第1讲 控制系统的构成和分类精选文档.ppt

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1、第1讲 控制系统的构成和分类本讲稿第一页，共三十六页例例1串联型稳压电源串联型稳压电源整流整流滤波滤波稳压稳压又称为电压调节器又称为电压调节器 voltage regulator voltage regulator本讲稿第二页，共三十六页 因因为为VO=VI-VR，当当VI，引引起起Vo,调节调节R，则，则VR，Vo.如如果果IL，引引起起Vo,调调R，VR，则则Vo.所所以以调调R,改改变变VR使使输输出出电电压稳定压稳定.稳压部分稳压部分本讲稿第三页，共三十六页实际稳压电路结构实际稳压电路结构 比较比较放大放大基准基准电压电压输出输出采样采样基准是要求的基准是要求的给定值给定值输出是随时的

2、输出是随时的检测值检测值比较放大得出比较放大得出控制量控制量控制晶体管导通程度改变控制晶体管导通程度改变管子两端电压管子两端电压使使输出电压输出电压UoUo不变。不变。本讲稿第四页，共三十六页+A+R3R1R2R比较比较放大放大基准基准电压电压输出输出采样采样本讲稿第五页，共三十六页例例2热水供应系统的自动控制热水供应系统的自动控制 本讲稿第六页，共三十六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。

3、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 终端条件终端条件 约束条件约束条件达到最大值达到最大值 例例3 3 月球软着落问题月球软着落问题 0速度到地面速度到地面 本讲稿第七页，共三十六页1.2自动控制系统的基本结构：自动控制系统的基本结构：四部分五个量四部分五个量自动控制系统的基本结构自动控制系统的基本结构设定值设定值r控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量、变送测量、变送被控变量被控变量y反馈量反馈量偏差偏差e控制变量控制变量u本讲稿第八页，共三十六页 控制系统的基本组成控制系统的基本组成 被控对象：

4、被控制的目标对象部分被控对象：被控制的目标对象部分控制器控制器:根据一定的控制规律得出控制量的部分根据一定的控制规律得出控制量的部分执行器：执行器：按控制量直接推动被控对象的部分。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：给定量：给出的与期望被控量相对应的系统输入量。给出的与期望被控量相对应的系统输入量。被控制量被控制量期望按照目标要求变化的系统输出量。期望按照目标要求变化的系统输出量。偏差：偏差：实际测量值和期望值之间的误差。实际测量值和期望值之间的误差。控制量：控制量：控制器输出的量值。控制器输出的

5、量值。反馈量：反馈量：经测量和变换送回输入端的量值。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，求出偏差。元件给出的参量进行比较，求出偏差。本讲稿第九页，共三十六页1 自动控制自动控制 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 信息信息 伴随任何事物及其运动过程的一种可记录形式。本讲稿第十页，共三十六页给定值给定值输出量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控制器被控制被控制对象

6、对象扰动扰动输出量输出量受控对象受控对象控制装置控制装置(电源电源)输入量输入量(温度温度)扰动量扰动量开关开关电炉恒电炉恒温箱温箱加热电加热电阻丝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开环和闭环控制开环和闭环控制本讲稿第十一页，共三十六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递。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输出量。系统的控制精度取决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。多用于系统结构参数稳定和扰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动信号较弱的场合.开环控制系统

7、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.本讲稿第十二页，共三十六页例例例例: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 本讲稿第十三页，共三十六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

8、人工电动机转速闭环控制系统反馈本讲稿第十四页，共三十六页控制任务：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：本讲稿第十五页，共三十六页 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本讲稿第十六页，共三十六页闭环

9、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扰；低精输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要荡，所以稳定性很重要本讲稿第十七页，共三十六页瓦特瓦特(Jameswat)发明的飞球调节器，控制蒸汽机的转速发明的飞球调节器，控制蒸汽机的

10、转速（1769年）年）本讲稿第十八页，共三十六页神舟神舟六号回收六号回收过程的过程的：测控技术测控技术本讲稿第十九页，共三十六页汽车内的测量与控制汽车内的测量与控制本讲稿第二十页，共三十六页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本讲稿第二十一页，共三十六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，汽车发伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟台动机，大型的仿真模拟台气动系统气动系统生物系统生物系统按元件类型分本讲稿第二十

11、二页，共三十六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 本讲稿第二十三页，共三十六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本讲稿第二十四页，共三十六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本讲稿第二十五页，共三十六页 也称镇定系统。输出量以一定的精度等于给也称镇定系统。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，扰动定值，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，在生产过程中，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，冶金部门的恒温系统，这类系

12、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。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：本讲稿第二十六页，共三十六页例例例例 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，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的目的。板的位置，达到

13、维持密封间隙值恒定的目的。本讲稿第二十七页，共三十六页 输出量能以一定精度跟随给定值变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），又化的系统称随动系统（伺服系统），又称为跟踪系统。称为跟踪系统。这类系统的特点是系统的这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定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，火炮系统，卫星控制系统时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。等。随动系统：随动系统：本讲稿第二十八页，共三十六页 自动控制系统的被控制量如果是根据预先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序控制系统。编好的程序进行控制的系

14、统称程序控制系统。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统等。导弹的程序控制系统等。程序控制系统：程序控制系统：本讲稿第二十九页，共三十六页 过程控制过程控制 在许多工业生产过程中，诸如对压力、在许多工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率等热工量以及原料、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量方面的控制，称为过燃料成分比例等化工量方面的控制，称为过程控制。程控制。本讲稿第三十页，共三十六页 1.5 1.5 资源和财富资源和财富 一一切切具具有有（现现实实的的或或潜潜在在的的）使使用用价价值值的的事事物物称称

15、为为资资源源。目目前前人人类类应应用用的的三三类类基基本本资资源源是是材材料料、能能源源和和信信息息。其其中中许多材料、能源资源属于自然资源。许多材料、能源资源属于自然资源。人人类类一一切切财财富富是是由由资资源源转转化化而而来来的的。直直接接拥拥有有自自然然资资源源(如如土土地地、矿矿产产等等)就就直直接接拥拥有有了了财财富富。但但一一切切非非自自然然资资源源要要通通过过其其它它资资源源转转化化而而来来，企企业业的的经经营营过过程程就就是是把把资资源转化财富的过程。源转化财富的过程。资资源源转转化化为为财财富富的的过过程程主主要要是是其其集集成成度度和和柔柔性性的的增增强强过过程程。其其中中

16、可可货货币币量量化化的的集集成成度度和和柔柔性性的的增增强强过过程程就就是是增增值过程值过程本讲稿第三十一页，共三十六页物质物质信息信息能量能量动力动力材料、工具材料、工具知识、智慧知识、智慧三类基本资源三类基本资源本讲稿第三十二页，共三十六页社会发展与对资源认识本讲稿第三十三页，共三十六页决策与控制是人类的重要活动，而管理的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。核心问题是对复杂事物的决策和控制。本讲稿第三十四页，共三十六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

17、：自适应控制、优的一门学科。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 实际实际系统系统物理物理模型模型数学数学模型模型方法（系统组成方法（系统组成分析、设计）分析、设计）本讲稿第三十五页，共三十六页作业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（作业和笔记两作业和笔记两本）本）公共邮箱公共邮箱,口令口令zdkz20110101本讲稿第三十六页，共三十六页