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自動控制實踐 緒論,1,目 錄,1 緒論 1.1 自動控制系統(tǒng)的基本概念與應用 1.2 對控制系統(tǒng)的要求 1.3 計算機仿真與實際系統(tǒng)的區(qū)別 1.4 控制工程師的職責 1.5 本課程特點、目標及學習方法 1.6 信號傳輸與系統(tǒng)組成 考評 展望 作業(yè)與思考,,2,1.1、自動控制系統(tǒng)的基本概念與應用 溫度控制系統(tǒng)（舉例、畫圖）,開環(huán)控制優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價廉、安裝、調(diào)試簡便，缺點精度低、易受各種干擾影響。 閉環(huán)控制優(yōu)點：精度高、準確、快速、靈敏，缺點：機構(gòu)復雜、調(diào)試復雜、成本高。 各部件的作用,閉環(huán)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖,自動控制,-緒論,3,閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例,瓦特離心調(diào)速器,磁懸浮軸承縱向子系統(tǒng),,收卷控制,自動火炮,4,閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例,,,目標方位跟蹤式導彈發(fā)射架系統(tǒng) 方位 俯仰,5,1．執(zhí)行元件: 驅(qū)動控制對象，改變被控量（輸出量）。 伺服系統(tǒng)中…/過程控制系統(tǒng)中… 2．測量元件: 將被測量檢測出來并轉(zhuǎn)換成另一種容易處理和使用的量（例如電壓）。 測量元件一般稱為傳感器，過程控制中又稱為變送器。 物理/幾何/電特性/光電/磁電,主要元件功能,6,3．功放元件: 將控制驅(qū)動信號幅值放大，輸出較大功率以驅(qū)動執(zhí)行元件動作。 4．校正元件（補償元件） :實現(xiàn)運算的硬件和軟件。實現(xiàn)對控制信號的運算，對功放元件輸出驅(qū)動指令，確保系統(tǒng)穩(wěn)定并達到規(guī)定的性能指標。,7,采用多回路控制是工程上獲得高性能控制的常用方案,4、穩(wěn)定性（工程上是默認，工程上的穩(wěn)定性指隨溫度、參數(shù)變化是否能保證 一定性能，實際上指的是控制的魯棒性）,系統(tǒng)2三種不同控制器輸出響應,1 ）跟蹤輸入指令；2）抑制干擾,1.2、對控制系統(tǒng)的要求,控制系統(tǒng)基本要求：,1、快速性(帶寬、最大速度、最大加速度)；,2、穩(wěn)態(tài)誤差（精度）；,3、其它要求（溫度范圍、尺寸……）；,系統(tǒng)1三種不同控制器輸出響應,8,1.3、計算機仿真與實際系統(tǒng)的區(qū)別,工程實際： 高階、非線性、干擾、變參數(shù)……,,計算機仿真或理論： 降階、線性、時不變……,既不可能、也無必要,導彈研制過程:數(shù)字仿真，然后將實際導引頭、舵機等部件與仿真轉(zhuǎn)臺等附件構(gòu)成的半實物仿真系統(tǒng)進行仿真，最后是實彈打靶。前一步完成是啟動后一步的條件，最后一步成功才能產(chǎn)品化的條件。,,要想建立與工程實際相同的模型，,9,1.4、控制工程師的職責,項目研發(fā)中控制工程師應處于主導地位,1.5 本課程特點、目標及學習方法,方法：（與理論的區(qū)別）,控制工程師就是系統(tǒng)工程師,是否需要加偏心負載平衡？是否需要多付出一倍的成本將機械固有頻率提高30%？系統(tǒng)布線？電磁兼容性？……,溫度控制專家？,磚家？,目標：系統(tǒng)工程師（使用者）,區(qū)分以下不同：data、information、 understanding 、Knowledge、wisdom,10,1.6、信息傳輸與系統(tǒng)組成,1、模擬量： （-10V~+10V、0~10mA、4~20mA等）,,,控制系統(tǒng)中的以信息為主的電信號，相對微弱。如參考輸入R、反饋信號yf、和控制信號uc。由于系統(tǒng)中總是存在一定噪聲、干擾，所以這些信號又不能太小，是技術(shù)便捷性、信噪比的折中，有一些常用標準。,信息傳輸?shù)闹饕笜耍嚎?、準（存在噪聲、干擾時，這兩個常常會矛盾，需要權(quán)衡）,2、數(shù)字量：數(shù)字量傳送較模擬量抗干擾能力強 （標準TTL輸入高電平最小2V，輸出高電平最小2.4V,典型值3.4V,輸入低電平最大0.8V，輸出低電平最大0.4V，典型值0.2V。） 傳輸方式1串口：RS232、RS422、RS485、CAN （Controller Area Network）、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS等，快速性指標：波特率（Baud rate）或比特率用b/s (bps)、bit/s、比特/秒） 傳輸方式2并行口：同時通過多條數(shù)據(jù)線傳輸信息，一次傳輸一個字節(jié)?？煊诖?，常用于近距離傳輸，如板卡之間。,11,3、信息傳輸,3.3、I/O接口量：通?？刂葡到y(tǒng)中的使能、啟動、切斷主電路電源、抱閘等采用開關(guān)量傳輸、控制，這些量通常直接采用I/O接口進行連接，如PLC、工控機上的I/O接口。,,,輸入接口,輸出接口,原因：一個大系統(tǒng)就一個參考電位，所有的信號直接連接是技術(shù)噩夢,12,4、模擬控制器,,,Z1為R，Zf為電容1/sc，為積分器,,模擬運算放大器,,,主要優(yōu)缺點： 1、易受干擾：模擬量的處理均容易受到干擾、噪聲、零點飄移等影響，工 業(yè)現(xiàn)場AD、 DA板模擬信號做到不超過3~5mV的干擾已經(jīng)不易了； 2、不易獲得準確的較正參數(shù)：模擬運算放大器常選用商品化的R、C，由于 R、C的值均是離散的值，且有一定誤差，如果還需調(diào)試就更困難了； 3、實現(xiàn)困難：特別比較復雜的控制，如抗飽和、變控制參數(shù)等，采用基于硬件的模擬控制就非常困難了。,用處：比如簡單、固定參數(shù)的PID控制器，上述缺點影響可以承受，價格敏感地方。如系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制。,13,1、6 某項目計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成,某三軸轉(zhuǎn)臺計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成,14,1、6串口總線,15,1.7、考評,實驗40%（必須參加）,考試50%,平時10%（作業(yè)、考勤，無故缺席每次扣1分， 累計扣3分就不用考試了）,16,1.8、展望,17,作業(yè),1、定性設計主動磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖，并簡述系統(tǒng)各元部件的主要指標、要求及控制系統(tǒng)的主要指標要求。 2、結(jié)合本專業(yè)定性討論一個實際控制系統(tǒng)的構(gòu)成，畫出控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖，簡述系統(tǒng)各元部件的主要指標、要求及控制系統(tǒng)的主要指標要求。 3、或自己敢興趣的實際課題,18,興趣思考,1、如果自行車車把歪了，但人騎自行車仍然能按人想要的軌跡騎行而不歪，簡述其基本原理。 2、如果一個人去撿拾靜止的鉛筆，發(fā)現(xiàn)這個人手在鉛筆前后振蕩次數(shù)很多，甚至無法穩(wěn)定，請從控制系統(tǒng)工程師的角度分析一下振蕩可能的原因。如果該人在沒有試圖做什么的時候，手是不振顫的，請進一步確定振蕩的原因。 3、反饋控制什么條件下比開環(huán)控制更差？ 4、A、B兩個動物，A的最大速度、最大加速度均大于快于B， A就一定能跟蹤好B嗎？ 5、高炮打飛行器可以根據(jù)目標現(xiàn)在的位置和速度的反饋量進行預測，計算機高炮要在飛機現(xiàn)在的角度再加一個提前角度才可能使炮彈在該角度與飛行器相撞。如果直接采用導彈打飛機與上述采用高炮打飛機又何不同？優(yōu)缺點是什么？,19,