀门
n n
n1
采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统
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• 控制器与被控对象之间只有正向的控制作用。
• 输出量对控制量没有影响。
• 输入输出间没有反馈回路。
控制器 被控对象
输入量 控制量 输出量
定时器设定
的时间 烤箱的加热系统
面包的颜色
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1. 结构简单、造价低。
2. 系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及控制器及被控对象参
数的稳定性。
3. 开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。
1. 控制量的变化规律可以预知。
2. 可能出现的干扰可以抑制。
3. 被控量很难测量。
应用较为广泛,如家电、加热炉、车床等等。
开环控制系统由于没有反馈回路,不能根据系统输出自动地进行控
制,因此不是自动控制系统。
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将输出量引入到输入端,使输出量对控制作用产生直接的影响,形成闭环控制系统。
Mc↑→n↓→u
f
↓→u
e
(=u
r
-u
f
)↑→u
a
↑→n↑
直流电动机转速闭环控制系统
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直流电动机转速闭环控制系统方块图
前向通道:系统输入量到输出量之间的通道。
反馈通道:从输出量到反馈信号之间的通道。
比较环节:输出量为各输入量的代数和。
输入量:ur 输出量:n 反馈量:uf 控制量:ua
偏差量(ue)=给定量 (ur )-反馈量(uf )
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1. 系统对外部或内部干扰(如内部件参数变动)的影响不甚敏感。
2. 出于采用反馈装置,导致设备增多,线路复杂。
3. 闭环系统存在稳定性问题。由于反馈通道的存在,对于那些惯性较
大的系统,若参数配合不当,控制性能可能变得很差.甚至出现发
散或等幅振荡等不稳定的情况。
对于主反馈必须采用负反馈。若采用
正反馈将使偏差越来越大。
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反馈信号与输入信号相减
若为正反馈?……
直流电动机转速闭环控制系统方块图
负反馈
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是一个带有反馈装置的动力学系统。系统能自动而连续地测量被控制量,
并求出偏差,进而根据偏差的大小和正负极性进行控制,而控制的目的是力
图减小或消除所存在的偏差。
1. 结构上必须有反馈装置并按负反馈的
构成系统。
2. 由偏差产生控制作用。
3. 控制的目的是尽量的减小或消除偏差,使输出量接近于期望值。
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串联
校正元件
放大元件 执行元件 控制对象
并联校正元件
测量元件
输入
信号
r(t)
+ +
- -
比较
元件
e(t)
偏差
信号
主
反
馈
信
号
局部反馈
主反馈
扰动
输
出
C(t)
典型自动控制系统方块图
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垂直陀螺仪
给定
装置
放
大
器
舵
机
飞
机
反馈电位器
θ0
扰动
俯仰角控制系统方块图
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1. 按给定信号的形式 恒值系统 / 随动系统
2. 按系统是否满足叠加原理 线性系统 / 非线性系统
3. 按系统参数是否随时间变化 定常系统 / 时变系统
4. 按信号传递的形式 连续系统 / 离散系统
5. 按输入输出变量的多少 单变量系统 / 多变量系统
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19世纪初
经典控制理论
• 时域法
• 复域法 (根轨迹法)
• 频域法
20世纪60年代
经典控制理论
• 线性系统
• 自适应控制
• 最优控制
• 鲁棒控制
• 最佳估计
• 容错控制
• 系统辨识
• 集散控制
• 大系统复杂系统
20世纪70年代
智能控制理论
• 专家系统
• 模糊控制
• 神经网络
• 遗传算法
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即稳定性,是指系统重新恢复平衡状态的能力,任
何一个正常工作的系统首先必须是稳定的。
即准确性,是对系统稳态(静态)性能的要求。它
是衡量系统控制精度的重要指标。
即快速性,是对系统动态性能(过度过程性能)的
要求。快速性是衡量系统质量高低的重要指标之一。
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系统的典型阶跃响应及动态性能指标
h(t)
t
0
1
𝝈% 允许误差:0.05
ts tp
0.5
td
0.1
0.9
tr
Td:延迟时间
Tr:上升时间
Tp:峰值时间
Ts:调节时间
𝝈%:超调量
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延迟时间td:阶跃响应第一次达到
终值的50%所需的时间。
上升时间tr:阶跃响应从终值的10%
上升到终值的90%所需的时间。有
振荡时,可定义为从0到第一次达到
终值所需的时间。
峰值时间tp:阶跃响应越过终值达
到第一个峰值所需的时间。
调节时间ts:阶跃响应到达并保持
在终值5%误差带内所需的最短时间。
超调量σ %:峰值超出终值的百分比。
( ) ( )
%
( )
ph t h
h
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连续
系统
离散
系统
• 时域分析与校正
(基于传递函数)
• 根轨迹法
• 频域分析与校正
(基于Bode图、
Nyquist图)
• z 变化方法
(基于脉冲传递
函数)
• 离散系统的数字
校正
离散化
采样、保持
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系统中有一处或几处信号是脉冲串或数码
(1)控制计算由程序实现,便于修改,容易实现复杂的控制律;
(2)抗干扰性强;
(3)一机多用,利用率高;
(4)便于联网,实现生产过程的自动化和宏观管理。
(1)采样点间信息丢失,与相同条件下的连续系统相比,性能
会有所下降;
(2)需附加A/D, D/A转换装置。
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计算机控制系统
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② 字长足够 认为
•采样 — 时间上离散
•量化 — 数值上离散
① t <
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