汽车电子设备自动控制系统的基本概念

汽车电子设备自动控制系统的基本概念内容摘要：

汽车电子设备自动控制系统的基本概念 汽车课件下载 第一章 汽车电子设备自动控制系统的基本概念 第二章 汽车电子设备自动控制系统的数学模型 第三章汽车电子设备自动控制系统的时域分析 第四章 频率法分析 第五章 根轨迹法 第六章汽车电子设备控制系统的综合校正 第七章 非线性控制系统分析汽车课件下载 第一章 汽车电子设备自动控制系统的基本概念第一节 自动控制的作用第二节 自动控制理论的发展简介第三节 自动控制与自动控制系统第四节 开环控制与闭环控制第五节 本课程的内容和特点本章小节、重点第 01页汽车课件下载 ， 汽车电子设备自动控制技术起着重要的作用。 除了在宇宙飞船 、 导弹发射和飞机驾驶等系统中 ，自动控制技术具有特别重要的作用之外 ， 它在现代机器制造和工业生产过程中也是不可缺少的重要组成部分。 随着自动控制理论和技术的不断发展 ， 给人们提供了获得动态系统最佳性能的方法 ， 提高了产品质量 ， 降低了生产成本 ， 提高了劳动生产率 ， 使人们从繁重的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。 本章将对本课程的主要内容作一个简介，使读者对自动控制理论的内容有一个基本了解，以便更好地学习以后各章节。 汽车课件下载 ，是指在人不直接参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、生产过程等）自动地按照预定的规律进行工作。 一、自动控制技术应用于军事、航天领域火炮 、 雷达 、 跟踪系统；人造卫星；宇宙飞船。 二 、 自动控制技术应用于工业生产过程轧钢过程；工业窑炉；车辆工程；石油化工；水泥建材；玻璃 、 造纸等。 第 03页汽车课件下载 ， 是一门理论性较强的工程科学。 根据自动控制技术的发展进程 ， 自动控制理论可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。 一 、 经典控制理论的形成和基本内容古代两个典型的自动控制系统汽车课件下载 ：麦克斯韦尔 ） ， 1868年发表 论调节器 ， 研究调节器的微分方程 ， 线性化处理 ， 系统稳定性取决于微分方程的特征根是否都具有一对负的实部 ， 针对二阶和三阶系统讨论了使特征根具有负实部时 ， 特征多项式系列应满足的条件。 系统稳定准则：由 霍尔维茨） 和 劳斯） 提出的劳斯 李雅普诺夫） 奈魁斯特） 提出奈氏判据， 德） 提出了对数频率特性的方法。 二战期间 ， 军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。 美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论 、 比例 微分 ） 控制以及 维纳 ） 的随机过程理论等结合在一起 ，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方法。 汽车课件下载 ：伊万斯 ） 提出的方法和规则是当系统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。 目前仍然是系统设计和稳定性分析的一种重要方法。 50年代末期所讨论的内容主要有： 系统数学模型的建立、时域分析祛、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等 ， 也被称为经典控制理论。 二 、 现代控制理论概述50年代末 ， 美国的 贝尔曼 ） 、 卡尔曼 ） 和前苏联的 庞德里亚金 等考虑用常微分方程作为控制系统的数学模型。 由于数字计算机的发展使得十年前尚无法进行的计算问题成为可能 ， 这时李雅普诺夫的工作被引人到控制理论中来 ， 而由 维纳 ） 等人在第二次世界大战期间关于最优控制的研究也被用来研究系统状态轨迹的优化问题。 这种方法在标准形式或状态形式的常微分方程的基础上直接引进并大量使用了计算机。 这种方法通常称为 “ 现代控制理论 ” ， 以区别于60年代以前的 “ 经典控制理论 ”。 汽车课件下载 ：状态空间法被引入到控制理论中来 表征系统结构特征的重要概念。 “ 内部研究 ” 代替了传统的 “ 外部研究 ”。 并使分析与综合过程建立在严格的理论基础之上。 主要分支学科：线性系统理论 、 最优控制理论 、 系统辨识与自适应控制 、 大系统理论和特大系统理论等。 一些分支学科还渗透到相邻学科中去 ， 如滤波技术 、 自学习理论与人工智能 、建模理论与系统工程等。 汽车课件下载 、 自动控制的概念1、 手动控制水箱水位的手动控制 ：观测实际水位，将实际水位与要求的水位值相比较，得出两者偏差。 根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度，即当实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度，否则加大阀门开度以改变进水量，从而改变水箱水位，使之与要求值保持一致。 汽车课件下载 、自动控制浮子： 测量作用连杆： 比较作用放大器、伺服电动机和减速器：调节作用阀门： 执行元件作用自动控制是在人不直接参与的情况下，利用外加设备或装置（称为自动控制装置）使被控对象（如机器、设备、生产过程等）自动地按照预定的规律运行，使被控对象的一个或多个物理参数（如温度、流量成分等）能够自动地在一定的精度范围内，按照给定的规律变化。 汽车课件下载 ，电位器输出电压值为正，且其大小反映了实际水位与水位要 求 值的差值，放大器输出信号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到实际水位重新与水位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏差消除或减小，使实际水位达到要求的水位值。 汽车课件下载 、 自动控制系统为达到某一目的 ， 由相互制约 、 相互联系的各个部件按照一定规律构成且具有独立功能的整体称为系统。 自动控制系统是由 被控对象 和 自动控制装置 按照一定方式连接起来 ， 能完成一定自动控制任务的总体。 自动控制系统的 被控制量 称为 系统输出量影响系统输出量的 外界输入 称为系统的 扰动输入量输入量分类：给定输入 （ 或称参考输入 、 希望值等 ） ： 指对系统输出量的要求值扰动输入 ： 指对系统输出量有不利影响的输入量汽车课件下载 ：为了清楚地表示控制系统的组成及各组成部分之间信号的传输关系 ， 画出的控制系统元件作用图称为系统方框图。 共有四种图例：（ 1） 装置用方框表示（ 2） 信号用带箭号的线段表示（ 3） 信号引出点（ 4） 信号相加点 （ 比较点 ）汽车课件下载 （ ） 自动控制系统的组成由两大组成部分 ， 即被控对象和自动控制装置 （ 有时也称为控制器 ）自动控制装置又可分为下列几个部分：（ 1） 测量元件 （ 或测量装置 ）。 用于测量被控量的实际值或对被控量进行物理量变换的装置。 （ 2） 比较元件 （ 或比较器 ）。 它将被控量的实际值 （ 常取负号 ） 与被控量的要求值 （ 常取正号 ） 相比较 ， 得到偏差的大小和符号。 （ 3） 调节元件。 通常包括放大器和校正装置。 它能将偏差信号放大 ，并使输出控制信号与偏差信号之间具有一定的数值运算关系 （ 也称为调节规律或控制算法 ）。 （ 4）执行元件。 接受调节元件的输出控制信号，产生具体的控制效果，使被控制量产生预期的改变。 汽车课件下载 （二）自动控制系统的工作原理从图 1当被控量偏离给定值（通常是给定值变化或因扰动而引起）时，测量元件测得被控量的值，并经物理量变换后由比较元件将其与给定值比较得出偏差，调节元件根据偏差的大小进行调节和运算，将输出的控制信号送到执行器产生具体的控制作用。 这一控制作用使被控量恢复或趋近于给定值，从而消除或减少偏差。 通过测量、比较得到偏差，由偏差信号产生控制作用，最终使偏差消除或减少的原理称为负反馈原理。 自动控制系统的主要特点是：（ 1）从信号的传送来看，采用的是负反馈原理；（ 2）从控制作用的产生来看，是由偏差产生的；这种由偏差产生的控制作用称为偏差控制。 具有上述两个特点的自动控制系统称为反馈控制系统、闭环控制系统或偏差控制系统。 这一类系统的工作原理称为反馈控制原理。 汽车课件下载 、自动控制系统分类从信号传送的结构特点可将控制系统可分为 开环控制系统 与 闭环控制系统。 按照其他分类原则还可分为：（一）随动系统与自动调整系统随动系统 又称为伺服系统。 特点： 给定值是预先未知的、随时间任意变化，要求系统被控量以尽可能小的误差跟随给定值变化。 自动调整系统 又称为 恒值控制系统 、 定值调节系统 或 自动镇定系统。 特点： 系统输入量（即给定值）不变，但由于扰动使被控量偏离要求值，该系统能根据偏差产生控制作用，使被控量恢复到要求值，并以一定的准确度保持在要求值附近。 （二）线性系统和非线性系统线性系统 是指组成系统的元器件的 静态特性为直线 ，能用 线性常微分方程 描述其输出与输入关系的系统。 线性系统的主要特点是具有 叠加性 和齐次性。 汽车课件下载 （ 或称为 线性时不变系统 、 自治系统）非线性系统 是指组成系统的元器件中有一个以上具有非直线的静态特性的系统。 非线性系统还可分为 非线性时变系统 与 非线性定常系统。 严格地说，实际上不存在线性系统，这是因为各种实际的物理系统总是具有不同程度的非线性，但只要非线性不严重，在一定范围内能用线性系统的理论和方法对待的系统都可视为线性系统。 （三）连续系统与离散系统连续系统 ，各部分的输入和输出信号都是 连续变化 的 模拟量 ，可用 微分方程 来描述各部分输入 散系统 ，某一处或多处的信号以 脉冲序列 或 数码形式 传递的系统。 离散系统也有 线性离散系统 和 非线性离散系统 、 定常离散系统 和 时变离散系统 之分。 汽车课件下载 （ 四 ） 单输入 多输出系统（ 五 ） 确定系统与不确定系统若系统的结构和参数是确定的 、 预先可知的 ， 系统的输入信号 （ 包括给定输入和扰动 ） 也是确定的 ， 则可用解析式或图表确切地表示 ， 这种系统称为 确定系统。 系统本身的结构和参数不确定或作用于系统的输入信号不确定时 ， 则称这种系统为 不确定系统。 单输入 输入量和输出量各只有一个 ， 也称为 单变量系统。 多输入 输入量和输出量个数多于一个 ， 也称为 多变量系统。 （ 六 ） 集中参数系统和分布参数系统能用常微分方程描述的系统称为 集中参数系统。 不能用常微分方程而必须用偏微分方程描述的系统称为 分布参。