控制工程基础ppt课件第一章控制系统的基本概念.ppt
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1、9/18/2023,1,第一章 控制系统的基本概念,一、控制系统的工作原理及其组成,二、控制系统的基本类型,三、对控制系统的基本要求,四、控制工程发展概况,五、本课程的任务及主要内容,六、小结,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,2,一、控制系统的工作原理及其组成,自动控制,在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称为控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(通称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自动地按照预定的规律运行。,如:数控机床、室内温度控制、机车、船舶 及飞机自动驾驶、导弹制导等。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,3,工作原理,第一章 控
2、制系统的基本概念,9/18/2023,4,人工控制恒温箱调节过程:,观测恒温箱内的温度(被控制量),与要求的温度(给定值)进行比较,得到温度 偏差的大小和方向,根据偏差大小和方向调节调压器,控制加热电 阻丝的电流以调节温度回复到要求值。,人工控制过程的实质:检测偏差再纠正偏差。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,5,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,6,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,7,恒温箱自动控制系统工作原理:,恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2,恒温箱期望温度由电压u1给定,并与实际温度 u2比较得到温度偏差信号uu1 u2,温度偏差
3、信号经电压、功率放大后,用以驱动 执行电动机,并通过传动机构拖动调压器动触 头。当温度偏高时,动触头向减小电流的方向 运动,反之加大电流,直到温度达到给定值为 止,此时,偏差u0,电机停止转动。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,8,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,9,从恒温箱控制系统功能框图可见:,给定量位于系统的输入端,称为系统输入量。也称为参考输入量(信号)。,被控制量位于系统的输出端,称为系统输出量。,输出量(全部或一部分)通过测量装置返回系 统的输入端,使之与输入量进行比较,产生偏 差(给定信号与返回的输出信号之差)信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的
4、全部或部 分输出信号称为反馈信号。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,10,综上所述,控制系统的工作原理:,检测输出量(被控制量)的实际值,将输出量的实际值与给定值(输入量)进行比 较得出偏差;,用偏差值产生控制调节作用去消除偏差,使得 输出量维持期望的输出。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,11,由于存在输出量反馈,上述系统能在存在无法预计扰动的情况下,自动减少系统的输出量与参考输入量(或者任意变化的希望的状态)之间的偏差,故称之为反馈控制。,显然:反馈控制建立在偏差基础上,其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,1
5、2,这种基于反馈原理,能对输出量与参考输入量进行比较,并力图保持两者之间既定关系的系统。称为反馈控制系统。反馈控制系统具备测量、比较和执行三个基本功能。,注意:反馈控制系统中,反馈信号是与给定信号相减,使偏差越来越小,称为负反馈。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,13,开环控制与闭环控制,实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类:,开环控制系统,闭环控制系统,半闭环控制系统,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,14,开环控制系统,特点:系统仅受输入量和扰动量控制;输出端 和输入端之间不存在反馈回路;输出量 在整个控制过程中对系统
6、的控制不产生 任何影响。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,15,优点:简单、稳定、可靠。若组成系统的元件 特性和参数值比较稳定,且外界干扰较 小,开环控制能够保持一定的精度。,缺点:精度通常较低、无自动纠偏能力,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,16,闭环控制系统,特点:输出端和输入端之间存在反馈回路,输 出量对控制过程有直接影响。闭环的作用:应用反馈,减少偏差。,优点:精度高,对外部扰动和系统参数变化不 敏感,缺点:存在稳定、振荡、超调等问题,系统性 能分析和设计麻烦。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,17,半闭环控制系统,特点:反馈信号通过系统
7、内部的中间信号获得。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,18,闭环控制系统的组成,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,19,给定元件 产生给定信号或输入信号。,反馈元件 测量被控制量(输出量),产生反馈信号。为便于传输,反馈信号通常为电信号。,注意:在机械、液压、气动、机电等系统中 存在着内在反馈,这种反馈无须专门 的反馈元件,是系统内部各参数相互 作用产生的,如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。,第一章 控制系统的基本概念,9/18/2023,20,比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较,产生偏差 信号;,放大元件 对偏差信号进行放大,使之有足够的能量驱 动执行
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- 控制工程 基础 ppt 课件 第一章 控制系统 基本概念
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