自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版

自動(dòng)控制理論課件第講自動(dòng)控制理論課件第講11什么是控制？通俗地說(shuō)，控制就是使被控對(duì)象按照我們預(yù)定的方式工作?？刂葡到y(tǒng)是能夠提供預(yù)期響應(yīng)的系統(tǒng)。人類的支配欲無(wú)限，因此，被控對(duì)象有多種多樣，如:●工程技術(shù)對(duì)象，簡(jiǎn)單如家電，復(fù)雜如工業(yè)自動(dòng)化、精確制導(dǎo)、航天等●社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)●生態(tài)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸出被控對(duì)象1什么是控制？通俗地說(shuō)，控制就是使被控對(duì)象按照我們預(yù)定的2

3自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版4自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版5自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版6

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1788年前后，J.瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1788年前后，J.瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速7

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史解決蒸汽機(jī)所推動(dòng)的機(jī)械裝置的速度控制問(wèn)題。在19世紀(jì)中，僅英國(guó)就有7.5萬(wàn)臺(tái)裝有瓦特調(diào)速器的蒸汽機(jī)裝置。2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史解決蒸汽機(jī)所推動(dòng)的機(jī)械裝置的速度控制問(wèn)題。8

進(jìn)汽閥門，連桿機(jī)構(gòu)比較器Metalsphere設(shè)定轉(zhuǎn)速Vd+-轉(zhuǎn)速測(cè)量蒸汽室蒸汽機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速離心調(diào)節(jié)器2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史進(jìn)汽閥門，連桿機(jī)構(gòu)比較器設(shè)定轉(zhuǎn)速Vd+-轉(zhuǎn)速測(cè)量蒸汽室蒸汽92自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

瓦特離心調(diào)速器在調(diào)速過(guò)程中存在不穩(wěn)定現(xiàn)象（“設(shè)備變得發(fā)狂！”），當(dāng)時(shí)并沒(méi)有理論指導(dǎo)，所有的努力都集中在改進(jìn)調(diào)速器本身（重量、彈簧、摩擦）。

J.C.麥克斯維爾把調(diào)節(jié)器跟調(diào)節(jié)對(duì)象合在一起，看作一個(gè)系統(tǒng)，用線性微分方程來(lái)進(jìn)行研究，指出微分方程的特征根在左半面或右半面，決定著系統(tǒng)穩(wěn)定與否。

僅有實(shí)踐是不夠的！

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史瓦特離心調(diào)速器在調(diào)速過(guò)程中存在不102自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

1877年，E.J.勞斯提出了勞斯代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，并獲得了亞當(dāng)獎(jiǎng)。

1895年，A.胡爾維茨也提出了本質(zhì)上與勞斯判據(jù)一致的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，并在穩(wěn)定性理論的指導(dǎo)下，為瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。胡爾維茨被認(rèn)為是真正運(yùn)用控制理論，來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的第一人。

只有有了理論的指導(dǎo)，才能從自然王國(guó)走向必然王國(guó)。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1877年，E.J.勞斯提出了勞112自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.M.李雅普諾夫發(fā)表《論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題》的專著﹐從數(shù)學(xué)方面給運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的概念下了嚴(yán)格的定義﹐并研究出解決穩(wěn)定性問(wèn)題的兩種方法。2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.M.李雅普諾122自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1927年8月2號(hào)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)年輕的工程師H.S.布萊克，發(fā)明了負(fù)反饋放大器。這是經(jīng)典控制形成的開(kāi)端。大量的工作積累，老在想這個(gè)問(wèn)題，這樣靈感就出來(lái)了。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1927年8月2號(hào)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)年輕的工13

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史貝爾實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)年輕的工程師D.B.帕金森只有29歲，他是一個(gè)低職位的工程師，讓他承擔(dān)的任務(wù)是繞電位計(jì)，就是1940年那天晚上他做了一個(gè)夢(mèng)。他夢(mèng)到用電位計(jì)控制的記錄筆(電壓函數(shù)記錄儀)也可以控制火炮的發(fā)射，他這個(gè)夢(mèng)就促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。

1925年到1940年的防空火力控制2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史貝爾實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)年輕的工程師D.B.帕金142自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

在二十世紀(jì)40年代，N.B.尼可爾斯發(fā)明了PID的整定法。

當(dāng)時(shí)美國(guó)麻省理工學(xué)院有唯一一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)的模擬計(jì)算機(jī)叫微分分析儀。尼可爾斯就在這個(gè)模擬計(jì)算機(jī)上做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，最后列出來(lái)這個(gè)PID的整定表，有一樣工作50年不變的就是這個(gè)PID整定表。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史在二十世紀(jì)40年代，N.B.尼可爾斯152自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

這一新的學(xué)科當(dāng)時(shí)在美國(guó)稱為伺服機(jī)構(gòu)理論﹐在蘇聯(lián)稱為自動(dòng)調(diào)整理論﹐主要是解決單變量的控制問(wèn)題。

主要是解決第二次世界大戰(zhàn)期間防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問(wèn)題，以及戰(zhàn)后的工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題。

后來(lái)統(tǒng)稱為“經(jīng)典控制”2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史這一新的學(xué)科當(dāng)時(shí)在美國(guó)稱為伺服機(jī)構(gòu)理162自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，逐漸形成了較完備的理論。

值得自豪的是，1954年，中國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森全面地歸納總結(jié)了經(jīng)典控制理論，在美國(guó)出版了國(guó)際上第一本經(jīng)典控制理論工程化的著作《工程控制論》。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，逐漸17自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版182自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論（1940～1950年代）

時(shí)域法復(fù)域法(根軌跡法)頻域法

近代控制理論（1960～1970年代）線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制最優(yōu)控制魯棒控制最佳估計(jì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)辨識(shí)集散控制

智能控制理論（1980～今天）專家系統(tǒng) 大系統(tǒng)理論模糊控制 魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 非線性系統(tǒng)理論遺傳算法2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論（1940～1950年代）19本課程的目標(biāo)

收縮對(duì)象→以經(jīng)典控制為主！

課程目標(biāo)：

以簡(jiǎn)單的線性時(shí)不變（定常）系統(tǒng)為對(duì)象，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，切身體會(huì)實(shí)施控制的全過(guò)程，牢固建立反饋控制的理念，培養(yǎng)實(shí)施控制的能力。

本課程的目標(biāo)收縮對(duì)象→以經(jīng)典控制為主20本課程的目標(biāo)對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，能夠（定性或定量）分析其性能；針對(duì)給定的控制對(duì)象，設(shè)計(jì)控制器，使系統(tǒng)達(dá)到要求的性能指標(biāo)要求。本課程的目標(biāo)對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，能夠（定性或定量）分析其性能21教學(xué)內(nèi)容（大綱要求）章節(jié)內(nèi)容課時(shí)第1章自動(dòng)控制導(dǎo)論2-3第3章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-8第4章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（含穩(wěn)定性）8-10第6章線性系統(tǒng)的根軌跡法4-6第8/9章線性系統(tǒng)的頻域分析法6-10第10章反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含PID）4-8講義數(shù)字控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)6第11/12章線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì)6實(shí)驗(yàn)10教學(xué)內(nèi)容（大綱要求）章節(jié)內(nèi)容課時(shí)第1章自動(dòng)控制導(dǎo)論2-3第322學(xué)習(xí)建議

廣泛閱讀參考書(shū)，深刻理解理論體系教材：Ｋ.Ogata.“ModernControlEngineering”,電子工業(yè)出版社影印版?；蚓w方勝?gòu)┲?，盧伯英譯，“現(xiàn)代控制工程”，電子工業(yè)出版社。參考書(shū)：１、吳麒主編“自動(dòng)控制原理”，清華大學(xué)出版社。２、胡壽松主編“自動(dòng)控制原理”，國(guó)防工業(yè)出版社。

3、樓順天等，“基于Matlab的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)－－控制系統(tǒng)”，西安電子科技大學(xué)出版社．學(xué)習(xí)建議廣泛閱讀參考書(shū)，深刻理解理論體系23學(xué)習(xí)建議利用網(wǎng)絡(luò)資源

1、學(xué)研論壇－自動(dòng)控制。

2、各個(gè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)教學(xué)資料。學(xué)習(xí)建議利用網(wǎng)絡(luò)資源24學(xué)習(xí)建議完成大量練習(xí)，積極討論問(wèn)題；學(xué)完每章要善于總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，演繹歸納并重；重視實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)（Mtalab實(shí)現(xiàn)）。學(xué)習(xí)建議25考核方式作業(yè)（20%）

+閉卷考試（80%）考核方式作業(yè)（20%）26第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1.1基本概念1.2開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制1.3控制系統(tǒng)的分類1.4控制系統(tǒng)的基本要求第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1.1基本概念27關(guān)于自動(dòng)控制的概念定義控制系統(tǒng)：為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（響應(yīng)）而設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)，它由相互關(guān)聯(lián)的部件組合而成，它一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。被控對(duì)象（部件或系統(tǒng)）：是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程，如宇宙飛船，飛機(jī)駕駛系統(tǒng)以及工業(yè)生產(chǎn)的某種過(guò)程等。關(guān)于自動(dòng)控制的概念定義控制系統(tǒng)：為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（響應(yīng)）而28反饋：把輸出量送回到輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。負(fù)反饋是從參考輸入信號(hào)中減去反饋輸出信號(hào)，并以其差值作為控制器的輸入信號(hào)的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式；正反饋是將輸出信號(hào)反饋回來(lái)，疊加在參考輸入信號(hào)上。擾動(dòng)：是一種對(duì)系統(tǒng)的輸出量產(chǎn)生相反作用的信號(hào)。如果擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的內(nèi)部，稱為內(nèi)擾；擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的外部，稱為外擾，外擾是系統(tǒng)的輸入量之一。反饋：把輸出量送回到輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。負(fù)反饋是從29導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制方式（結(jié)構(gòu)）粗略地可以分為兩種：

開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制

執(zhí)行被控對(duì)象預(yù)期輸出實(shí)際輸出開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（無(wú)反饋）信號(hào)的單向傳遞導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制方式（結(jié)構(gòu)）粗略地可以分為30電風(fēng)扇的控制電機(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）風(fēng)扇葉片

（控制對(duì)象）開(kāi)關(guān)或程序控制器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)舉例1：控制電壓導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制電風(fēng)扇的控制電機(jī)風(fēng)扇葉片

（控制對(duì)象）開(kāi)關(guān)或程序控制器開(kāi)環(huán)控31導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制目的：提高爐溫受控對(duì)象（物理實(shí)體）：爐子受控量（輸出物理量）：爐溫控制裝置：開(kāi)關(guān)K和電熱絲，對(duì)受控量起控制作用。加熱爐的開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)舉例2：導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制目的：提高爐溫加熱爐的開(kāi)環(huán)32導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制+控制量u(t)計(jì)算比較執(zhí)行被控對(duì)象測(cè)量干擾閉環(huán)(反饋)控制結(jié)構(gòu)框圖預(yù)期輸出響應(yīng)r(t)輸入變量-誤差e(t)實(shí)際輸出y(t)輸出變量被測(cè)變量測(cè)量值

反饋是控制的精髓導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制+控制量計(jì)算比較執(zhí)行被控對(duì)象測(cè)33導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制計(jì)算比較測(cè)量測(cè)量干擾給定值執(zhí)行被控對(duì)象被控量自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖信號(hào)雙向傳遞導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制計(jì)算比較測(cè)量測(cè)量干擾給定值執(zhí)行34導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是控制的精髓，運(yùn)用反饋的例子也是比比皆是。例3：調(diào)節(jié)容器內(nèi)液面位置的人工閉環(huán)控制系統(tǒng)液位控制示意圖書(shū)上圖1.10導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是控制的精髓，運(yùn)用反饋的例35計(jì)算比較腦執(zhí)行被控對(duì)象手測(cè)量測(cè)量干擾或激勵(lì)眼預(yù)期目標(biāo)實(shí)際結(jié)果眼液體的流入和流出液位液面控制人工職能圖導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制容器里液體計(jì)算比較腦執(zhí)行被控對(duì)象手測(cè)量測(cè)量干擾或激勵(lì)眼預(yù)期目標(biāo)實(shí)際結(jié)果36導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制例4：汽車方向控制系統(tǒng)

汽車方向控制系統(tǒng)導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制例4：汽車方向控制系統(tǒng)汽車方37汽車方向控制人工職能圖預(yù)期行駛路線汽車實(shí)際行駛路線大腦眼睛-視覺(jué)測(cè)量+-偏差手方向盤(pán)汽車方向控制人工職能圖預(yù)期行駛路線汽車實(shí)際行駛路線大腦眼38導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制

反饋是現(xiàn)代控制的精髓，又如：火炮隨動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施管理央行調(diào)整利息

“沒(méi)有調(diào)查就沒(méi)有發(fā)言權(quán)”，等等

都體現(xiàn)了反饋的理念！

導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是現(xiàn)代控制的精髓，又39閉環(huán)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

偏差控制，可以抑制內(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響。精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、分析麻煩。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

順向作用，沒(méi)有反向的聯(lián)系，沒(méi)有修正偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。討論：全自動(dòng)洗衣機(jī)、汽車駕駛傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、人騎自行車、指南車、空調(diào)溫度控制都屬于何種控制方式？閉環(huán)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)40被控對(duì)象控制裝置(傳感器+控制器+執(zhí)行器)

測(cè)量元件：其職能是測(cè)量被控制的物理量;

給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)

輸入量（即參據(jù)量）。

比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定元件

給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。

放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)

執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。

執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。

校正元件：亦稱補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的

元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善

系統(tǒng)性能。導(dǎo)論----閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成被控對(duì)象導(dǎo)論----閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成41用“○”號(hào)代表比較元件，“—”號(hào)代表兩者符號(hào)相反，“+”號(hào)代表兩者符號(hào)相同。信號(hào)沿箭頭方向從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱主反饋通路。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反饋通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路。

—+用“○”號(hào)代表比較元件，“—”號(hào)代表兩者符號(hào)相反，“+”號(hào)代42例1飛機(jī)俯仰角飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)論----控制系統(tǒng)舉例例1飛機(jī)俯仰角飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)論----控制系統(tǒng)舉例43給定裝置放大器舵機(jī)飛機(jī)

反饋電位器

垂直陀螺儀θ0θ擾動(dòng)俯仰角控制系統(tǒng)飛機(jī)方塊圖給定裝置放大器舵機(jī)飛機(jī)反饋電位器垂直陀螺儀θ0θ擾動(dòng)44例2磁懸浮控制系統(tǒng)2003年初在上海建成的世界上第一條高速磁懸浮鐵路商業(yè)運(yùn)營(yíng)線

例2磁懸浮控制系統(tǒng)2003年初在上海建成的世界上第一條高45自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版46例3：液位控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望液位，并通過(guò)調(diào)整氣動(dòng)閥門的開(kāi)度，對(duì)誤差進(jìn)行修正，從而保持液位不變。試畫(huà)出相應(yīng)的人工操縱液位控制系統(tǒng)方塊圖。例3：液位控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望液位，并通47控制器：比較、放大的作用浮子：液面高度的反饋元件Q2為系統(tǒng)的干擾量氣動(dòng)閥門：執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象：水箱控制器：比較、放大的作用48導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按參考輸入形式分為：

恒值系統(tǒng)：指參考輸入量保持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控量（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。

隨動(dòng)系統(tǒng)：指參考輸入量隨時(shí)間任意變化的系統(tǒng)。其任務(wù)是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按參考輸入形式分為：49按照系統(tǒng)的元件特性分為:線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件的系統(tǒng)。其動(dòng)態(tài)性能可用線性微分方程描述，系統(tǒng)滿足齊次性和疊加原理。非線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的元件中含有非線性元件的系統(tǒng),只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理?？梢赃M(jìn)行線性化處理的系統(tǒng)或元件特性又稱為非本質(zhì)非線性特性。反之，稱之為本質(zhì)非線性，它只能用非線性理論分析研究。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按照系統(tǒng)的元件特性分為:導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類50按照系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的形式分為連續(xù)系統(tǒng):系統(tǒng)內(nèi)各處的信號(hào)都是以連續(xù)的模擬量傳遞的系統(tǒng)。離散系統(tǒng):系統(tǒng)內(nèi)某處或數(shù)處信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)。其脈沖序列可由脈沖信號(hào)發(fā)生器或振蕩器產(chǎn)生，也可用采樣開(kāi)關(guān)將連續(xù)信號(hào)變成脈沖序列，這類控制系統(tǒng)又稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。而用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器控制的系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按照系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的形式分為導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類51導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求穩(wěn)定性：要求自動(dòng)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，它是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條件?？焖傩裕阂笞詣?dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程其持續(xù)時(shí)間盡量短，即過(guò)渡過(guò)程盡快結(jié)束，輸出盡快地跟蹤上輸入的變化。準(zhǔn)確性：當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，要求輸出量最終應(yīng)準(zhǔn)確地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。

穩(wěn)

準(zhǔn)

快導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求穩(wěn)定性：要求自動(dòng)控制系統(tǒng)必52導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用后,自動(dòng)返回原來(lái)的平衡狀態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動(dòng)返回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。穩(wěn)定性是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條件，衡量指標(biāo)有穩(wěn)定裕度等。導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求穩(wěn)定性53穩(wěn)定性示意圖穩(wěn)定性示意圖54快速性要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程盡量短暫，輸出盡快平穩(wěn)地跟蹤上輸入的變化。通常在時(shí)域中給出瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來(lái)衡量快速性。常用單位階躍信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出的超調(diào)量σ,上升時(shí)間Tr,峰值時(shí)間Tp,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間（或調(diào)整時(shí)間）Ts和振蕩次數(shù)N等指標(biāo)表示。導(dǎo)論-----控制系統(tǒng)性能的基本要求快速性導(dǎo)論-----控制系統(tǒng)性能的基本要求55

準(zhǔn)確性當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，要求輸出量最終應(yīng)準(zhǔn)確地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。準(zhǔn)確性指標(biāo)有穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過(guò)渡過(guò)程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度。導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求

導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求56時(shí)間瞬態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間Ts快準(zhǔn)穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響應(yīng)曲線時(shí)間瞬態(tài)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間Ts快準(zhǔn)穩(wěn)定系統(tǒng)的典型單位階躍響574.當(dāng)然你可以說(shuō)我不投錢，但是我把所有時(shí)間和經(jīng)歷，所有一切都投入進(jìn)去別人也會(huì)信任，這是共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)才會(huì)走到明天。19.目標(biāo)的堅(jiān)定是性格中最必要的力量源泉之一，也是成功的利器之一。沒(méi)有它，天才也會(huì)在矛盾無(wú)定的迷徑中徒勞無(wú)功。19.過(guò)去不等于未來(lái)，沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功。3、未曾失敗的人恐怕也未曾成功過(guò)。13.太陽(yáng)也不是神，光和熱的聚合體罷了。越接近太陽(yáng)的人只會(huì)點(diǎn)燃自己。6、時(shí)間，是靠自己去擠的。在你這一秒空閑的時(shí)候，時(shí)間又像腳底抹了油似的溜走了，只有去抓住它，它似乎才會(huì)停下腳步這時(shí)，你就可以做自己想做的事情。5、每一個(gè)人都擁有生命，但并非每個(gè)人都懂得生命，乃至于珍惜生命。不了解生命的人，生命對(duì)他來(lái)說(shuō)，是一種懲罰。9.成你做了什么，而要問(wèn)你為別人做了什么。10.無(wú)論你在什么時(shí)候開(kāi)始，重要的是開(kāi)始后就不要停止;無(wú)論你在什么時(shí)候結(jié)束，重要的是結(jié)束后就不要后悔。24、一個(gè)有信念者所開(kāi)發(fā)出的力量，大于99個(gè)只有興趣者。9.成你做了什么，而要問(wèn)你為別人做了什么。11.如果寒暄只是打個(gè)招呼就了事的話，那與猴子的呼叫聲有什么不同呢?事實(shí)上，正確的寒暄必須在短短一句話中明顯地表露出你他的關(guān)懷。13.知難而上，奮發(fā)圖強(qiáng)，是競(jìng)爭(zhēng)的作用;知難而退消極頹唐，也是競(jìng)爭(zhēng)的作用。15.不要輕易用過(guò)去來(lái)衡量生活的幸與不幸!每個(gè)人的生命都是可以綻放美麗，只要你珍惜。3.人能力有大小，水平有高低，但在心靈的質(zhì)地上，人無(wú)貴賤之分，關(guān)鍵是要活出自己的本色。17.無(wú)論才能、知識(shí)多么卓著，如果缺乏熱情，則無(wú)異紙上畫(huà)餅充饑，無(wú)補(bǔ)于事。5.對(duì)于不可改變的事實(shí)，除了認(rèn)命以外，沒(méi)有更好的辦法了。15.苦憶舊傷淚自落，欣望夢(mèng)愿笑開(kāi)顏。2.沒(méi)有什么事情有象熱忱這般具有傳染性，它能感動(dòng)頑石，它是真誠(chéng)的精髓。14.在人生的舞臺(tái)上，沒(méi)有彩排的戲;在人生的道路上，沒(méi)有重走的路。15.世界因生命而美麗，生命因夢(mèng)想而精彩。在人生的航程中，只有堅(jiān)持自己的夢(mèng)想，在遇到困難和挫折是不斷的反省，不斷的調(diào)整，才不會(huì)迷失方向，迷失自我。才會(huì)有找到自己的航標(biāo)，乘風(fēng)破浪，有可能達(dá)到自己的目標(biāo)，才會(huì)讓我們的生活更有意義。1.青春是盛開(kāi)的鮮花，用它艷麗的花瓣鋪就人生的道路;青春是美妙的樂(lè)章，用它跳躍的音符譜寫(xiě)人生的旋律;青春是翱翔的雄鷹，用它矯健的翅膀搏擊廣闊的天宇;青春是奔騰的河流，用它倒海的氣勢(shì)沖垮陳舊的桎梏。12.夢(mèng)中冥冥有樂(lè)趣，覺(jué)后空空無(wú)大千。8、靠山山會(huì)倒，靠水水會(huì)流，靠自己永遠(yuǎn)不倒。8.只有不斷找尋機(jī)會(huì)的人才會(huì)及時(shí)把握機(jī)會(huì)。2.高峰只對(duì)攀登它而不是仰望它的人來(lái)說(shuō)才有真正意義。4.時(shí)間總是來(lái)見(jiàn)證愛(ài)情，卻也總是經(jīng)不住時(shí)間的誘惑。4.當(dāng)然你可以說(shuō)我不投錢，但是我把所有時(shí)間和經(jīng)歷，所有一切58自動(dòng)控制理論課件第講自動(dòng)控制理論課件第講591什么是控制？通俗地說(shuō)，控制就是使被控對(duì)象按照我們預(yù)定的方式工作。控制系統(tǒng)是能夠提供預(yù)期響應(yīng)的系統(tǒng)。人類的支配欲無(wú)限，因此，被控對(duì)象有多種多樣，如:●工程技術(shù)對(duì)象，簡(jiǎn)單如家電，復(fù)雜如工業(yè)自動(dòng)化、精確制導(dǎo)、航天等●社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)●生態(tài)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸出被控對(duì)象1什么是控制？通俗地說(shuō)，控制就是使被控對(duì)象按照我們預(yù)定的60

61自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版62自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版63自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版64

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1788年前后，J.瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1788年前后，J.瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速65

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史解決蒸汽機(jī)所推動(dòng)的機(jī)械裝置的速度控制問(wèn)題。在19世紀(jì)中，僅英國(guó)就有7.5萬(wàn)臺(tái)裝有瓦特調(diào)速器的蒸汽機(jī)裝置。2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史解決蒸汽機(jī)所推動(dòng)的機(jī)械裝置的速度控制問(wèn)題。66

進(jìn)汽閥門，連桿機(jī)構(gòu)比較器Metalsphere設(shè)定轉(zhuǎn)速Vd+-轉(zhuǎn)速測(cè)量蒸汽室蒸汽機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速離心調(diào)節(jié)器2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史進(jìn)汽閥門，連桿機(jī)構(gòu)比較器設(shè)定轉(zhuǎn)速Vd+-轉(zhuǎn)速測(cè)量蒸汽室蒸汽672自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

瓦特離心調(diào)速器在調(diào)速過(guò)程中存在不穩(wěn)定現(xiàn)象（“設(shè)備變得發(fā)狂！”），當(dāng)時(shí)并沒(méi)有理論指導(dǎo)，所有的努力都集中在改進(jìn)調(diào)速器本身（重量、彈簧、摩擦）。

J.C.麥克斯維爾把調(diào)節(jié)器跟調(diào)節(jié)對(duì)象合在一起，看作一個(gè)系統(tǒng)，用線性微分方程來(lái)進(jìn)行研究，指出微分方程的特征根在左半面或右半面，決定著系統(tǒng)穩(wěn)定與否。

僅有實(shí)踐是不夠的！

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史瓦特離心調(diào)速器在調(diào)速過(guò)程中存在不682自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

1877年，E.J.勞斯提出了勞斯代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，并獲得了亞當(dāng)獎(jiǎng)。

1895年，A.胡爾維茨也提出了本質(zhì)上與勞斯判據(jù)一致的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，并在穩(wěn)定性理論的指導(dǎo)下，為瑞士達(dá)沃斯電廠的一個(gè)蒸汽機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。胡爾維茨被認(rèn)為是真正運(yùn)用控制理論，來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的第一人。

只有有了理論的指導(dǎo)，才能從自然王國(guó)走向必然王國(guó)。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1877年，E.J.勞斯提出了勞692自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.M.李雅普諾夫發(fā)表《論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題》的專著﹐從數(shù)學(xué)方面給運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的概念下了嚴(yán)格的定義﹐并研究出解決穩(wěn)定性問(wèn)題的兩種方法。2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.M.李雅普諾702自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1927年8月2號(hào)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)年輕的工程師H.S.布萊克，發(fā)明了負(fù)反饋放大器。這是經(jīng)典控制形成的開(kāi)端。大量的工作積累，老在想這個(gè)問(wèn)題，這樣靈感就出來(lái)了。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史1927年8月2號(hào)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)年輕的工71

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史貝爾實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)年輕的工程師D.B.帕金森只有29歲，他是一個(gè)低職位的工程師，讓他承擔(dān)的任務(wù)是繞電位計(jì)，就是1940年那天晚上他做了一個(gè)夢(mèng)。他夢(mèng)到用電位計(jì)控制的記錄筆(電壓函數(shù)記錄儀)也可以控制火炮的發(fā)射，他這個(gè)夢(mèng)就促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。

1925年到1940年的防空火力控制2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史貝爾實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)年輕的工程師D.B.帕金722自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

在二十世紀(jì)40年代，N.B.尼可爾斯發(fā)明了PID的整定法。

當(dāng)時(shí)美國(guó)麻省理工學(xué)院有唯一一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)的模擬計(jì)算機(jī)叫微分分析儀。尼可爾斯就在這個(gè)模擬計(jì)算機(jī)上做了大量的仿真實(shí)驗(yàn)，最后列出來(lái)這個(gè)PID的整定表，有一樣工作50年不變的就是這個(gè)PID整定表。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史在二十世紀(jì)40年代，N.B.尼可爾斯732自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

這一新的學(xué)科當(dāng)時(shí)在美國(guó)稱為伺服機(jī)構(gòu)理論﹐在蘇聯(lián)稱為自動(dòng)調(diào)整理論﹐主要是解決單變量的控制問(wèn)題。

主要是解決第二次世界大戰(zhàn)期間防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問(wèn)題，以及戰(zhàn)后的工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題。

后來(lái)統(tǒng)稱為“經(jīng)典控制”2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史這一新的學(xué)科當(dāng)時(shí)在美國(guó)稱為伺服機(jī)構(gòu)理742自動(dòng)控制簡(jiǎn)史

經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，逐漸形成了較完備的理論。

值得自豪的是，1954年，中國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森全面地歸納總結(jié)了經(jīng)典控制理論，在美國(guó)出版了國(guó)際上第一本經(jīng)典控制理論工程化的著作《工程控制論》。

2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，逐漸75自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版762自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論（1940～1950年代）

時(shí)域法復(fù)域法(根軌跡法)頻域法

近代控制理論（1960～1970年代）線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制最優(yōu)控制魯棒控制最佳估計(jì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)辨識(shí)集散控制

智能控制理論（1980～今天）專家系統(tǒng) 大系統(tǒng)理論模糊控制 魯棒控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 非線性系統(tǒng)理論遺傳算法2自動(dòng)控制簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論（1940～1950年代）77本課程的目標(biāo)

收縮對(duì)象→以經(jīng)典控制為主！

課程目標(biāo)：

以簡(jiǎn)單的線性時(shí)不變（定常）系統(tǒng)為對(duì)象，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，切身體會(huì)實(shí)施控制的全過(guò)程，牢固建立反饋控制的理念，培養(yǎng)實(shí)施控制的能力。

本課程的目標(biāo)收縮對(duì)象→以經(jīng)典控制為主78本課程的目標(biāo)對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，能夠（定性或定量）分析其性能；針對(duì)給定的控制對(duì)象，設(shè)計(jì)控制器，使系統(tǒng)達(dá)到要求的性能指標(biāo)要求。本課程的目標(biāo)對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，能夠（定性或定量）分析其性能79教學(xué)內(nèi)容（大綱要求）章節(jié)內(nèi)容課時(shí)第1章自動(dòng)控制導(dǎo)論2-3第3章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-8第4章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（含穩(wěn)定性）8-10第6章線性系統(tǒng)的根軌跡法4-6第8/9章線性系統(tǒng)的頻域分析法6-10第10章反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含PID）4-8講義數(shù)字控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)6第11/12章線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì)6實(shí)驗(yàn)10教學(xué)內(nèi)容（大綱要求）章節(jié)內(nèi)容課時(shí)第1章自動(dòng)控制導(dǎo)論2-3第380學(xué)習(xí)建議

廣泛閱讀參考書(shū)，深刻理解理論體系教材：Ｋ.Ogata.“ModernControlEngineering”,電子工業(yè)出版社影印版?；蚓w方勝?gòu)┲R伯英譯，“現(xiàn)代控制工程”，電子工業(yè)出版社。參考書(shū)：１、吳麒主編“自動(dòng)控制原理”，清華大學(xué)出版社。２、胡壽松主編“自動(dòng)控制原理”，國(guó)防工業(yè)出版社。

3、樓順天等，“基于Matlab的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)－－控制系統(tǒng)”，西安電子科技大學(xué)出版社．學(xué)習(xí)建議廣泛閱讀參考書(shū)，深刻理解理論體系81學(xué)習(xí)建議利用網(wǎng)絡(luò)資源

1、學(xué)研論壇－自動(dòng)控制。

2、各個(gè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)教學(xué)資料。學(xué)習(xí)建議利用網(wǎng)絡(luò)資源82學(xué)習(xí)建議完成大量練習(xí)，積極討論問(wèn)題；學(xué)完每章要善于總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，演繹歸納并重；重視實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)（Mtalab實(shí)現(xiàn)）。學(xué)習(xí)建議83考核方式作業(yè)（20%）

+閉卷考試（80%）考核方式作業(yè)（20%）84第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1.1基本概念1.2開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制1.3控制系統(tǒng)的分類1.4控制系統(tǒng)的基本要求第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1.1基本概念85關(guān)于自動(dòng)控制的概念定義控制系統(tǒng)：為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（響應(yīng)）而設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)，它由相互關(guān)聯(lián)的部件組合而成，它一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。被控對(duì)象（部件或系統(tǒng)）：是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程，如宇宙飛船，飛機(jī)駕駛系統(tǒng)以及工業(yè)生產(chǎn)的某種過(guò)程等。關(guān)于自動(dòng)控制的概念定義控制系統(tǒng)：為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（響應(yīng)）而86反饋：把輸出量送回到輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。負(fù)反饋是從參考輸入信號(hào)中減去反饋輸出信號(hào)，并以其差值作為控制器的輸入信號(hào)的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式；正反饋是將輸出信號(hào)反饋回來(lái)，疊加在參考輸入信號(hào)上。擾動(dòng)：是一種對(duì)系統(tǒng)的輸出量產(chǎn)生相反作用的信號(hào)。如果擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的內(nèi)部，稱為內(nèi)擾；擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的外部，稱為外擾，外擾是系統(tǒng)的輸入量之一。反饋：把輸出量送回到輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。負(fù)反饋是從87導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制方式（結(jié)構(gòu)）粗略地可以分為兩種：

開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制

執(zhí)行被控對(duì)象預(yù)期輸出實(shí)際輸出開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（無(wú)反饋）信號(hào)的單向傳遞導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制方式（結(jié)構(gòu)）粗略地可以分為88電風(fēng)扇的控制電機(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）風(fēng)扇葉片

（控制對(duì)象）開(kāi)關(guān)或程序控制器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)舉例1：控制電壓導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制電風(fēng)扇的控制電機(jī)風(fēng)扇葉片

（控制對(duì)象）開(kāi)關(guān)或程序控制器開(kāi)環(huán)控89導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制目的：提高爐溫受控對(duì)象（物理實(shí)體）：爐子受控量（輸出物理量）：爐溫控制裝置：開(kāi)關(guān)K和電熱絲，對(duì)受控量起控制作用。加熱爐的開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)舉例2：導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制控制目的：提高爐溫加熱爐的開(kāi)環(huán)90導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制+控制量u(t)計(jì)算比較執(zhí)行被控對(duì)象測(cè)量干擾閉環(huán)(反饋)控制結(jié)構(gòu)框圖預(yù)期輸出響應(yīng)r(t)輸入變量-誤差e(t)實(shí)際輸出y(t)輸出變量被測(cè)變量測(cè)量值

反饋是控制的精髓導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制+控制量計(jì)算比較執(zhí)行被控對(duì)象測(cè)91導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制計(jì)算比較測(cè)量測(cè)量干擾給定值執(zhí)行被控對(duì)象被控量自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖信號(hào)雙向傳遞導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制計(jì)算比較測(cè)量測(cè)量干擾給定值執(zhí)行92導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是控制的精髓，運(yùn)用反饋的例子也是比比皆是。例3：調(diào)節(jié)容器內(nèi)液面位置的人工閉環(huán)控制系統(tǒng)液位控制示意圖書(shū)上圖1.10導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是控制的精髓，運(yùn)用反饋的例93計(jì)算比較腦執(zhí)行被控對(duì)象手測(cè)量測(cè)量干擾或激勵(lì)眼預(yù)期目標(biāo)實(shí)際結(jié)果眼液體的流入和流出液位液面控制人工職能圖導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制容器里液體計(jì)算比較腦執(zhí)行被控對(duì)象手測(cè)量測(cè)量干擾或激勵(lì)眼預(yù)期目標(biāo)實(shí)際結(jié)果94導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制例4：汽車方向控制系統(tǒng)

汽車方向控制系統(tǒng)導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制例4：汽車方向控制系統(tǒng)汽車方95汽車方向控制人工職能圖預(yù)期行駛路線汽車實(shí)際行駛路線大腦眼睛-視覺(jué)測(cè)量+-偏差手方向盤(pán)汽車方向控制人工職能圖預(yù)期行駛路線汽車實(shí)際行駛路線大腦眼96導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制

反饋是現(xiàn)代控制的精髓，又如：火炮隨動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施管理央行調(diào)整利息

“沒(méi)有調(diào)查就沒(méi)有發(fā)言權(quán)”，等等

都體現(xiàn)了反饋的理念！

導(dǎo)論----開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制反饋是現(xiàn)代控制的精髓，又97閉環(huán)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

偏差控制，可以抑制內(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響。精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、分析麻煩。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

順向作用，沒(méi)有反向的聯(lián)系，沒(méi)有修正偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。討論：全自動(dòng)洗衣機(jī)、汽車駕駛傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、人騎自行車、指南車、空調(diào)溫度控制都屬于何種控制方式？閉環(huán)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)98被控對(duì)象控制裝置(傳感器+控制器+執(zhí)行器)

測(cè)量元件：其職能是測(cè)量被控制的物理量;

給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)

輸入量（即參據(jù)量）。

比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定元件

給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。

放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)

執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。

執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。

校正元件：亦稱補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的

元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善

系統(tǒng)性能。導(dǎo)論----閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成被控對(duì)象導(dǎo)論----閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成99用“○”號(hào)代表比較元件，“—”號(hào)代表兩者符號(hào)相反，“+”號(hào)代表兩者符號(hào)相同。信號(hào)沿箭頭方向從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱主反饋通路。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反饋通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路。

—+用“○”號(hào)代表比較元件，“—”號(hào)代表兩者符號(hào)相反，“+”號(hào)代100例1飛機(jī)俯仰角飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)論----控制系統(tǒng)舉例例1飛機(jī)俯仰角飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)論----控制系統(tǒng)舉例101給定裝置放大器舵機(jī)飛機(jī)

反饋電位器

垂直陀螺儀θ0θ擾動(dòng)俯仰角控制系統(tǒng)飛機(jī)方塊圖給定裝置放大器舵機(jī)飛機(jī)反饋電位器垂直陀螺儀θ0θ擾動(dòng)102例2磁懸浮控制系統(tǒng)2003年初在上海建成的世界上第一條高速磁懸浮鐵路商業(yè)運(yùn)營(yíng)線

例2磁懸浮控制系統(tǒng)2003年初在上海建成的世界上第一條高103自動(dòng)控制理論課件第講2021完整版104例3：液位控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望液位，并通過(guò)調(diào)整氣動(dòng)閥門的開(kāi)度，對(duì)誤差進(jìn)行修正，從而保持液位不變。試畫(huà)出相應(yīng)的人工操縱液位控制系統(tǒng)方塊圖。例3：液位控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望液位，并通105控制器：比較、放大的作用浮子：液面高度的反饋元件Q2為系統(tǒng)的干擾量氣動(dòng)閥門：執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象：水箱控制器：比較、放大的作用106導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按參考輸入形式分為：

恒值系統(tǒng)：指參考輸入量保持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控量（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。

隨動(dòng)系統(tǒng)：指參考輸入量隨時(shí)間任意變化的系統(tǒng)。其任務(wù)是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按參考輸入形式分為：107按照系統(tǒng)的元件特性分為:線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件的系統(tǒng)。其動(dòng)態(tài)性能可用線性微分方程描述，系統(tǒng)滿足齊次性和疊加原理。非線性系統(tǒng)：構(gòu)成系統(tǒng)的元件中含有非線性元件的系統(tǒng),只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理?？梢赃M(jìn)行線性化處理的系統(tǒng)或元件特性又稱為非本質(zhì)非線性特性。反之，稱之為本質(zhì)非線性，它只能用非線性理論分析研究。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按照系統(tǒng)的元件特性分為:導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類108按照系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的形式分為連續(xù)系統(tǒng):系統(tǒng)內(nèi)各處的信號(hào)都是以連續(xù)的模擬量傳遞的系統(tǒng)。離散系統(tǒng):系統(tǒng)內(nèi)某處或數(shù)處信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)。其脈沖序列可由脈沖信號(hào)發(fā)生器或振蕩器產(chǎn)生，也可用采樣開(kāi)關(guān)將連續(xù)信號(hào)變成脈沖序列，這類控制系統(tǒng)又稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。而用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器控制的系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類按照系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的形式分為導(dǎo)論----反饋控制系統(tǒng)的分類109導(dǎo)論----控制系統(tǒng)性能的基本要求穩(wěn)定性：要求自動(dòng)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，它是保證系統(tǒng)能正常工作的必要條件?？焖傩裕阂笞詣?dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程其持續(xù)時(shí)間盡量短，即過(guò)渡過(guò)程盡快結(jié)束，輸出盡快地跟蹤上輸入的變化。準(zhǔn)確性：當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，要求輸出量最終應(yīng)準(zhǔn)確地達(dá)到希望值，否則將產(chǎn)生穩(wěn)