自動(dòng)控制理論,總學(xué)時(shí):64理論學(xué)時(shí)：64采用教材:自動(dòng)控制原理潘豐張開如主編中國林業(yè)出版社、北京大學(xué)出版社,第一章自動(dòng)控制的一般概念,1-1自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)人工控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(gè)作用:(1)觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速;(2)將觀察到的轉(zhuǎn)速與需要保持的轉(zhuǎn)速在頭腦中進(jìn)行比較;(3)根據(jù)比較得出的結(jié)論去調(diào)整電位器的輸出電壓.,自動(dòng)控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:,基本概念:自動(dòng)控制就是應(yīng)用控制裝置自動(dòng)地有目的地控制或操縱機(jī)器設(shè)備或過程,使之具有一定的狀態(tài)和性能.被控制的機(jī)器設(shè)備或物體,叫被控對象,如直流電動(dòng)機(jī).所用的控制裝置常稱為控制器,如運(yùn)算器.(4)控制器和被控對象的組合稱為自動(dòng)控制系統(tǒng).,自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng),一種叫開環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng).先以上面所介紹的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)為例來說明什么叫閉環(huán)自動(dòng)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(guān)系,或者說各裝置或元件間的信號傳遞關(guān)系,常用方框圖表示系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)可畫成如下方框圖:,圖中每一個(gè)方框表示系統(tǒng)中的一個(gè)元件或幾個(gè)元件組合而成的一個(gè)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(fù)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(jìn)行比較,的信號必須是同一種物理量,否則不能進(jìn)行比較.在直流,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)中,需要進(jìn)行比較的二個(gè)物理量一個(gè)是電壓,一個(gè)是轉(zhuǎn)速,所以要把轉(zhuǎn)速通過測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)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(yù)定性能或預(yù)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(yīng),如電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.b(t):叫反饋信號.而把系統(tǒng)中輸出信號轉(zhuǎn)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(jī).e(t):叫偏差信號.是r(t)與b(t)比較的結(jié)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(shí)間t的函數(shù).還有一種信號,叫干擾信號,它的作用是破壞系統(tǒng)具有預(yù)定性能或預(yù)定輸出,也是時(shí)間t的函數(shù).干擾信號根據(jù)具體情況,在系統(tǒng)中可有不同的作用點(diǎn).閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn):系統(tǒng)的輸出信號經(jīng)反饋與輸入信號進(jìn)行比較,系統(tǒng)按比較的結(jié)果e(t)進(jìn)行控制,凡具有這一特點(diǎn)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(qiáng)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(fù)反饋控制系統(tǒng).自控理論中主要研究的是負(fù)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(jìn)行比較,則這類系統(tǒng)叫開環(huán)控制系統(tǒng).,1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型,為便于研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本實(shí)質(zhì)及確定正確的研究方法和所應(yīng)采用的數(shù)學(xué)工具,在自控理論中,將各種系統(tǒng)劃分成以下幾個(gè)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(gè)輸入信號,一個(gè)輸出信號連續(xù):系統(tǒng)中各元件的輸入輸出信號均是時(shí)間t的連續(xù)函數(shù).但對于整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號r(t)而言,允許有間斷點(diǎn),即分段連續(xù).定常:系統(tǒng)中各元件的特性參數(shù)不隨時(shí)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(shù)學(xué)語言可作如下表述設(shè)一系統(tǒng)(或元件)的輸入為r(t),輸出為c(t),當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí),輸入與輸出的關(guān)系如下圖所示,S是運(yùn)算子,則:,當(dāng)輸入為,時(shí),輸出為,當(dāng)輸入為,時(shí),輸出為,當(dāng)輸入為,時(shí),輸出為,對于線性連續(xù)定常系統(tǒng),可用線性常系數(shù)微分方程來描述其運(yùn)動(dòng)特性,一般可寫成如下形式的微分方程:,上式中,為不隨時(shí)間t而變化的確定的常數(shù),二非線性系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)中只要有一個(gè)元件具有非線性特性時(shí),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(yùn)動(dòng)特性.三離散系統(tǒng)系統(tǒng)中只要有一個(gè)地方的信號是時(shí)間t的離散信號時(shí),系統(tǒng)就叫做離散系統(tǒng),離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性要用差分方程來描述.,