自控原理第一章绪论课件.ppt
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- 自控 原理 第一章 绪论 课件
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1、2023-2-81第1章 自动控制的一般概念一、自动控制的基本原理与方式一、自动控制的基本原理与方式 二、自动控制系统示例 三、自动控制系统的分类 四、对自动控制系统的基本要求 2023-2-821.1 自动控制的基本原理与方式1.1.1 自动控制技术及应用自动控制自动控制:就是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备(称为控制器)操作被控对象(如机器、设备或生产过程)的某个状态或参数(称为被控量)使其按预先设定的规律自动运行。如:飞机导航如:飞机导航 2023-2-83人造地球卫星人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收 无人驾驶飞机按预定轨迹飞行无人驾驶飞机按预定轨迹飞行 渐露锋
2、芒地无人驾驶飞机 2023-2-84制导导弹制导导弹 现代的高新技术让导弹长上了“眼睛”和“大脑”,利用负反馈控制原理去紧紧盯住目标.我国研制的地空导弹(如右图)雷达技术雷达技术雷达操作时,天线就要不停地转动。天线的作用是把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去,并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起的作用好似人的眼睛一样,因此雷达要注视和侦察整个天空的状况,天线就要不停地转动,用一个驱动马达使天线作360度的旋转,这样它就能在360度范围内进行“搜索”。2023-2-85自动控制技术应用于其他领域自动控制技术应用于其他领域 由于计算机等技术的诞生和飞速发展,使得控制技术水平
3、不断提高,已扩大到经济与社会生活的各个领域,如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等领域,控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。近年来,我国在自动化仪表、工业调节器、数字控制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用取得了长足进展。2023-2-862023-2-87工业自动生产线工业自动生产线 2023-2-881.1.2 自动控制理论的发展 自动控制理论就是研究自动控制共同规律的技术科学,它的发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理,随着工业生产和科学技术的发展,现已发展成为一门独立的学科控制论。控制论包括工程控制论、生物控制论和经济控制论。控制理论的发展过程一般可分为三个阶段:
4、(1)第一阶段。时间为本世纪4060年代,称为“经典控制理论”时期。经典控制理论主要是解决单输入单输出问题,主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。此阶段所研究的系统大多是线性定常系统,对非线性系统,分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量,经典控制理论能够较好地解决生产过程中的单输入单输出问题。这一时期的主要代表人物有伯德(H.W.Bode 1905)和伊文思(W.R.Evans)。伯德于1945年提出了简便而实用的伯德图法。1948年,伊文思提出了直观而又形象的根轨迹法。2023-2-89v(2)第二阶段。时间为本世纪6070年代,称为“现代控制理论”时期。这个时期,由于计
5、算机的飞速发展,推动了空间技术的发展。经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组,用以描述系统的动态过程,即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输出问题,系统既可以是线性的、定常的,也可以是非线性的、时变的。这一时期的主要代表人物有庞特里亚金、贝尔曼(Bellman),及卡尔曼(R.E.Kalman,1930)等人。庞特里亚金于1961年发表了极大值原理;贝尔曼在1957年提出了动态规化原则;1959年,卡尔曼和布西发表了关于线性滤波器和估计器的论文,即所谓著名的卡尔曼滤波。2023-2-810v(3)第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末,控制理论向着“大系统理论”和
6、“智能控制”方向发展。前者是控制理论在广度上的开拓,后者是控制理论在深度上的挖掘。“大系统理论”是用控制和信息的观点,研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。而“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。2023-2-8111.1.3反馈控制原理反馈控制是这样的一种控制过程,它能构在存在扰动的情况下,力图减小系统的输出量与参考输入量(也称参据量)之间的偏差,而其工作正是基于这一偏差基础之上的,这就是反馈控制的原理。2023-2-812例子2023-2-813 在工业控制中,龙门刨床速度控制系统
7、就是按照反馈控制原理进行工作的。注意:龙门刨床速度控制系统是一个有精差系统。速度最终达到的稳态值与原始给定速度之间始终有一个差值存在,这个差值是用来产生一个附加的电动机电枢电压,以补偿因增加负载而引起的速度下降。这个差值的存在是保证系统正常工作所必需的,一般称为稳态误差。如果从结构上加以改进,可以消除这个稳态误差。2023-2-8141.1.4反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成 1)测量元件:检测被控制的物理量。2)给定元件:给出与期望的被控制量相对应的系统输入量(即参据量)。3)比较元件:把测量元件检测的被控量的实际值与给定元件给出的参据量进行比较,求出它们之间的偏差。4)放大元件
8、:偏差信号的放大,用以推动执行元件。5)执行元件:直接推动被控对象,使被控量发生变化。6)校正元件:也叫补偿元件以改善系统性能。2023-2-815典型的反馈控制系统基本组成框:信号从输入端到达输出端的传输通路称为前向通路;系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。此外,还有局部反馈通路。只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统,有两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。2023-2-8162023-2-8171.1.5 自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式(1)系统。即为达到某目的,由相互制约的各个部分按定规律组成的、具有
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