第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論

自動控制原理

教師：胡芬巧

辦公室：A3-403

手機(jī)航金城學(xué)院考核方式（56學(xué)時,3.5學(xué)分）平時成績考試成績考勤課堂表現(xiàn)作業(yè)總成績

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現(xiàn)代控制理論主要研究對象：多輸入、多輸出、時變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題自動控制的發(fā)展：

經(jīng)典控制理論★★★主要研究對象：單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計

魯棒控制理論一、自動控制與自動控制系統(tǒng)二、自動控制系統(tǒng)的分類三、對控制系統(tǒng)的性能要求第一章概述第一節(jié)自動控制與自動控制系統(tǒng)一、自動控制的基本概念（a）人工控制的水位系統(tǒng)（b）簡單的水位自動控制系統(tǒng)

自動控制，就是在無人直接參與的情況下，利用控制裝置使受控對象的被控量按照預(yù)定的規(guī)律變化。日常生活中常見的家庭：全自動洗衣機(jī)、電飯煲銀行：自動取款機(jī)ATM交通：紅綠燈控制、火車上的開水機(jī)樓宇：自動門、電梯等為了實(shí)現(xiàn)上述控制任務(wù)，將控制裝置和受控對象按照一定的方式連接起來，組成一個有機(jī)總體，這就是自動控制系統(tǒng)。

控制任務(wù)維持水箱內(nèi)水位恒定

控制裝置閥門、連桿和浮子

受控對象水箱

被控量水箱內(nèi)水位的高度水位自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)示意圖分析自動控制系統(tǒng)的性能，或根據(jù)性能要求去設(shè)計自動控制系統(tǒng)。自動控制原理的主要任務(wù)：檢測元件_被控量給定值受控對象控制器二、自動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及控制方式1．開環(huán)控制自動控制系統(tǒng)一般有兩種基本控制方式：控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系。轉(zhuǎn)臺預(yù)期速度實(shí)際轉(zhuǎn)速直流電動機(jī)轉(zhuǎn)臺放大器轉(zhuǎn)臺速度開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖:開環(huán)控制的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程均很簡單，但抗擾能力差，控制精度不高，一般只能用于對控制性能要求較低的場合。

2．閉環(huán)控制（反饋控制、按偏差控制）

有順向作用，而且還有反向聯(lián)系。

閉環(huán)控制又稱為反饋控制或按偏差控制。

控制裝置與受控對象之間，不但自動控制原理中所討論的系統(tǒng)主要是閉環(huán)控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臺速度閉環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖：測速機(jī)偏差反饋量預(yù)期速度實(shí)際轉(zhuǎn)速直流電動機(jī)轉(zhuǎn)臺放大器_閉環(huán)控制的特點(diǎn)：減小或消除由于擾動所形成的偏差值，具有較高的控制精度和較強(qiáng)的抗擾能力。3．復(fù)合控制前饋補(bǔ)償控制復(fù)合控制具有兩種基本形式：復(fù)合控制：反饋控制+(a)按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制(b)按擾動前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制功率放大SM負(fù)載++++電動機(jī)速度控制系統(tǒng)電動機(jī)速度開環(huán)控制系統(tǒng)電動機(jī)速度控制系統(tǒng)+++++電壓放大功率放大負(fù)載SMTG電動機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)方塊圖的畫法:確定輸入量和輸出量

輸入量：作用于系統(tǒng)的輸入端

輸出量：表現(xiàn)于被控對象的輸出端箭頭線：表示信號流向比較環(huán)節(jié)：將給定值和檢測值進(jìn)行比較引出點(diǎn)：將一個信號分路引出方框：元部件方框擾動：破壞輸入量和輸出量之間預(yù)定規(guī)律的信號習(xí)題1-5液位控制系統(tǒng)進(jìn)水閥門減速器電動機(jī)電位器浮子出水Q2Q1HSM放大器Q1+進(jìn)水習(xí)題1-4爐溫控制系統(tǒng)第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類一、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見的有以下幾種：由線性微分方程或線性差分方程所描述的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)；由非線性方程所描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。二、定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)定常系統(tǒng):若線性系統(tǒng)微分方程的系數(shù)為常數(shù)，則稱之為線性定常系統(tǒng)。

系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型微分方程的系數(shù)不是時間變量的函數(shù)。否則稱為時變系統(tǒng)。三、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：

系統(tǒng)中各部分的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)即模擬量。離散系統(tǒng)：

系統(tǒng)中有一處或多處信號為時間的離散函數(shù)，如脈沖或數(shù)碼信號。若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則又可稱之為采樣系統(tǒng)。恒值系統(tǒng)給定量是一個常值，要求被控量也等于常值。如水位控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)等。四、恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)隨動系統(tǒng)給定量是預(yù)先未知的隨時間變化的函數(shù)，被控量以盡量小的誤差跟隨給定量變化，如函數(shù)記錄儀。程序控制系統(tǒng)參數(shù)量按預(yù)定規(guī)律隨時間變化，如數(shù)控機(jī)床。線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)線性定常連續(xù)系統(tǒng)為本書主要討論對象。第三節(jié)對控制系統(tǒng)的要求

常見的評價系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)是從動態(tài)過程中定義出來的。所謂動態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號（給定值或擾動）作用后，被控量隨時間變化的全過程。對系統(tǒng)性能的基本要求有三個方面：

二、快速性一、穩(wěn)定性三、準(zhǔn)確性

系統(tǒng)受外作用力后,其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性：如果系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過一段時間，其被控量達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不穩(wěn)定系統(tǒng)的動態(tài)過程(a)給定信號作用c(t)(b)擾動信號作用d(t)t0c(t)r(t)t0c(t)r(t)c(t)d(t)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的。通過動態(tài)過程時間長短表征。時間越短，表明快速性越好，反之亦然。2、快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)快速性和平穩(wěn)性構(gòu)成了系統(tǒng)的動態(tài)性能。3、準(zhǔn)確性r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值大小表征。自動控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同,分析和設(shè)計自動控制系統(tǒng)，使其對三方面的性能有所側(cè)重，并兼顧其它正是自控原理課程要解決的問題。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化時，其輸出往往要經(jīng)歷一個動態(tài)過程才能跟上輸入的變化。系統(tǒng)的內(nèi)在性能可以通過其動