资源简介

(共34张PPT)
第三单元
系统与设计 System Design
系统的结构
系统的分析
系统的设计
一　系统的结构
１　系统
　　由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。
系统构成的三个条件：
至少要有两个或两个以上的要素（或部分） ；
各要素之间互相联系互相作用，有一定的结构；
系统的功能是组成的要素所不具备的。
注：
按照一定方式形成一个整体；
具有特定功能的有机整体；
系统有大有小，有简单有复杂。大的和复杂的系统又可以划分为若干子系统。
２　系统的类型
（1）自然系统和人造系统
（2）实体系统和抽象系统
（3）有生命系统和无生命系统
（4）微观系统和宏观系统
．．．．．．
３　系统的基本特性
整体性：最基本特性，是个体的有机结合
相关性：各要素之间相互作用相互联系
目的性：实现一定的功能
动态性：系统处于运动变化之中
环境适应性：对环境变化的适应能力
（全局）
（匹配）
（有用）
（更新）
（自适应）
二　系统的分析　
（１）系统分析：
　　　为了发挥系统的性能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程。
显著特点：完整地、全面地思考和解决问题。
目　　标：从可行性出发，寻求合理的解决方案。
例、２００５年全国电子设计竞赛全国一等奖作品。
１　系统分析及其一般步骤
如：性价比
（２）系统分析的一般步骤
明确问题，设立目标
收集资料，指定方案
分析计算，评价比较
检验核实，作出决策
（３）系统分析的主要原则
整体性
科学性
综合性
２　系统的优化
　　　系统的优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。
三个典型案例：
（１）农作物种植系统的优化——农业间作套种；
（２）家具生产中的板材的优化用料；
（３）智能交通管理信息系统的交通流量控制。
系统优化的方法一般为两类：
通过系统数学模型的求解的数学方法；
通过定性、科学估算、经验值计算、试验等方法。
最优解
满意解
数学模型
最优解
估算、试验
满意解
完善、验证
三　系统的模型
例：y(k)表示一个国家在第k年的人口数， a、b分别代表出生率和死亡率，是常数。设f(k)是国外移民的净增数，则该国在第k+1年的人口总数y(k+1)为多少？
大量的系统需要定量地分析，定量分析的基础是系统模型的建立。
例：系统输入为e(t)，输出r(t)为。
第四单元
控制与设计 Control Design
一　自动控制发展简介
经典控制理论 ( 19世纪初 )
时域法
复域法 (根轨迹法)
频域法
现代控制理论 ( 20世纪60年代 )
线性系统 自适应控制
最优控制 鲁棒控制
最佳估计 容错控制
系统辨识 集散控制
大系统复杂系统
智能控制理论 ( 20世纪70年代 )
专家系统
模糊控制
神经网络
遗传算法
二　人工控制及自动控制
自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。
由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等领域，控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。 近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用取得了长足进展。
三　自动控制系统
自动控制系统：是由控制器和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。
控制器：对被控对象起控制作用装置的总体.
被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。
输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。
输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。
控制器
被控
对象
给定值
输出
量
自动控制系统
例: 电子门铃的电子控制系统
用手按动按钮开关,输入一个触发信号
音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有”音乐”的电信号.
扬声器将电信号转变为音乐声.
输出的音乐声的变化对系统的控制状态并不产生影响,即不存在反馈.
输入:
控制(处理):
输出:
特点:
自动门控制系统
控制电路
电机
自动门
门的开启或关闭
控制器
执行机构
控制对象
输入量
输出量
控制量
四　控制系统类型
自动控制系统有多种分类方法。
例如，按信号传递路径，可分为开环，闭环等控制系统；
按系统使用的能源可分为机械，电子，液压和气动控制系统。此外，还可以按系统的功用和性能进行分类。
按系统功用分类，主要可分为以下三类：
恒值系统：也称镇定系统。输出量以一定的精度
等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。
随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。
程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统等。
五　 开环控制系统
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
例（Ｐ１０３）设在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么池水位的高度与进水时间一一对应。
定时器
进水阀门
游泳池
设定注水时间
输入
水流量
游泳池水位
输出
输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；
组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；
主要特点：
控制方式：
按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于自动售货机，自动报警器，自动流水线等。
系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
六　 闭环控制系统
定时器
进水阀门
游泳池
设定注水时间
输入
水流量
游泳池水位
输出
游泳池水位
控制器
进水阀门
游泳池
设定水位
水流量
检测装置
＋
－
输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；
低精度元件可组成高精度系统；
主要特点：
闭环控制系统框图
将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。
所以，闭环控制系统也称为反馈控制系统。
七　闭环控制系统的干扰
温度测试
当冰箱开门、放入热饭时，将很快打破冰箱原来的温度状态。
在控制系统中，除输入量(给定值)以外,引起被控制量变化的各种因素称为干扰因素。控制系统在工作中必须克服干扰，使被控制量稳定。而闭环控制系统可以自动克服干扰。
家用电冰箱温控系统
家用电冰箱温控系统框图
温度测试
八 计算机自动控制系统
九　对控制系统的基本性能要求
1. 稳：（基本要求）
要求系统要稳定
2. 准：（稳态要求）
系统响应达到稳态时，
输出跟踪精度要高
3. 快：（动态要求）
系统的过渡过程
要平稳， 快速
开环系统必然满足
1 +△
1 -△
ts
tp
tr
某自动控制系统的计算机仿真
灯座
灯泡
灯罩
电线
开关等。
电路的连接关系
系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现故障，都会影响其他要素（部分）或整体功能的发挥。
系统的整体功能大于组成系统各部分的功能之和。
评价一个系统重局部，更重整体。
整体性

展开更多......

收起↑