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自動控制理論,總學時:64理論學時：64采用教材:《自動控制原理》潘豐張開如主編中國林業(yè)出版社、北京大學出版社,第一章自動控制的一般概念,1-1自動控制和自動控制系統(tǒng)人工控制直流電動機轉速示意圖如下所示:,,,,激磁回路,激磁電流,電樞電壓,人所起的三個作用:(1)觀察電機的轉速;(2)將觀察到的轉速與需要保持的轉速在頭腦中進行比較;(3)根據比較得出的結論去調整電位器的輸出電壓.,自動控制直流電動機轉速示意圖如下所示:,基本概念:自動控制就是應用控制裝置自動地有目的地控制或操縱機器設備或過程,使之具有一定的狀態(tài)和性能.被控制的機器設備或物體,叫被控對象,如直流電動機.所用的控制裝置常稱為控制器,如運算器.(4)控制器和被控對象的組合稱為自動控制系統(tǒng).,自動控制系統(tǒng)可有各種各樣的形式.但總的來說,可分,為兩種,一種叫閉環(huán)自動控制系統(tǒng),一種叫開環(huán)自動控制系統(tǒng).先以上面所介紹的直流電動機轉速自動控制系統(tǒng)為例來說明什么叫閉環(huán)自動控制系統(tǒng).為清楚說明系統(tǒng)中各裝置或元件間的作用關系,或者說各裝置或元件間的信號傳遞關系,常用方框圖表示系統(tǒng),直流電動機轉速自動控制系統(tǒng)可畫成如下方框圖:,圖中每一個方框表示系統(tǒng)中的一個元件或幾個元件組合而成的一個裝置;帶箭頭的直線表示系統(tǒng)中信號流通的方向小圓圈符號表示比較器,正負號表示信號在比較器中是被相加還是被相減,需特別提請注意的是:在比較器中進行比較,的信號必須是同一種物理量,否則不能進行比較.在直流,電動機轉速自動控制系統(tǒng)中,需要進行比較的二個物理量一個是電壓,一個是轉速,所以要把轉速通過測速發(fā)電機的轉換,變成電壓后再比較.方框圖中信號的常用名稱:r(t):系統(tǒng)的輸入信號,其中使系統(tǒng)具有預定性能或預定輸出的,又可稱為給定輸入信號或參考輸入信號,如電位器的輸出電壓.c(t):系統(tǒng)的輸出信號,或叫輸出量,又常叫做系統(tǒng)對輸入的響應,如電動機的轉速.b(t):叫反饋信號.而把系統(tǒng)中輸出信號轉換成反饋信號的元件或裝置,稱為反饋元件或反饋裝置,如測速發(fā)電機.e(t):叫偏差信號.是r(t)與b(t)比較的結果.,u(t):是控制器的輸出信號,叫控制信號.,需特別指出的是:以上所有信號都是時間t的函數.還有一種信號,叫干擾信號,它的作用是破壞系統(tǒng)具有預定性能或預定輸出,也是時間t的函數.干擾信號根據具體情況,在系統(tǒng)中可有不同的作用點.閉環(huán)系統(tǒng)的特點:系統(tǒng)的輸出信號經反饋與輸入信號進行比較,系統(tǒng)按比較的結果e(t)進行控制,凡具有這一特點的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng),也常叫做反饋控制系統(tǒng).在反饋控制系統(tǒng)中,如果反饋信號的作用是加強輸入信號的作用,則稱為正反饋控制系統(tǒng);如果反饋信號的作用是減弱輸入信號的作用,則稱為負反饋控制系統(tǒng).自控理論中主要研究的是負反饋控制系統(tǒng).假如系統(tǒng)的輸出信號不反饋到系統(tǒng)的輸入端與輸入信號進行比較,則這類系統(tǒng)叫開環(huán)控制系統(tǒng).,1-2自動控制系統(tǒng)的類型,為便于研究自動控制系統(tǒng)的基本實質及確定正確的研究方法和所應采用的數學工具,在自控理論中,將各種系統(tǒng)劃分成以下幾個基本類型.一﹑單輸入﹑單輸出線性連續(xù)定常系統(tǒng)單輸入﹑單輸出:系統(tǒng)只有一個輸入信號,一個輸出信號連續(xù):系統(tǒng)中各元件的輸入﹑輸出信號均是時間t的連續(xù)函數.但對于整個系統(tǒng)的輸入信號r(t)而言,允許有間斷點,即分段連續(xù).定常:系統(tǒng)中各元件的特性參數不隨時間而變化.線性:系統(tǒng)中各元件的靜特性必須是直線.凡線性元件或系統(tǒng),必滿足疊加原理,用數學語言可作如下表述設一系統(tǒng)(或元件)的輸入為r(t),輸出為c(t),,當系統(tǒng)靜止時,輸入與輸出的關系如下圖所示,S是運算子,則:,,當輸入為,時,輸出為,當輸入為,時,輸出為,,當輸入為,時,輸出為,對于線性連續(xù)定常系統(tǒng),可用線性常系數微分方程來描述其運動特性,一般可寫成如下形式的微分方程:,上式中,為不隨時間t而變化的確定的常數,二﹑非線性系統(tǒng),當系統(tǒng)中只要有一個元件具有非線性特性時,就叫做非線性系統(tǒng),如下圖所示:,非線性系統(tǒng)要有非線性微分方程來描述其運動特性.三﹑離散系統(tǒng)系統(tǒng)中只要有一個地方的信號是時間t的離散信號時,系統(tǒng)就叫做離散系統(tǒng),離散系統(tǒng)的運動特性要用差分方程來描述.,