控制工程基础第一章讲解.ppt

对控制系统的基本要求 稳定性 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。 控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致。 College of mechanical & electronic engineering 1.2自动控制系统的基本概念 准确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。 College of mechanical & electronic engineering 1.2自动控制系统的基本概念 快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、准确性和快 速性要求各有侧重。 系统的稳定性、准确性、快速性相互制约，应 根据实际需求合理选择。 College of mechanical & electronic engineering 1.2自动控制系统的基本概念 §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 College of mechanical & electronic engineering 控制论实质上是研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。具体地说，它研究的是广义系统在一定的外界条件（即输入或激励、干扰）作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 自动控制的研究对象 系统 输入 输出 外界作用 系统内部的信息 传递与交互 系统的响应 College of mechanical & electronic engineering 从系统、输入、输出三者之间的关系出发，根据已知条件与求解 问题的不同，控制论的任务可以分为以下五种： （1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题； （2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题； （3）已知输入和理想输出时，设计系统，即最优设计问题； （4）输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息， 此即滤波与预测问题； （5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数，即系统 辨识问题。 控制工程基础的研究任务 §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 本课程的任务及主要内容 本课程的任务 控制系统性能分析 动态性能：过渡过程分析、稳定性分析等 稳态性能：控制精度（稳态误差） 控制系统设计 选择适当的控制器及控制规律以改善控制系统 的性能使其满足控制要求。 控制系统的性能分析和设计通常是交替进行的。 College of mechanical & electronic engineering §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 控制系统分析和设计一般包括： 建立控制对象的数学模型（线性化模型） 对象的性能分析、仿真 选择控制方案（开环/闭环等） 选择性能指标，设计控制器 全系统性能分析、仿真 研制控制器，构建控制系统 试验验证 College of mechanical & electronic engineering §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 本课程主要内容 控制系统数学模型的建立 控制系统的时域分析 控制系统的频域分析 控制系统的设计和校正 介绍经典控制理论的基础知识，包括： College of mechanical & electronic engineering §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 College of mechanical & electronic engineering §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 1-5．图1-10为张力控制系统。当送料速度在短时间内突然变化时， 试说明该控制系统的作用情况。画出该控制系统的框图。 测量 元件 > 电动机 角位移 给定值 电动机 图1-10 题1-5图 College of mechanical & electronic engineering §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 测量 元件 > 电动机 角位移 给定值 电动机 由图可知，通过张紧轮将张力的变化转为角位移，通过测量角位移即可获得 当前张力的大小。当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位 移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位 移的给定值进行比较，得到它们的偏差