自動(dòng)控制實(shí)踐緒論ppt課件

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自動(dòng)控制實(shí)踐 緒論,1,目 錄,1 緒論 1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念與應(yīng)用 1.2 對(duì)控制系統(tǒng)的要求 1.3 計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)際系統(tǒng)的區(qū)別 1.4 控制工程師的職責(zé) 1.5 本課程特點(diǎn)、目標(biāo)及學(xué)習(xí)方法 1.6 信號(hào)傳輸與系統(tǒng)組成 考評(píng) 展望 作業(yè)與思考,,2,1.1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念與應(yīng)用 溫度控制系統(tǒng)（舉例、畫(huà)圖）,開(kāi)環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、安裝、調(diào)試簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)精度低、易受各種干擾影響。 閉環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)：精度高、準(zhǔn)確、快速、靈敏，缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試復(fù)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(dòng)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(dòng)火炮,4,閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例,,,目標(biāo)方位跟蹤式導(dǎo)彈發(fā)射架系統(tǒng) 方位 俯仰,5,1．執(zhí)行元件: 驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，改變被控量（輸出量）。 伺服系統(tǒng)中…/過(guò)程控制系統(tǒng)中… 2．測(cè)量元件: 將被測(cè)量檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成另一種容易處理和使用的量（例如電壓）。 測(cè)量元件一般稱為傳感器，過(guò)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(dòng)信號(hào)幅值放大，輸出較大功率以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作。 4．校正元件（補(bǔ)償元件） :實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的硬件和軟件。實(shí)現(xiàn)對(duì)控制信號(hào)的運(yùn)算，對(duì)功放元件輸出驅(qū)動(dòng)指令，確保系統(tǒng)穩(wěn)定并達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)。,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(rèn)，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(shí)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(yīng),1 ）跟蹤輸入指令；2）抑制干擾,1.2、對(duì)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(yīng),8,1.3、計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)際系統(tǒng)的區(qū)別,工程實(shí)際： 高階、非線性、干擾、變參數(shù)……,,計(jì)算機(jī)仿真或理論： 降階、線性、時(shí)不變……,既不可能、也無(wú)必要,導(dǎo)彈研制過(guò)程:數(shù)字仿真，然后將實(shí)際導(dǎo)引頭、舵機(jī)等部件與仿真轉(zhuǎn)臺(tái)等附件構(gòu)成的半實(shí)物仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，最后是實(shí)彈打靶。前一步完成是啟動(dòng)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(shí)際相同的模型，,9,1.4、控制工程師的職責(zé),項(xiàng)目研發(fā)中控制工程師應(yīng)處于主導(dǎo)地位,1.5 本課程特點(diǎn)、目標(biāo)及學(xué)習(xí)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(fù)載平衡？是否需要多付出一倍的成本將機(jī)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(biāo)：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(hào)，相對(duì)微弱。如參考輸入R、反饋信號(hào)yf、和控制信號(hào)uc。由于系統(tǒng)中總是存在一定噪聲、干擾，所以這些信號(hào)又不能太小，是技術(shù)便捷性、信噪比的折中，有一些常用標(biāo)準(zhǔn)。,信息傳輸?shù)闹饕笜?biāo)：快、準(zhǔn)（存在噪聲、干擾時(shí)，這兩個(gè)常常會(huì)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(qiáng) （標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)：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(shí)通過(guò)多條數(shù)據(jù)線傳輸信息，一次傳輸一個(gè)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(dòng)、切斷主電路電源、抱閘等采用開(kāi)關(guān)量傳輸、控制，這些量通常直接采用I/O接口進(jìn)行連接，如PLC、工控機(jī)上的I/O接口。,,,輸入接口,輸出接口,原因：一個(gè)大系統(tǒng)就一個(gè)參考電位，所有的信號(hào)直接連接是技術(shù)噩夢(mèng),12,4、模擬控制器,,,Z1為R，Zf為電容1/sc，為積分器,,模擬運(yùn)算放大器,,,主要優(yōu)缺點(diǎn)： 1、易受干擾：模擬量的處理均容易受到干擾、噪聲、零點(diǎn)飄移等影響，工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)AD、 DA板模擬信號(hào)做到不超過(guò)3~5mV的干擾已經(jīng)不易了； 2、不易獲得準(zhǔn)確的較正參數(shù)：模擬運(yùn)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(shí)現(xiàn)困難：特別比較復(fù)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(jiǎn)單、固定參數(shù)的PID控制器，上述缺點(diǎn)影響可以承受，價(jià)格敏感地方。如系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制。,13,1、6 某項(xiàng)目計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成,某三軸轉(zhuǎn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成,14,1、6串口總線,15,1.7、考評(píng),實(shí)驗(yàn)40%（必須參加）,考試50%,平時(shí)10%（作業(yè)、考勤，無(wú)故缺席每次扣1分， 累計(jì)扣3分就不用考試了）,16,1.8、展望,17,作業(yè),1、定性設(shè)計(jì)主動(dòng)磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，畫(huà)出控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖，并簡(jiǎn)述系統(tǒng)各元部件的主要指標(biāo)、要求及控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)要求。 2、結(jié)合本專業(yè)定性討論一個(gè)實(shí)際控制系統(tǒng)的構(gòu)成，畫(huà)出控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖，簡(jiǎn)述系統(tǒng)各元部件的主要指標(biāo)、要求及控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)要求。 3、或自己敢興趣的實(shí)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(jiǎn)述其基本原理。 2、如果一個(gè)人去撿拾靜止的鉛筆，發(fā)現(xiàn)這個(gè)人手在鉛筆前后振蕩次數(shù)很多，甚至無(wú)法穩(wěn)定，請(qǐng)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(méi)有試圖做什么的時(shí)候，手是不振顫的，請(qǐng)進(jìn)一步確定振蕩的原因。 3、反饋控制什么條件下比開(kāi)環(huán)控制更差？ 4、A、B兩個(gè)動(dòng)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(biāo)現(xiàn)在的位置和速度的反饋量進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算機(jī)高炮要在飛機(jī)現(xiàn)在的角度再加一個(gè)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(dǎo)彈打飛機(jī)與上述采用高炮打飛機(jī)又何不同？?jī)?yōu)缺點(diǎn)是什么？,19,