《自动控制原理教学课件》第2章

《自动控制原理教学课件》第2章•自动控制系统的基本概念•控制系统的基本元件•控制系统的数学模型•控制系统的性能分析目录•控制系统的设计方法contents01自动控制系统的基本概念定义与分类总结词概述了自动控制系统的定义，以及开环和闭环控制系统的分类详细描述自动控制系统是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程的某个物理量按照预定的规律自动运行的系统根据有无反馈，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统组成与特点总结词介绍了自动控制系统的基本组成元件及其特点详细描述自动控制系统通常由输入环节、控制环节、执行环节、反馈环节等组成输入环节接收来自外界的输入信号，控制环节根据输入信号和系统内部状态计算出控制信号，执行环节根据控制信号驱动被控对象，反馈环节将系统输出信号反馈给控制环节，以便进行误差补偿工作原理与发展历程总结词详细描述阐述了自动控制系统的工作原理及发展自动控制系统的工作原理是基于负反馈原历程理，通过不断减小系统输出与期望输出的VS误差，使系统输出达到期望值自动控制系统的发展历程可以追溯到20世纪初，随着电子技术和计算机技术的发展，自动控制系统得到了广泛应用和不断改进02控制系统的基本元件传感器传感器工作原理传感器是控制系统中的重要元传感器的工作原理通常基于物件，用于检测被控量的变化，理效应或化学反应，将物理量并将其转换为可处理的信号或化学量转换为电信号或光信号常见类型性能指标常见的传感器类型包括温度传传感器的性能指标包括灵敏度、感器、压力传感器、位移传感线性范围、响应时间、稳定性器、速度传感器等等控制器控制器常见类型控制器是控制系统的核心元件，用于常见的控制器类型包括PID控制器、接收传感器的输入信号，并根据控制模糊控制器、神经网络控制器等算法计算输出信号工作原理性能指标控制器的工作原理通常基于控制算法，控制器的性能指标包括控制精度、响根据输入信号和设定值计算输出信号，应时间、稳定性等以调节被控量的变化执行器执行器常见类型执行器是控制系统中的执行元件，用于将常见的执行器类型包括电动执行器、气动控制器的输出信号转换为实际的控制动作执行器、液压执行器等工作原理性能指标执行器的工作原理通常基于物理效应或机执行器的性能指标包括输出力、响应时间、械运动，将电信号或气信号转换为实际的稳定性等控制动作测量元件01020304测量元件常见类型工作原理性能指标测量元件是控制系统中的常见的测量元件类型包括测量元件的工作原理通常测量元件的性能指标包括测量元件，用于检测被控压力表、流量计、温度计基于物理效应或化学反应，测量精度、响应时间、稳量的实际值，并将其转换等将物理量或化学量转换为定性等为可处理的信号可测量的信号03控制系统的数学模型建立数学模型的方法原理分析法根据系统的工作原理，列出输入和输出量之间的关系，得到微分方程或差分方程实验建模法通过实验测量系统的输入和输出数据，利用最小二乘法、曲线拟合等统计方法建立数学模型近似建模法在某些情况下，为了简化模型，可以采用近似方法建立数学模型，如传递函数中的近似化简传递函数与方块图传递函数描述线性定常系统输入与输出量之间关系的数学表达式，通常表示为有理分式方块图用图形方式表示传递函数，有助于理解和分析系统的动态性能方块图的连接方式并联、串联、反馈连接等，不同的连接方式对系统的动态性能产生影响状态方程与状态空间图010203状态方程状态空间图状态方程的求解方法描述系统内部状态变量的微分方用图形方式表示状态方程，可以包括解析法和数值法，解析法可程或差分方程，通常表示为矩阵直观地了解系统的动态行为和状以得到精确解，而数值法适用于形式态变量的变化趋势求解非线性或时变系统04控制系统的性能分析稳定性分析定义稳定性是控制系统的重要性能指标，指系统在受到扰动后能否回到原始平衡状态的能力分类根据系统响应的不同特性，稳定性可分为稳定、临界稳定和不稳定三种状态判定方法通过分析系统的极点或特征根的位置，以及系统的传递函数或状态方程，可以判断系统的稳定性稳态误差分析定义稳态误差是衡量控制系统性能的一个重要指标，1指系统在稳态时受到扰动作用后产生的误差计算方法通过分析系统的开环和闭环传递函数，以及系统2的输入信号和初始状态，可以计算出系统的稳态误差减小稳态误差的方法通过优化控制系统的参数和结构，提高系统的开3环增益，可以减小系统的稳态误差动态性能分析定义优化方法动态性能是指系统在过渡过通过调整控制系统的参数和程中表现出的性能指标，如结构，改善系统的动态性能，超调量、调节时间和振荡次以满足实际应用的需求数等评价标准根据系统的实际需求和设计要求，制定相应的动态性能指标，如阶跃响应的超调量不得超过20%，调节时间不得超过10秒等05控制系统的设计方法经典设计法总结词基于系统性能指标，通过解析系统结构，利用线性代数、微积分等数学工具进行系统分析和综合详细描述经典设计法主要包括根轨迹法、频率响应法和PID控制器设计等这种方法主要基于系统性能指标，通过解析系统结构，利用数学工具进行系统分析和综合，以实现系统性能的最优化现代设计法总结词详细描述利用现代控制理论，通过状态空间分析和设现代设计法主要包括状态空间法、极点配置计，实现系统的最优控制和最优估计法、最优控制和最优估计等这种方法基于现代控制理论，通过状态空间分析和设计，实现系统的最优控制和最优估计，以达到系统性能的最优化最优设计法总结词基于最优控制理论，通过求解最优控制问题，实现系统性能的最优化详细描述最优设计法主要包括线性二次型最优控制、极大值原理和动态规划等这种方法基于最优控制理论，通过求解最优控制问题，实现系统性能的最优化，以达到最优控制效果THANKS感谢观看。