文档介绍：自动化学科概论-第2章
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第3章自动化的基自动化学科概论-第2章
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第3章自动化的基本原理
工程技术领域的被控对象不同的分类法
(1)按被控对象的特性可分为线性和非线性
(2)按被控对象结构参数可分为定常和时变
(3)按系统传输信号的性质可分为连续系统和离散系统
(4)按系统期望输出信号的变化规律还可分为恒值控制系统和随动控制系统
的基本方法
建立被控对象数学模型的方法主要有解析法和实验法两种。
解析法--建立起输入与输出之间的因果关系
实验法--把需建模的对象看成为一个“黑箱”
复杂系统的建模,会存在更多的困难:
⑴对于大范围变化或非线性特性强烈的对象,不能进行线性近似,必须用精确非线性的数字表达式去描述。
⑵对于变量多的系统,其数学模型将是高阶微分方程或大维数的状态方程。
⑶实际系统的参数经常不是固定不变的,系统的模型应为变参数微分方程。
⑷实际系统的参数往往是分布的,这时要用偏微分方程描述。
第3章自动化的基本原理
一个自动控制系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状态,两个平衡状态之间的过渡过程称为动态,处于平衡状态时称为静态。
自动控制系统动态过程常见形式:
⑴单调收敛过程
⑵单调发散过程
⑶衰减振荡过程
⑷等幅振荡过程
⑸发散振荡过程
自动控制系统的基本性能
⑴稳定性
与稳定性相关,还可以用平稳性来衡量一个控制系统过渡过程的好坏。
⑵快速性
⑶准确性
对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行的。
开环控制和闭环控制是按信号的传递路径来区分的两种不同的控制形式。
扰动补偿控制,也称为“前馈控制”
自动控制最基本的形式,将被控量测量出来,反馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差信号,然后根据偏差对被控对象实施有效控制,达到消除或减少偏差的目的。
按负反馈原理组成的闭环控制系统才是真正意义上的自动控制系统,反馈控制是自动控制最基本的形式,自动控制理论主要就是围绕反馈控制来研究自动控制系统的。
液位自动控制系统
即为液位偏差信号,假设H(s)=1,则系统输出y为
最后可得:
表示了整个系统输出与输入之间的传递关系,称为系统的“闭环传递函数”,而把称为系统的“开环传递函数”。
复合控制
复合控制系统中的补偿控制(前馈控制)能及时地抵消可测扰动量对被控量的不利影响,而反馈控制能保证系统的高精度。这是一种得到广泛应用的控制形式。
单回路控制——具有一个闭合环路的控制
多回路控制——具有多个控制器、多个反馈闭合环路
用简单的一个闭合环路控制往往不能得到好的控制系统特性,必须采用具有多个控制器、多个反馈闭合环路的多回路控制。
电动机的控制是多回路控制的典型例子。
⑴比例控制
⑵比例+积分控制
⑶比例+微分控制
在实际的自动控制系统中,为保持系统具有良好的动态特性和静态特性,往往使控制器同时具有比例、微分、积分控制作用,构成比例+积分+微分控制,或称为P(比例)I(积分)D(微分)控制。
控制规则的确定是控制器设计的核心
单变量控制系统——只有一个输入量和一个输出量的控制系统
多变量控制系统——有多于一个输入量或多于一个输出量的控制系统
混合槽液位控制系统
多变量控制系统用状态空间方法描述
解耦控制对解决多变量控制系统控制问题最具价值
非线性系统是指含有非线性元件的系统,需用非线性微分方程或状态方程描述。
饱和特性
典型非线性特性
带滞环的继电特性
死区特性
非线性控制系统与线性系统相比的特