01第一章自動控制系統(tǒng)概論課件

自動控制理論

1自動控制理論1第一章概述（Introduction）重點內(nèi)容：自動控制的基本概念和基本原理自動控制系統(tǒng)的組成和分類對自動控制系統(tǒng)的基本要求2第一章概述（Introduction）重點內(nèi)容：2§1.1自動控制和自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念

所謂自動控制，是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值或按輸入信號的變化規(guī)律去變化的過程。用來操縱受控對象的設備（校正器+放大器+執(zhí)行器）。一般為傳感器無人直接參與：指人在遠方進行遠程操作（遙操作），而不是在對象跟前就地操作?？刂蒲b置：是控制器和檢測（反饋）元件的總稱。3§1.1自動控制和自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念用控制對象：控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體。如冰箱、空調(diào)、洗衣機、電梯、飛機、汽車、潛艇、電廠鍋爐、釀酒過程等各種設備、機器或生產(chǎn)過程。被控量：控制對象要實現(xiàn)的量，是表征對象特征的關鍵參數(shù)。如冰箱溫度、電機的轉(zhuǎn)速、飛機姿態(tài)角、船的航行軌跡、電網(wǎng)的電壓、生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度、濕度等。

4控制對象：控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體。被控量：控制對象要自動控制系統(tǒng)如圖1-1，幾個重要的信號量如下：二、五個重要的信號量

×控制器受控對象檢測元件e(t)r(t)c(t)b(t)d(t)圖1-1自動控制示意圖5自動控制系統(tǒng)如圖1-1，幾個重要的信號量如下：二、五個重要的5.偏差量（誤差量）e(t)：e(t)=r(t)-b(t)1.被控量（輸出量）：表征受控對象特征的關鍵參數(shù)。

實際輸出量——c(t)；理想輸出量——c0(t)。2.給定量（控制量、輸入量）r(t)：要求被控量達到理想值時，所需對應的參考輸入值。即：r(t)c0(t)。3.擾動量（干擾量）d(t)：影響被控兩量變化的主要干擾因素。4.反饋量b(t)：檢測元件的輸出值。與c(t)對應且與r(t)同性質(zhì)。即：b(t)c(t)。65.偏差量（誤差量）e(t)：e(t)=r(t)-b(t自動控制系統(tǒng)工作原理說明水溫人工控制系統(tǒng)：控制任務：保持冷水進水量一定，通過手動調(diào)節(jié)閥對蒸汽進汽量的調(diào)節(jié)，保證熱水溫度不變。受控對象——水箱；被控量——出水（熱水）溫度自動控制系統(tǒng)定義：由控制裝置+受控對象構成的能完成自動控制任務的整體。

人的作用感受水溫——檢測大腦反映——比較手動調(diào)節(jié)——執(zhí)行7自動控制系統(tǒng)工作原理說明自動控制系統(tǒng)人的作用感受水溫——檢測水溫自動控制系統(tǒng)：檢測——溫度傳感器；比較——控制器；執(zhí)行——伺服電機+調(diào)速器原理框圖如下：ΔT=T0-Tf×控制器電動閥門溫度傳感器ΔT給定溫度T0實際溫度TTfd(t)圖1-2水溫自動控制原理框圖執(zhí)行機構水箱8水溫自動控制系統(tǒng)：檢測——溫度傳感器；比較——控制器；原理三、自動控制系統(tǒng)的控制方式及基本結構控制方式開環(huán)控制閉環(huán)控制復合控制兩種基本控制方式開環(huán)控制（Open-loopControl）

（1）定義：控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時的控制方式，稱為開環(huán)控制。（2）結構：控制器受控對象r(t)c(t)d(t)圖1-3開環(huán)控制系統(tǒng)圖9三、自動控制系統(tǒng)的控制方式及基本結構控制方式開環(huán)控制兩種基本（3）特點：系統(tǒng)結構和控制過程簡單，但無抗干擾能力，控制精度較低。一般只用于對控制性能要求不高的場合。

開環(huán)系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，不需要對輸出量進行測量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進行比較。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱無反饋控制系統(tǒng)。

如：打印機、復印機、簡單生產(chǎn)線、自動洗衣機、自動售貨機、自動打包機等。轉(zhuǎn)臺的速度控制。2.閉環(huán)控制（Closed-loopControl）

（1）定義：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，即被控量對控制過程有影響時的控制方式稱為閉環(huán)控制。（2）組成：三大部分，七個環(huán)節(jié)。如下圖1-4。10（3）特點：系統(tǒng)結構和控制過程簡單，但無抗干擾能力，控制精度圖1-4閉環(huán)自動控制系統(tǒng)組成框圖×校正器執(zhí)行機構檢測環(huán)節(jié)e(t)給定環(huán)節(jié)C(t)b(t)d(t)放大器受控對象r(t)控制器給定電源部分控制裝置部分受控對象部分比較環(huán)節(jié)123456711圖1-4閉環(huán)自動控制系統(tǒng)組成框圖×校正執(zhí)行機構檢測環(huán)說明：用“”號代表比較裝置?！啊碧柎硇盘枠O性為負，其余信號為正。信號沿箭頭方向從輸入端到達輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)檢測裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋通路；前向通路與主反饋通路共同構成主回路。此外，還有其它前向通道和局部反饋通路以及由它構成的內(nèi)回路?！?2說明：×12各環(huán)節(jié)功能如下：給定電源：給出與理想的輸出值相對應的輸入量。比較環(huán)節(jié)（運算環(huán)節(jié)、綜合環(huán)節(jié)）：對輸入其中的信號進行代數(shù)運算，并將運算結果輸出。即：e(t)=r(t)-b(t)。常用的如差動放大器、自整角機等。校正器（校正環(huán)節(jié)）：改善系統(tǒng)性能。放大器：對微弱的偏差信號進行放大，以推動執(zhí)行機構工作。如放大器、晶閘管。執(zhí)行機構：帶動受控對象工作。一般為伺服電動機、液壓馬達等動力設備。檢測環(huán)節(jié)(反饋環(huán)節(jié))：一般為傳感器。其作用是檢測輸出量，并將其變換成與輸入量同性質(zhì)的信號，然后反饋到輸入端。一般為各種傳感器，如測速發(fā)電機、電位計、熱電偶等。

13各環(huán)節(jié)功能如下：13（3）特點：抗干擾能力強，控制精度較高，但系統(tǒng)結構和控制過程復雜，穩(wěn)定性的問題是系統(tǒng)分析和設計的一個核心問題。一般用于對控制性能要求較高的大中型工業(yè)系統(tǒng)和精密的儀器、設備。如：電冰箱、空調(diào)器、復雜的生產(chǎn)線、精密的自動化儀表等。轉(zhuǎn)臺速度的閉環(huán)控制。兩點說明：從控制作用的產(chǎn)生原理看，閉環(huán)控制也叫偏差控制；從系統(tǒng)的組成結構來看，閉環(huán)控制也叫反饋控制。由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，因此反饋控制也稱為閉環(huán)控制。反饋——把檢測出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋（一般為負反饋）。受控對象：被操作完成控制任務的設備、儀器或生產(chǎn)過程。14（3）特點：抗干擾能力強，控制精度較高，但系統(tǒng)結構和控制過程閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動性較差。結構簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的場合，這種控制方式還有一定的實用價值（步進電機，水泵，風扇）。

閉環(huán)控制：為偏差控制，可以抑制內(nèi)（系統(tǒng)參數(shù)變化）、外擾動（負載變化）對被控制量產(chǎn)生的影響，因此，控制精度高。但是結構復雜，成本高（價格成倍增加，車床、洗衣機、小轎車）；系統(tǒng)設計、分析麻煩。

15閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系3.復合控制系統(tǒng)（CompoundControlSystem）定義：開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結合的一種控制方式構成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式，使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復合控制的兩種基本形式：（1）按輸入前饋補償?shù)膹秃峡刂疲?）按干擾前饋補償?shù)膹秃峡刂平Y構見下圖。163.復合控制系統(tǒng)（CompoundControlSys圖1.5干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量×反饋回路被控量干擾量前饋補償17圖1.5干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測前饋補償輸出量被控量圖1.6輸入補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件×反饋回路干擾量×18前饋補償輸出量被控量圖1.6輸入補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖§1.2自動控制系統(tǒng)的分類

常用的有四種分類方法。按照數(shù)學模型分為類：（1）線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)：由線性元件組成，滿足齊次性和疊加性。而非線性系統(tǒng)不滿足這兩個特性。齊次性和疊加性：如圖，設f(t)為一線性系統(tǒng)，則有：若：r1(t)→c1(t)，r2(t)→c2(t)則：r1(t)+r2(t)→c1(t)+c2(t)——疊加性ar1(t)→ac1(t)——齊次性f(t)r(t)c(t)19§1.2自動控制系統(tǒng)的分類

常用的有（2）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)數(shù)學模型的系數(shù)是常數(shù)數(shù)學模型的系數(shù)至少有一處是時間的函數(shù)2.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所有信號在時間上是連續(xù)的系統(tǒng)中至少有一處的信號在時間上是不連續(xù)的20（2）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)數(shù)學模型的系數(shù)是常數(shù)數(shù)學模型的系數(shù)至3.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所有信號在時間上是連續(xù)的系統(tǒng)中至少有一處的信號在時間上是不連續(xù)的4.按系統(tǒng)輸入信號特征分為：

恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)r(t)為常數(shù)，要求c(t)也為常數(shù)。r(t)為隨機函數(shù)（未知），要求c(t)也隨之變化。r(t)為時間的已知函數(shù)，要求c(t)也隨之變化。213.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所§1.3對自動控制系統(tǒng)的基本要求過渡過程：在輸入量作用下，系統(tǒng)的輸出變量由初始狀態(tài)達到最終穩(wěn)態(tài)的過程。穩(wěn)態(tài)過程：過渡過程結束后的輸出響應。自動控制系統(tǒng)性能的基本要求（三個方面）

穩(wěn)定性Stability——穩(wěn)動態(tài)性能（快速性）——快DynamicPerformanceSpecification穩(wěn)態(tài)性能

（準確性或控制精度）——準Steady-stateError22§1.3對自動控制系統(tǒng)的基本要求過渡過程：在輸入量作用下穩(wěn)定性:穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力。如果系統(tǒng)受外作用力后，經(jīng)過一段時間的過渡，其被控量可以達到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則稱為不穩(wěn)定的

。

穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實現(xiàn)預定任務。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結構決定與外界因素無關。收斂23穩(wěn)定性:穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和圖1-7不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程發(fā)散24圖1-7不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程發(fā)散24動態(tài)性能：描述系統(tǒng)過渡過程表現(xiàn)出來的性能，用平穩(wěn)性和快速性衡量。如：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量穩(wěn)態(tài)性能：系統(tǒng)過渡過程結束進入穩(wěn)態(tài)后表現(xiàn)出來的性能，用穩(wěn)態(tài)誤差ess來衡量。過度過程的振蕩的程度過渡過程的快慢輸出的實際值偏離期望值的偏差。反映系統(tǒng)的控制精度。若ess=0→無差系統(tǒng)若ess≠0→有差系統(tǒng)25動態(tài)性能：描述系統(tǒng)過渡過程表現(xiàn)出來的性能，用平穩(wěn)性和快速性衡

1、液位控制系統(tǒng)圖1.8（a）是一個液位控制系統(tǒng)原理圖。在這里，自動控制器通過比較實際液位與希望液位，并通過調(diào)整氣動閥門的開度，對誤差進行修正，從而保持液位不變。圖1.8（b）是該控制系統(tǒng)的方框圖?？刂葡到y(tǒng)舉例26控制系統(tǒng)舉例26圖1.8（a）液位控制系統(tǒng)27圖1.8（a）液位控制系統(tǒng)27圖1.8（b）液位控制系統(tǒng)比較元件28圖1.8（b）液位控制系統(tǒng)比較元件28控制器：比較、計算執(zhí)行（汽動或電動閥門）測量（液位傳感器）29控制器：比較、計算執(zhí)行（汽動或電動閥門）測量（液位傳感器）

2、發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)如圖下所示。其工作原理是操縱者轉(zhuǎn)動操縱電位計的手柄，可使電位計的輸出電壓Ur改變大小和方向。經(jīng)前置放大器和直流發(fā)電機兩j級放大，使加在伺服電機上的端電壓也隨之改變大小和方向。從而使負載具有所要求的轉(zhuǎn)速302、發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)30圖1.6c發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)操縱電位計發(fā)電機伺服電機減速器負載Θr給定值Ur前置放大器功放執(zhí)行元件被控量Wm+E-EΘrUr操縱電位計

R1R2R3R4放大器直流發(fā)電機伺服電機WdWm

發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)減速器負載+E-EΘrUr操縱電位計

R1R2R3R4放大器直流發(fā)電機伺服電機WdWm

發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)減速器負載31圖1.6c發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)操縱電位計發(fā)電機伺服電機減速§1.4自動控制理論的發(fā)展簡述古典（經(jīng)典）控制理論、自動控制原理（理論）（1787——1960）

特點：以傳遞函數(shù)為基礎研究單輸入－單輸出定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設計問題。這些理論由于其發(fā)展較早，現(xiàn)已臻成熟?，F(xiàn)代（近代）控制理論（1960——1980）

特點：以狀態(tài)空間法為基礎，研究多輸入－多輸出控制系統(tǒng)的分析與設計問題。系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。如：最優(yōu)控制、自適應控制、計算機控制、系統(tǒng)辨識32§1.4自動控制理論的發(fā)展簡述古典（經(jīng)典）控制理論、自動控智能控制理論（1980——）

特點：以人工智能為基礎，研究復雜對象（車間、工廠、集團）、復雜任務、復雜環(huán)境下的復雜控制系統(tǒng)。是控制論、仿生學、運籌學等的有機結合。如：各種智能機器人的出現(xiàn)和應用。代表人物：國外的有：美國數(shù)學家N.維納、英國機械師J.瓦特、美國貝爾實驗室的兩位數(shù)學家英國的勞斯和德國的胡爾維茨、美國電信工程師N.奈奎斯特、伯德、數(shù)學家伊文斯等。國內(nèi)的有：錢學森、宋健、顧毓秀等。33智能控制理論（1980——）代表人物：33控制系統(tǒng)的計算機輔助設計控制系統(tǒng)的計算機輔助設計發(fā)展概況第一階段：60～70年代，采用一個或者幾個控制系統(tǒng)計算程序組成的控制系統(tǒng)計算機輔助設計軟件包。第二階段：70～80年代，功能齊全的用于多變量系統(tǒng)設計的計算機輔助設計軟件包。第三階段：80中期開始，產(chǎn)生仿真軟件MATLAB—控制系統(tǒng)計算機輔助設計仿真系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)計算機輔助設計的主要內(nèi)容計算機輔助建立系統(tǒng)模型數(shù)學模型表示方式之間的相互轉(zhuǎn)換計算機輔助分析和設計控制系統(tǒng)34控制系統(tǒng)的計算機輔助設計控制系統(tǒng)的計算機輔助設計發(fā)展概況控制提問與解答環(huán)節(jié)QuestionsAndAnswers提問與解答環(huán)節(jié)謝謝聆聽·學習就是為了達到一定目的而努力去干,是為一個目標去戰(zhàn)勝各種困難的過程,這個過程會充滿壓力、痛苦和挫折LearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal謝謝聆聽LearningIsToAchieveAC自動控制理論

37自動控制理論1第一章概述（Introduction）重點內(nèi)容：自動控制的基本概念和基本原理自動控制系統(tǒng)的組成和分類對自動控制系統(tǒng)的基本要求38第一章概述（Introduction）重點內(nèi)容：2§1.1自動控制和自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念

所謂自動控制，是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值或按輸入信號的變化規(guī)律去變化的過程。用來操縱受控對象的設備（校正器+放大器+執(zhí)行器）。一般為傳感器無人直接參與：指人在遠方進行遠程操作（遙操作），而不是在對象跟前就地操作?？刂蒲b置：是控制器和檢測（反饋）元件的總稱。39§1.1自動控制和自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念用控制對象：控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體。如冰箱、空調(diào)、洗衣機、電梯、飛機、汽車、潛艇、電廠鍋爐、釀酒過程等各種設備、機器或生產(chǎn)過程。被控量：控制對象要實現(xiàn)的量，是表征對象特征的關鍵參數(shù)。如冰箱溫度、電機的轉(zhuǎn)速、飛機姿態(tài)角、船的航行軌跡、電網(wǎng)的電壓、生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度、濕度等。

40控制對象：控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體。被控量：控制對象要自動控制系統(tǒng)如圖1-1，幾個重要的信號量如下：二、五個重要的信號量

×控制器受控對象檢測元件e(t)r(t)c(t)b(t)d(t)圖1-1自動控制示意圖41自動控制系統(tǒng)如圖1-1，幾個重要的信號量如下：二、五個重要的5.偏差量（誤差量）e(t)：e(t)=r(t)-b(t)1.被控量（輸出量）：表征受控對象特征的關鍵參數(shù)。

實際輸出量——c(t)；理想輸出量——c0(t)。2.給定量（控制量、輸入量）r(t)：要求被控量達到理想值時，所需對應的參考輸入值。即：r(t)c0(t)。3.擾動量（干擾量）d(t)：影響被控兩量變化的主要干擾因素。4.反饋量b(t)：檢測元件的輸出值。與c(t)對應且與r(t)同性質(zhì)。即：b(t)c(t)。425.偏差量（誤差量）e(t)：e(t)=r(t)-b(t自動控制系統(tǒng)工作原理說明水溫人工控制系統(tǒng)：控制任務：保持冷水進水量一定，通過手動調(diào)節(jié)閥對蒸汽進汽量的調(diào)節(jié)，保證熱水溫度不變。受控對象——水箱；被控量——出水（熱水）溫度自動控制系統(tǒng)定義：由控制裝置+受控對象構成的能完成自動控制任務的整體。

人的作用感受水溫——檢測大腦反映——比較手動調(diào)節(jié)——執(zhí)行43自動控制系統(tǒng)工作原理說明自動控制系統(tǒng)人的作用感受水溫——檢測水溫自動控制系統(tǒng)：檢測——溫度傳感器；比較——控制器；執(zhí)行——伺服電機+調(diào)速器原理框圖如下：ΔT=T0-Tf×控制器電動閥門溫度傳感器ΔT給定溫度T0實際溫度TTfd(t)圖1-2水溫自動控制原理框圖執(zhí)行機構水箱44水溫自動控制系統(tǒng)：檢測——溫度傳感器；比較——控制器；原理三、自動控制系統(tǒng)的控制方式及基本結構控制方式開環(huán)控制閉環(huán)控制復合控制兩種基本控制方式開環(huán)控制（Open-loopControl）

（1）定義：控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時的控制方式，稱為開環(huán)控制。（2）結構：控制器受控對象r(t)c(t)d(t)圖1-3開環(huán)控制系統(tǒng)圖45三、自動控制系統(tǒng)的控制方式及基本結構控制方式開環(huán)控制兩種基本（3）特點：系統(tǒng)結構和控制過程簡單，但無抗干擾能力，控制精度較低。一般只用于對控制性能要求不高的場合。

開環(huán)系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，不需要對輸出量進行測量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進行比較。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱無反饋控制系統(tǒng)。

如：打印機、復印機、簡單生產(chǎn)線、自動洗衣機、自動售貨機、自動打包機等。轉(zhuǎn)臺的速度控制。2.閉環(huán)控制（Closed-loopControl）

（1）定義：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，即被控量對控制過程有影響時的控制方式稱為閉環(huán)控制。（2）組成：三大部分，七個環(huán)節(jié)。如下圖1-4。46（3）特點：系統(tǒng)結構和控制過程簡單，但無抗干擾能力，控制精度圖1-4閉環(huán)自動控制系統(tǒng)組成框圖×校正器執(zhí)行機構檢測環(huán)節(jié)e(t)給定環(huán)節(jié)C(t)b(t)d(t)放大器受控對象r(t)控制器給定電源部分控制裝置部分受控對象部分比較環(huán)節(jié)123456747圖1-4閉環(huán)自動控制系統(tǒng)組成框圖×校正執(zhí)行機構檢測環(huán)說明：用“”號代表比較裝置?！啊碧柎硇盘枠O性為負，其余信號為正。信號沿箭頭方向從輸入端到達輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)檢測裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋通路；前向通路與主反饋通路共同構成主回路。此外，還有其它前向通道和局部反饋通路以及由它構成的內(nèi)回路?！?8說明：×12各環(huán)節(jié)功能如下：給定電源：給出與理想的輸出值相對應的輸入量。比較環(huán)節(jié)（運算環(huán)節(jié)、綜合環(huán)節(jié)）：對輸入其中的信號進行代數(shù)運算，并將運算結果輸出。即：e(t)=r(t)-b(t)。常用的如差動放大器、自整角機等。校正器（校正環(huán)節(jié)）：改善系統(tǒng)性能。放大器：對微弱的偏差信號進行放大，以推動執(zhí)行機構工作。如放大器、晶閘管。執(zhí)行機構：帶動受控對象工作。一般為伺服電動機、液壓馬達等動力設備。檢測環(huán)節(jié)(反饋環(huán)節(jié))：一般為傳感器。其作用是檢測輸出量，并將其變換成與輸入量同性質(zhì)的信號，然后反饋到輸入端。一般為各種傳感器，如測速發(fā)電機、電位計、熱電偶等。

49各環(huán)節(jié)功能如下：13（3）特點：抗干擾能力強，控制精度較高，但系統(tǒng)結構和控制過程復雜，穩(wěn)定性的問題是系統(tǒng)分析和設計的一個核心問題。一般用于對控制性能要求較高的大中型工業(yè)系統(tǒng)和精密的儀器、設備。如：電冰箱、空調(diào)器、復雜的生產(chǎn)線、精密的自動化儀表等。轉(zhuǎn)臺速度的閉環(huán)控制。兩點說明：從控制作用的產(chǎn)生原理看，閉環(huán)控制也叫偏差控制；從系統(tǒng)的組成結構來看，閉環(huán)控制也叫反饋控制。由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，因此反饋控制也稱為閉環(huán)控制。反饋——把檢測出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋（一般為負反饋）。受控對象：被操作完成控制任務的設備、儀器或生產(chǎn)過程。50（3）特點：抗干擾能力強，控制精度較高，但系統(tǒng)結構和控制過程閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動性較差。結構簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的場合，這種控制方式還有一定的實用價值（步進電機，水泵，風扇）。

閉環(huán)控制：為偏差控制，可以抑制內(nèi)（系統(tǒng)參數(shù)變化）、外擾動（負載變化）對被控制量產(chǎn)生的影響，因此，控制精度高。但是結構復雜，成本高（價格成倍增加，車床、洗衣機、小轎車）；系統(tǒng)設計、分析麻煩。

51閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系3.復合控制系統(tǒng)（CompoundControlSystem）定義：開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結合的一種控制方式構成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式，使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復合控制的兩種基本形式：（1）按輸入前饋補償?shù)膹秃峡刂疲?）按干擾前饋補償?shù)膹秃峡刂平Y構見下圖。523.復合控制系統(tǒng)（CompoundControlSys圖1.5干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量×反饋回路被控量干擾量前饋補償53圖1.5干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測前饋補償輸出量被控量圖1.6輸入補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件×反饋回路干擾量×54前饋補償輸出量被控量圖1.6輸入補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖§1.2自動控制系統(tǒng)的分類

常用的有四種分類方法。按照數(shù)學模型分為類：（1）線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)：由線性元件組成，滿足齊次性和疊加性。而非線性系統(tǒng)不滿足這兩個特性。齊次性和疊加性：如圖，設f(t)為一線性系統(tǒng)，則有：若：r1(t)→c1(t)，r2(t)→c2(t)則：r1(t)+r2(t)→c1(t)+c2(t)——疊加性ar1(t)→ac1(t)——齊次性f(t)r(t)c(t)55§1.2自動控制系統(tǒng)的分類

常用的有（2）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)數(shù)學模型的系數(shù)是常數(shù)數(shù)學模型的系數(shù)至少有一處是時間的函數(shù)2.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所有信號在時間上是連續(xù)的系統(tǒng)中至少有一處的信號在時間上是不連續(xù)的56（2）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)數(shù)學模型的系數(shù)是常數(shù)數(shù)學模型的系數(shù)至3.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所有信號在時間上是連續(xù)的系統(tǒng)中至少有一處的信號在時間上是不連續(xù)的4.按系統(tǒng)輸入信號特征分為：

恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)r(t)為常數(shù)，要求c(t)也為常數(shù)。r(t)為隨機函數(shù)（未知），要求c(t)也隨之變化。r(t)為時間的已知函數(shù)，要求c(t)也隨之變化。573.按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分為：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)系統(tǒng)中的所§1.3對自動控制系統(tǒng)的基本要求過渡過程：在輸入量作用下，系統(tǒng)的輸出變量由初始狀態(tài)達到最終穩(wěn)態(tài)的過程。穩(wěn)態(tài)過程：過渡過程結束后的輸出響應。自動控制系統(tǒng)性能的基本要求（三個方面）

穩(wěn)定性Stability——穩(wěn)動態(tài)性能（快速性）——快DynamicPerformanceSpecification穩(wěn)態(tài)性能

（準確性或控制精度）——準Steady-stateError58§1.3對自動控制系統(tǒng)的基本要求過渡過程：在輸入量作用下穩(wěn)定性:穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力。如果系統(tǒng)受外作用力后，經(jīng)過一段時間的過渡，其被控量可以達到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則稱為不穩(wěn)定的

。

穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實現(xiàn)預定任務。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結構決定與外界因素無關。收斂59穩(wěn)定性:穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和圖1-7不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程發(fā)散60圖1-7不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程發(fā)散24動態(tài)性能：描述系統(tǒng)過渡過程表現(xiàn)出來的性能，用平穩(wěn)性和快速性衡量。如：上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量穩(wěn)態(tài)性能：系統(tǒng)過渡過程結束進入穩(wěn)態(tài)后表現(xiàn)出來的性能，用穩(wěn)態(tài)誤差ess來衡量。過度過程的振蕩的程度過渡過程的快慢輸出的實際值偏離期望值的偏差。反映系統(tǒng)的控制精度。若ess=0→無差系統(tǒng)若ess≠0→有差系統(tǒng)61動態(tài)性能：描述系統(tǒng)過渡過程表現(xiàn)出來的性能，用平穩(wěn)性和快速性衡

1、液位控制系統(tǒng)圖1.8（a）是一個液位控制系統(tǒng)原理圖。在這里，自動控制器通過比較實際液位與希望液位，并通過調(diào)整氣動閥門的開度，對誤差進行修正，從而保持液位不變。圖1.8（b）是該控制系統(tǒng)的方框圖?？刂葡到y(tǒng)舉例62控制系統(tǒng)舉例26圖1.8（a）液位控制系統(tǒng)63圖1.8（a）液位控制系統(tǒng)27圖1.8（b）液位控制系統(tǒng)比較元件64圖1.8（b）液位控制系統(tǒng)比較元件28控制器：比較、計算執(zhí)行（汽動或電動閥門）測量（液位傳感器）65控制器：比較、計算執(zhí)行（汽動或電動閥門）測量（液位傳感器）

2、發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)如圖下所示。其工作原理是操縱者轉(zhuǎn)動操縱電位計的手柄，可使電位計的輸出電壓Ur改變大小和方向。經(jīng)前置放大器和直流發(fā)電機兩j級放大，使加在伺服電機上的端電壓也隨之改變大小和方向。從而使負載具有所要求的轉(zhuǎn)速662、發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)30圖1.6c發(fā)電機-電動