[工學]cc0-緒論第一講(專業版)

　　

【正文】 ?對控制系統的基本要求一般可以歸納為： 穩定性、快速性、準確性， 統稱為系統動態性能與穩態性能。其任務是消除或減少擾動信號對系統輸出的影響，使被控制量（即系統的輸出量）保持在給定或希望的數值上。 ? 這兩個信號在控制器中比較得到輸出量與給定值之間的一個偏差信號 (正或負 )， 控制器對該偏差信號按設定的控制規律進行運算，然后發出控制指令信號，送入執行器。閉環的作用就是：應用反饋來減少偏差。 這樣 ， 當爐溫偏離希望值時 ， 開關 K的接通或斷開時間不會相應改變 。 智能控制 是近年來新發展起來的一種控制技術 ， 是人工智能在控制上的應用 。至此 ， 控制理論發展的第一階段基本完成 ， 形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經典控制理論 。包括測量設備、計算處理設備及驅動動作設備。學習本課程的目的在于使學生結合工程實際，應用經典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題 。 ?課外補充 復習：復變函數 Laplace變換 自學： Matlab編程。一般由控制裝置和被控制對象組成。 ? 1868年，馬克斯威爾（ ）提出了低階系統的穩定性代數判據 。 大系統理論是過程控制與信息處理相結合的系統工程理論 ， 具有規模龐大 、 結構復雜 、 功能綜合 、 目標多樣 、 因素眾多等特點 。 圖 1－ 2 液位控制系統示意圖 ? 但是液位 H的變化卻不會自動使閥門 V2開度發生變化，也就是說系統的輸出量 (液面高度 )對系統的控制作用 (輸入流量 )沒有任何影響 。 那么，閥門 V1開度變化引起輸出流量和液位變化時，該裝置通過測量和比較，得到實際液位與給定值的偏差，這個偏差信號通過 執行部件(圖中的伺服電動機 )反過來使控制輸入流量的閥門 V2開度自動作相應的變化，把液位又調整到原來的高度 。 ? (2)控制器 (或稱調節器 )：具有比較、放大、判斷決策與發出指令的功能。 ?控制對象： 被控制的機器，設備，過程或系統； ?控制器： 用來對被控制對象施加控制作用的裝置；反饋環節：將輸出量轉化為主反饋信號的裝置；反饋環節中通常含有信號檢測裝置 。 控制系統的性能指標 1. 穩定性 系統在受到擾動作用后自動返回原來的平衡狀態的能力。 指穩定系統在完成過渡過程后的穩態輸出偏離希望值的程度 。例如： 恒值系統 隨動系統 控制系統的分類 （ 2） ? 線性系統和非線性系統（按照組成系統的元件特性分類） 線性系統 是指構成系統的所有元件都是線性元件的系統。 ? (4)測量變送器 ：測量輸出量的大小和變化，并把被控量大小與變化變成與給定值相同類型的信號送人控制器。 ?閉環系統： 由于增加了檢測裝置和反饋環節 ，結構較復雜 ， 成本有所增加；但它提高了系統的控制精度和抗干擾能力；同時負反饋對系統穩定性產生不利影響 。 2).閉環控制 閉環控制 是指系統的被控制量 （ 輸出量 ）與控制作用之間存在著 反饋 的控制方式 。 智能控制是驅動智能機器自主地實現其目標的過程 ， 對自主機器人的控制就是典型的例子而環境的復雜性則表現為變化的不確定性和難以辨識 。 與此同時 ， 反饋作用又帶來了系統穩定性問題 ， 正是這個曾一度困擾人們的系統穩定性問題激發了人們對反饋控制系統進行深入研究的熱情 ， 推動了自動控制理論的發展與完善 。那么象汽車的駕駛也是由人參與的負反饋調節。 ?數控加工中心能夠按照預先給定的工藝程序自動進刀切削，加工出預期的幾何形狀。 前導課程： 復變函數、電路理論、機械制造技術基礎 后續課程： 機電一體化控制、 畢業設計等 …… 控制思想、控制方法論 主要教學環節 ?習題 獨立完成作業，按時交作業。 自動控制系統的功能和組成是多種多樣的 ，其結構有簡單也有復雜 。 從 1868年馬克斯威爾（ ） 提出低階系統穩定性判據至今一百多年里 ， 自動控制理論的發展可分為四個主要階段： 第一階段： 經典控制理論 （ 或古典控制理論 ） 的產生 、 發展和成熟； 第二階段： 現代控制理論的興起和發展； 第三階段： 大系統控制興起和發展階段； 第四階段 ：智能控制發展階段 。 大系統理論 20世紀 70年代開始 ， 現代控制理論繼續向深度和廣度發展 ， 出現了一些新的控制方法和理論 。 例如 ：電加熱爐 開環控制系統例 1 被控制對象： 電阻絲 被控制量 （ 輸出量 ） ： 爐溫 控制裝置： 開關 K和電熱絲，對 被控制量起控制作用。 同時 ， 由于有反饋的存在 ， 整個控制過程是閉合的 ， 故也稱為閉環控制 。 ? (1)控制對象 (或稱調節對象 )：指被控制的設備與機器，在上述系統中控制對象指的是 水箱 。 ?閉環控制 系統的方框圖 被控量 偏差 信號 () 參考 輸入信號 r(t) 調節器 (或控制器 ) u(t) 受控系統 e(t) c(t) 反饋信號 控制量 擾動 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執行 機構 受控 對象 反饋裝置 (測量元件 ) 控制對象： 被控制的機器，設備，過程或系統； ?閉環控制 系統的方框圖 被控量 偏差 信號 () 參考 輸入信號 r(t) 調節器 (或控制器 ) u(t) 受控系統 e(t) c(t) 反饋信號 控制量 擾動 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執行 機構 受控 對象 反饋裝置 (測量元件 ) 控制器： 用來對被控制對象施加控制作用的裝置；反饋環節：將輸出量轉化為主反饋信號的裝置；反饋環節中通常含有信號檢測裝置 。 如果系統內某處或數處信號是以脈沖序列或數碼形式傳遞的系統則稱為 離散系統 。 系統動、靜態性能相關概念 在時域中 ， 常用單位階躍信號作用下 ， 系統輸出的超調量 ?p ,上升時間 Tr,峰值時間 Tp,過渡過程時間 （ 或調整時間 ） Ts和振蕩次數 N等特征量表示 。其只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理。為防止輸出量過調，使系統穩定，取反饋信號符號與給定值的相反，稱為負反饋。 ? 讓水箱液面始終保持給定的高度。 人本身就是一個具有高度復雜控制能力的閉環系統 。 小結 控制技術的應用范圍廣，與我們的工作、生活密切相關，在現實世界中可謂無處不在，掌握好控制技術有著非常重要的意義！ 方框圖的有關概念