孔祥东、王益群 控制工程基础课件第一章.ppt

第一章 绪论,第一章 绪 论,,,,第一章 绪论,§1.1 概 述,自动控制应用领域广泛,第一章 绪论,将控制论同工程实践结合在一起形成了工程控制论，因此，控制工程是一门研究控制论在工程中应用的科学控制工程基础主要阐述自动控制技术的基础理论控制工程基础：也称控制理论基础，主要阐述的是自动控制技术的基础理论控制论(Cybernetics)是研究生物体、机器及各种不同系统控制和调节规律的科学它不仅是一门极为重要的科学，而且也是一门卓越的方法论，具有适用于各门科学的思想和方法§1.1 概 述,一、基本概念,第一章 绪论,控制论被广泛的应用到现实生活中的各个领域，是一门重要的方法论§1.1 概 述,第一章 绪论,二、控制论的发展历史,§1.1 概 述,古典控制理论是基础，现代控制理论、智能控制理论是古典控制理论的延伸和拓展第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,,一、自动控制系统工作原理,“检测偏差用以纠正偏差”,第一章 绪论,温度的偏差信号：,图1-2 恒温箱自动控制系统,§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,图1-3 板厚控制简图,板带出口厚度信息h由检测元件测出并反馈到电液伺服系统中，伺服系统发出控制信号以驱动液压缸，从而调节轧制辊缝，使得板带出口厚度h保持在要求的误差范围内。

第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,自动控制：自动控制的过程与人工控制过程原理相同，即“检测偏差用以纠正偏差”人工控制：人工控制的过程就是测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程，即“检测偏差用以纠正偏差”第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,反馈(Feedback)就是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较反馈控制原理：基于反馈基础上的“检测偏差用以纠正偏差”的原理,负反馈(Negative Feedback)是指反馈信号与系统的输入信号的方向相反的反馈形式第一章 绪论,二、开环控制与闭环控制,§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,若系统的输出量对系统的控制具有反馈作用，则系统称为闭环系统特点：利用负反馈的作用来减小系统的误差，具有自动修正被控量偏离给定值的作用，因此可以抑制内扰和外扰所引起的误差，达到自动控制的目的系统精度主要取决于检测元件的精度和系统的内部结构可以利用精度不高、成本较低的元器件组成控制精度较高的闭环控制系统优点：精度高对扰动及内部参量变化的影响具有抑制能力缺点：系统存在稳定性问题，干扰因素多。

§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,三、闭环控制系统的基本组成,§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,四、自动控制系统的基本类型,§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,3．按参数是否为常数分,(1)时变系统：当系统数学描述中显含时间t时，即数学描述中的系数是时间t的函数时，称相应的系统为时变系统 (2)定常系统：特点是系统数学描述中不显含时间t定常系统在物理上代表了结构和参数都不随时间变化的一类系统4．按系统信号类型分,(1)连续控制系统：系统中各个参量的变化都是连续进行的，是时间的连续函数(也称模拟量)2)离散控制系统：系统中某一处或数处的参量是脉冲序列或数码的形式，这种信号是离散的，即数值上和时间上不连续其他的划分方式还有： 5．按系统输入输出变量数量分为单变量系统和多变量系统 6．按系统结构和参数在工作过程中是否确定分确定系统和不确定系统7．按系统能否用常微分方程描述分集中参数系统和分布参数系统§1.2 自动控制系统的基本概念,第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,五、对控制系统的基本要求,稳定、准确、快速,(1)稳定性：由于系统存在着惯性，当系统的各个参数匹配不妥时，将会引起系 的振荡而失去工作能力。

稳定性就是指动态过程的振荡倾向和系统 能否恢复平衡状态的能力 稳定性的要求是系统工作的首要条件2)准确性：是指在调整过程结束后输出量与给定量之间的偏差，或称为静态精 度是衡量系统工作性能的重要指标 例如数控机床精度愈高，则加工精度也越高3)快速性：这是在系统稳定的前提下提出的快速性是指当系统输出量与给定 量之间产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度 快速性反应系统的敏捷性稳、快、准是相互制约的！,第一章 绪论,§1.2 自动控制系统的基本概念,对于自动控制系统而言，在保证稳定的前提下，对其快速性和准确性方面的性能指标可按如下类型给出：,(1) 时域性能指标，包括瞬态性能(快速性与平稳性)指标和稳态性能(准确性)指标2) 频域性能指标，反映系统在频域方面的特性3) 综合性能指标第一章 绪论,§1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容,一、主要任务,前者主要是分析系统，后者是综合与设计。

第一章 绪论,二、研究内容,§1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容,第一章 绪论,小 结,本章介绍了控制工程基础的基本概念及控制理论发展历程；论述了自动控制系统的工作原理、开环控制与闭环控制的概念、闭环控制系统的基本组成、自动控制系统的基本类型及对控制系统的基本性能要求；最后阐述了控制工程基础的主要任务和研究内容。