过程自动控制原理电子教案
121页1、自动控制理论,(第3版) 夏德钤 翁贻方 编著机械工业出版社,参考书,复变函数与积分变换刘建亚主编高等教育出版社 2005年 自动控制原理(上、下册)黄家英编东南大学出版社 过程装备控制技术及应用 王毅主编化学工业出版社,第一章 引论,自动控制:采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行,使表征被控对象的参数能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。(举例) 第一代控制理论:古典控制理论 第二代控制理论:现代控制理论 第三代控制理论:大系统理论和智能控制理论,控制理论的发展,自动化技术学科萌芽于1765年俄国人波尔佐诺夫发明蒸汽锅炉水位调节器,和1784年英国人瓦特发明蒸汽机离心飞锤式调速器 1932年H.Nyquist提出稳定性的频率判据。 1940年H.W.Bode在频率法中引入对数坐标系。 1942H.Harris年引入传递函数的概念。 1948年W.R.Evans提出根轨迹法。 1949年N.Wienner出版了控制关于在动物和机器中控制和通讯的科学。,古典控制理论,20世纪50年代古典控制理论趋于成熟。其特点是以积分变换为数学工具,以传递函数为手段,采用频率域分析方法,研
2、究“单输入-单输出”线性定常控制系统的分析和设计。对复杂多变量系统、时变系统、非线性系统显得无能为力。,现代控制理论,20世纪50年代末60年代初,控制理论有重大发展。现代控制理论以微分方程、线性代数、数值计算为数学工具,采用时域方法(状态空间方法),研究多“多输入-多输出”控制系统、时变系统、非线性控制系统的分析和设计。如极大值原理、动态规划理论、卡尔曼的能控能观性和最优滤波理论等。,大系统理论和智能控制理论,大系统的特点:维数高、关联复杂、不确定性(带有噪声、参数未知、模型结构不确定、未建模动态)、多层次多目标。 大系统理论:控制理论、运筹学、计算机科学相结合的产物。包括递阶控制、分散控制、大系统的建模和分析、多目标决策等。 智能控制:充分获取知识来处理信息和数据从而控制过程。主要形式:专家系统、模糊控制、神经网络。,第1-1节 开环控制和闭环控制,系统:为达一定目的,由相互制约的各个部分按一定的规律组织成的、具有一定功能的整体。由控制器和被控对象组成。 开环控制:在控制器与被控对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用,即系统的输出量对控制量没有影响。(系统框图) 闭环控制:在控制器
3、与被控对象之间不仅存在正向作用,而且存在反馈作用,即系统的输出量对控制量有直接影响。实质是利用反馈作用来减小系统的误差,又称为反馈控制。具有自动修正被控量偏离给定值的作用。,实例分析,液面控制系统(示意图) 造纸机分部传动系统(示意图) 打印轮控制系统(示意图) 运算放大器,第1-2节 自动控制系统的类型,随动系统(伺服系统)、自动调整系统(恒值调节系统)、程序控制系统 线性系统与非线性系统 连续系统与离散系统 单变量系统与多变量系统 确定系统与不确定系统 集中参数系统与分布参数系统,第1-3节 自动控制理论概要,自动控制系统分析的问题 稳定性(稳) 稳态响应(准) 暂态响应(快) 自动控制系统设计的问题 确定合适的控制规律及相应的参数 从系统的数学模型估计系统的时域响应 指明改善系统性能的途径 为控制系统的计算机辅助设计或仿真创造条件,第1-4节 自动控制系统中的术语,自动控制中常用的是负反馈控制系统。 对于开环控制系统,当对象或控制器受到干扰,或工作过程中特性参数发生变化时,会直接影响输出量,而无法自动补偿。(示意图) 闭环控制系统是按照偏差进行调节的。通过闭环来抑制内扰和外扰引起
4、的误差。 本课程讨论的范围是恒值调节、线性、连续、单变量、确定、集中参数系统。,第二章 线性系统的数学模型,数学模型:描述系统运动规律的数学表达式(微分方程、差分方程)。 经验法和解析法 建模过程:被控对象的调研(确定输入量和输出量)理想化的假设线性化根据物理或化学定律列出微分方程化简,第2-1节 线性系统的输入-输出 时间函数描述,机理分析法建模:描述系统输入输出关系的数学模型。 例2-1 弹簧阻尼系统 例2-2 机械旋转系统 例2-3 电路网络系统 实验辨识法建模:利用输入输出实验数据建立模型。,例2-1 弹簧阻尼系统中,质量为m的物 体受到外力F的作用,产生位移y,求该系 统的输入输出描述。,例2-2 机械旋转系统中,转动惯量为J的 圆柱体,在转矩T的作用下产生角位移 ,求该系统的输入输出描述。,例2-3 一电阻、电感、电容串联网络, 其中u为输入电压,求以电容两端电压uc 为输出的微分方程。,描述线性定常系统输入输出关系的微分方程,r(t)系统的输入量;c(t)系统的输出量;ai常量,i=1、2、n;bj常量,j=0、1、2、m;m输入量导数的最高阶数;n输出量导数的最高阶数。
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