控制系统的构成和分类.pptx

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1、+A+R3R1R2R比较放大基准电压输出采样第1页/共35页例例2 热水供应系统的自动控制热水供应系统的自动控制 第2页/共35页飞船靠其发动机产生一与月球重力方向相反的推力u(t)，以使飞船在月球表面实现软着陆，要求发动机推力的控制规律，并使燃料的消耗最少。设飞船质量为m(t)，高度为h(t)，垂直速度为v(t)，发动机推力为u(t)，月球表面的重力加速度为常数g。设不带燃料的飞船质量为M，初始燃料的总质量为F初始高度为h0，初始的垂直速度为v0，那么飞船的运动方程式可以表示为：初始条件 终端条件 约束条件达到最大值 例3 3 月球软着落问题 0速度到地面 第3页/共35页1.2 自动控制系

2、统的基本结构：四部分五个量自动控制系统的基本结构设定值r控制器执行器被控对象测量、变送被控变量y反馈量 偏差e控制变量u第4页/共35页 控制系统的基本组成控制系统的基本组成 被控对象：被控制的目标对象部分控制器:根据一定的控制规律得出控制量的部分 执行器：按控制量直接推动被控对象的部分。测量反馈：测量被控制的量并转换和送回与要求比较;给定量：给出的与期望被控量相对应的系统输入量。被控制量 期望按照目标要求变化的系统输出量。偏差：实际测量值和期望值之间的误差。控制量：控制器输出的量值。反馈量：经测量和变换送回输入端的量值。比较环节：把测量元件检测的被控量实际值与给定 元件给出的参量进行比较，求

3、出偏差。第5页/共35页1 自动控制 通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。2系统由一些元、部件有机构成的具有一定功能的整体。3 信息 伴随任何事物及其运动过程的一种可记录形式。第6页/共35页给定值输出量典型开环控制的方框图典型开环控制的方框图典型开环控制的方框图典型开环控制的方框图控制器被控制对象扰动输出量 受控对象控制装置(电源)输入量(温度)扰动量开关电炉恒温箱加热电阻丝炉温开环控制系统方框图炉温开环控制系统方框图1.3 开环和闭环控制第7页/共35页控制方式控制方式：按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的

4、输出量。系统的控制递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。多用于系统结构精度取决于系统事先的调整精度。多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合参数稳定和扰动信号较弱的场合.开环控制系统特点：开环控制系统特点：信号从输入到输出无反馈信号从输入到输出无反馈,单向传递单向传递.结构简单结构简单.控制精度不高控制精度不高,无法抑制扰动无法抑制扰动.第8页/共35页例例例例:直流电动机转速开环控制系统直流电动机转速开环控制系统直流电动机转速开环控制系统直流电动机转速开环控制系统。输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统输出量对输

5、入量没有影响的系统称为开环系统输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统 第9页/共35页闭环控制闭环控制图示图示图示图示:人工电动机转速闭环控制系统人工电动机转速闭环控制系统人工电动机转速闭环控制系统人工电动机转速闭环控制系统反馈第10页/共35页控制任务：控制任务：保持工作机械恒速运行保持工作机械恒速运行.控制过程的一种描述：控制过程的一种描述：第11页/共35页反反反反 馈：馈：馈：馈：输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程负反馈：负反馈：负反馈：负反馈：反馈的结果削弱

6、使原输入信号的效果反馈的结果削弱使原输入信号的效果反馈的结果削弱使原输入信号的效果反馈的结果削弱使原输入信号的效果典型闭环系统方框图典型闭环系统方框图第12页/共35页闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制:是指控制器与控制对象之间既有顺向是指控制器与控制对象之间既有顺向是指控制器与控制对象之间既有顺向是指控制器与控制对象之间既有顺向 作用有反向联系的控制过程。作用有反向联系的控制过程。作用有反向联系的控制过程。作用有反向联系的控制过程。特点特点:输出影响输入，所以能削弱或抑制干输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡

7、，所以稳定性很重要可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要第13页/共35页瓦特(James wat)发明的飞球调节器，控制蒸汽机的转速（1769年）第14页/共35页 神舟六号回收过程的：测控技术测控技术第15页/共35页汽车内的测量与控制第16页/共35页1.4 1.4 自动控制系统的分类自动控制系统的分类开环控制闭环控制(反馈控制)复合控制 按控制方式分按控制方式分第17页/共35页机械系统机械系统恒张力系统恒张力系统电气系统电气系统机电系统机电系统全自动照相机，光机全自动照相机，光机 电结合电结合液压系统液压系统伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟台

8、台气动系统气动系统 生物系统生物系统按元件类型分第18页/共35页按系统功用分温度控制系统压力控制系统位置控制系统 第19页/共35页线性系统非线性系统连续系统定常系统时变系统确定性系统不确定性系统按系统性能分离散系统第20页/共35页恒值控制系统随动系统程序控制系统按参据量变化规律分按参据量变化规律分第21页/共35页 也称镇定系统。输出量以一定的精度等于也称镇定系统。输出量以一定的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的过程

9、中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。恒温系统，石油部门的恒压系统等。1-4 1-4 典型控制系统典型控制系统(控制方式控制方式)恒值系统：恒值系统：第22页/共35页例例例例 电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统 系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算机，与设定值比较后，系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定发出控制指令至电动机提升机构，调整密封板的位置，

10、达到维持密封间隙值恒定的目的。的目的。第23页/共35页 输出量能以一定精度跟随给定值输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统（伺服系统），变化的系统称随动系统（伺服系统），又称为跟踪系统。又称为跟踪系统。这类系统的特点是这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。系统，卫星控制系统等。随动系统：随动系统：第24页/共35页 自动控制系统的被控制量如果是根自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系统。序

11、控制系统。例如，炼钢炉中的微机控例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统等。等。程序控制系统：程序控制系统：第25页/共35页 过程控制过程控制 在许多工业生产过程中，诸如对在许多工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率等热压力、温度、湿度、流量、频率等热工量以及原料、燃料成分比例等化工工量以及原料、燃料成分比例等化工量方面的控制，称为过程控制。量方面的控制，称为过程控制。第26页/共35页 1.5 1.5 资源和财富 一切具有（现实的或潜在的）使用价值的事物称为资源。目前人类应用的三类基本资源是材料、能源和信息。其中许多材料、能源资

12、源属于自然资源。人类一切财富是由资源转化而来的。直接拥有自然资源(如土地、矿产等)就直接拥有了财富。但一切非自然资源要通过其它资源转化而来，企业的经营过程就是把资源转化财富的过程。资源转化为财富的过程主要是其集成度和柔性的增强过程。其中可货币量化的集成度和柔性的增强过程就是增值过程第27页/共35页物质信息能量动力材料、工具知识、智慧三类基本资源第28页/共35页社会发展与对资源认识第29页/共35页决策与控制是人类的重要活动，而管理的核心问题是对复杂事物的决策和控制。第30页/共35页自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、智能控制、智慧控制讨论的对象：因果系统 、工程系统系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 课程特点：研究系统的共性问题 实际系统物理模型数学模型方法（系统组成分析、设计）第31页/共35页精品课件！第32页/共35页精品课件！第33页/共35页作业1-4,1-7描述一个现实的自动控制的例子，并指出其中的各个组成部分和量值。思考：现代工业过程，有没有开环控制的例子，有没有不控制的过程？每次上课带好笔，本子（作业和笔记两本）公共邮箱,口令zdkz20110101第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页