第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論

第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論第一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

羅宇鋒聯(lián)系電話箱：zhanglyf@126.com助教：電氣本：李敏捷D216電氣：賈珍D219第二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

最初的閉環(huán)自動(dòng)控制裝置是1788年瓦特（J.Watt）發(fā)明的飛錘調(diào)速器的研究。四個(gè)階段：經(jīng)典控制理論階段現(xiàn)代控制理論階段大系統(tǒng)控制理論階段智能控制階段

序：自動(dòng)控制的發(fā)展簡(jiǎn)史第三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

1868年麥克斯韋爾（J.C.Maxwell）基于微分方程描述從理論上給出了它的穩(wěn)定性條件。1877年勞斯（E.J.Routh）,1895年古爾維茨（A.Hurwitz）分別獨(dú)立給出了高階線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)。經(jīng)典控制理論階段（傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）

勞斯古爾維茨第四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1892年，李雅普諾夫（A.M.Lyapunov）給出了非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)。在同一時(shí)期，維什哥熱斯基（I.A.Vyshnegreskii）也用一種正規(guī)的數(shù)學(xué)理論描述了這種理論。

1922年米羅斯基(N.Minorsky)給出了位置控制系統(tǒng)的分析，并對(duì)PID三作用控制給出了控制規(guī)律公式。

1942年，齊格勒（J.G.Zigler）和尼科爾斯(N.B.Nichols)又給出了PID控制器的最優(yōu)參數(shù)整定法?！旧鲜龇椒ɑ旧鲜菚r(shí)域方法

】經(jīng)典控制理論階段（傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）

第五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

1932年柰奎斯特(Nyquist)提出了負(fù)反饋系統(tǒng)的頻率域穩(wěn)定性判據(jù)。

1940年，波德(H.Bode)進(jìn)一步研究通信系統(tǒng)頻域方法，提出了頻域響應(yīng)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖描述方法。

頻域分析法主要用于描述反饋放大器的帶寬和其他頻域指標(biāo)。經(jīng)典控制理論階段（傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）

柰奎斯特第六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四作為貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的工程師，在熱噪聲(Johnson-Nyquistnoise)和反饋放大器穩(wěn)定性方面做出了很大的貢獻(xiàn)。他早期的理論性工作關(guān)于確定傳輸信息需滿足的帶寬要求，在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)》期刊上發(fā)表了《影響電報(bào)速度傳輸速度的因素》文章，為后來香農(nóng)的信息論奠定了基礎(chǔ)。

1927年，奈奎斯特確定了如果對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）進(jìn)行抽樣，且在抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)。為不使原波形產(chǎn)生“半波損失”，采樣率至少應(yīng)為信號(hào)最高頻率的兩倍，這就是著名的奈奎斯特采樣定理。奈奎斯特1928年發(fā)表了《電報(bào)傳輸理論的一定論題》。1954年，他從貝爾實(shí)驗(yàn)室退休。

美國物理學(xué)家，1889年出生在瑞典。1976年在德克薩斯逝世。奈奎斯特對(duì)信息論做出了重大的貢獻(xiàn)。奈奎斯特1907年移民到美國并于1912年進(jìn)入北達(dá)克塔大學(xué)學(xué)習(xí)。1917年在耶魯大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。1917年～1934年在AT&T公司工作，后轉(zhuǎn)入貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作

小知識(shí)：奈奎斯特第七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

1943年，霍爾(A.C.Hall)利用傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域模型）和方框圖，把通信工程的頻域響應(yīng)方法和機(jī)械工程的時(shí)域方法統(tǒng)一起來，人們稱此方法為復(fù)域方法。1948年伊文斯（W.Evans）又進(jìn)一步提出了屬于經(jīng)典方法的根軌跡設(shè)計(jì)法，它給出了系統(tǒng)參數(shù)變換與時(shí)域性能變化之間的關(guān)系。經(jīng)典控制理論階段（傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）第八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)：經(jīng)典控制理論的分析方法為復(fù)數(shù)域方法,以傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，優(yōu)點(diǎn):可通過試驗(yàn)方法建立數(shù)學(xué)模型，物理概念清晰。缺點(diǎn):只適應(yīng)單變量線性定常系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)缺少了解。經(jīng)典控制理論階段（傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型）第九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1954年貝爾曼(R.Bellman)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論。

1956年龐特里雅金(L.S.Pontryagin)的極大值原理。

1960年卡爾曼（R.E.Kalman）的多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論。

現(xiàn)代頻域方法，自適應(yīng)控制理論和方法、魯棒控制方法等?，F(xiàn)代控制理論階段（以狀態(tài)空間表達(dá)式為模型）第十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

1957年于哥倫比亞大學(xué)獲得博士學(xué)位。在現(xiàn)代控制理論中的卡爾曼濾波器，正是源于他的博士論文和1960年發(fā)表的論文《ANewApproachtoLinearFilteringandPredictionProblems》（線性濾波與預(yù)測(cè)問題的新方法）。小知識(shí)：卡爾曼

RudolfEmilKalman，匈牙利數(shù)學(xué)家，1930年出生于匈牙利首都布達(dá)佩斯。1953、1954年于麻省理工學(xué)院分別獲得電機(jī)工程學(xué)士及碩士學(xué)位。

第十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)：狀態(tài)空間方法屬于時(shí)域方法，其核心是最優(yōu)化技術(shù)。它以狀態(tài)空間描述（實(shí)質(zhì)上是一階微分或差分方程組）作為數(shù)學(xué)模型。適應(yīng)于多變量、非線性、時(shí)變系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論階段（以狀態(tài)空間表達(dá)式為模型）第十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

20世紀(jì)70年代，隨著控制理論應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，人們開始了對(duì)大系統(tǒng)理論的研究。大系統(tǒng)理論是過程控制與信息處理相結(jié)合的綜合自動(dòng)化理論基礎(chǔ)，是動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)工程理論，具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段。大系統(tǒng)控制理論階段第十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四智能控制：

依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜的控制問題。被控對(duì)象的復(fù)雜性體現(xiàn)為:模型的不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，動(dòng)態(tài)突變，多時(shí)間標(biāo)度，復(fù)雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，以及嚴(yán)格的特性指標(biāo)等。

智能控制階段第十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí)。試圖用傳統(tǒng)的控制理論和方法去解決復(fù)雜的對(duì)象，復(fù)雜的環(huán)境和復(fù)雜的任務(wù)是不可能的。智能控制的方法包括模糊控制，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制，專家控制等方法。智能控制階段第十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

40~50年代經(jīng)典控制理論

（頻域法或復(fù)頻域法）

核心：傳遞函數(shù)，穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕度等

特點(diǎn)：圖形方法，直觀簡(jiǎn)便，設(shè)置參數(shù)少，

（以簡(jiǎn)單控制結(jié)構(gòu)獲取相對(duì)滿意的性能）適用范圍：?jiǎn)屋斎雴屋敵觯⊿ISO）系統(tǒng)。

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：復(fù)變函數(shù)，積分變換。

SISO:SingleInputandSingleOutput第十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

60～70年代現(xiàn)代控制理論（狀態(tài)空間法）

核心：狀態(tài)變量的能控、能觀性，

系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

特點(diǎn)：時(shí)域法，統(tǒng)一處理SISO、MIMO系統(tǒng)，

有完整的理論體系。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：線性代數(shù)，矩陣?yán)碚?。缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型精度要求高，

實(shí)際性能達(dá)不到設(shè)計(jì)的最優(yōu)，

所需狀態(tài)反饋難以直接實(shí)現(xiàn)。MIMO:Multi-InputandMulti-Output第十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四70年代～現(xiàn)在多種新型控制理論多變量頻域控制理論

①經(jīng)典SISO→MIMO；

②基于互質(zhì)分解的全新的頻域優(yōu)化理論。魯棒控制（robustcontrol）

魯棒性（robustness）：系統(tǒng)存在模型誤差或受到擾動(dòng)時(shí)仍能保持良好性能的能力。

魯棒控制：使系統(tǒng)具有良好魯棒性的控制。第十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四70年代～現(xiàn)在多種新型控制理論智能控制（intelligentcontrol）

控制系統(tǒng)具有擬人智能（學(xué)習(xí)、記憶、判斷、推理等）大系統(tǒng)控制、復(fù)雜系統(tǒng)控制等

被控系統(tǒng)具有高維數(shù)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、多約束、多目標(biāo)、不確定性、分散性、非線性、大時(shí)滯、難建模等特征，如電力系統(tǒng)、城市交通系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。第十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四系統(tǒng)社會(huì)系統(tǒng)地球系統(tǒng)宇宙系統(tǒng)工程系統(tǒng)生物系統(tǒng)醫(yī)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程控制論人工控制自動(dòng)控制半自動(dòng)控制自動(dòng)控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論先進(jìn)控制理論（智能）開環(huán)控制理論閉環(huán)控制理論復(fù)合控制理論非線性控制理論離散時(shí)間控制理論自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)小結(jié)：第二十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四先進(jìn)控制理論小結(jié)：★第二十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四課程的主要內(nèi)容及承上啟下的關(guān)系控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)域分析法根軌跡分析法頻域分析法根軌跡法設(shè)計(jì)與校正（定量）頻域法設(shè)計(jì)與校正（定量）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)方法第二十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四自動(dòng)控制原理微積分積分變換復(fù)變函數(shù)電子技術(shù)電路理論現(xiàn)代控制理論過程控制系統(tǒng)各類專業(yè)課程大學(xué)物理電機(jī)拖動(dòng)后續(xù)課程先行課程本課程涉及到的基礎(chǔ)理論知識(shí)第二十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

《自動(dòng)控制原理》主要內(nèi)容

第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法第六章線性系統(tǒng)的校正方法

第七章線性離散系統(tǒng)的分析[不講]第八章非線性控制系統(tǒng)分析[不講]

附加：MATLAB工具和拉普拉斯變換第二十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四《自動(dòng)控制原理》參考教材1.《自動(dòng)控制原理》（第五版），胡壽松，科學(xué)出版社2.《自動(dòng)控制原理習(xí)題集》，胡壽松，科學(xué)出版社3.《自動(dòng)控制原理》（第一版），張蓮，中國鐵道出版社4.《自動(dòng)控制原理的MATLAB實(shí)現(xiàn)》，黃忠霖，國防工業(yè)出版社5.《控制工程與信號(hào)處理》，程桂芬，化學(xué)工業(yè)出版社6.《自動(dòng)控制原理與設(shè)計(jì)》（英文版，第五版）GENEF.FRANKLIN著，人民郵電出版社第二十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

第一章

控制系統(tǒng)導(dǎo)論第二十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1-1自動(dòng)控制的基本原理1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1-4對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求本章主要內(nèi)容第二十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1.明確什么叫自動(dòng)控制，正確理解被控對(duì)象、被控量、控制裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)等概念；2.正確理解三種控制方式，特別是閉環(huán)控制；3.掌握由系統(tǒng)原理圖畫方框圖的方法，并能正確判斷系統(tǒng)的控制方式；4.明確系統(tǒng)常用分類方法；5.明確對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求，正確理解三大性能指標(biāo)的含義。本章基本要求第二十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1-1自動(dòng)控制的基本原理

第二十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四一、基本概念

[自動(dòng)控制]自動(dòng)

不需要人的介入控制

達(dá)到人想要達(dá)到的某種目的1.定義第三十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

由被控對(duì)象和自動(dòng)控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)的整體，稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。[自動(dòng)控制理論]研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。[自動(dòng)控制系統(tǒng)]

由一些元部件按一定要求連接并具有某一特定功能的整體。[系統(tǒng)]第三十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四2.研究對(duì)象：?jiǎn)屋斎?、單輸出、集中參?shù)、線性、時(shí)不變自動(dòng)控制系統(tǒng)（的數(shù)學(xué)模型）。3.研究?jī)?nèi)容（1）系統(tǒng)的分析：已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，分析和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能以及抗干擾能力的優(yōu)劣。（2）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：按照給定的任務(wù)（控制任務(wù)）設(shè)計(jì)一個(gè)滿足穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求及抗干擾性能要求的控制系統(tǒng)，并確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。4.研究的具體目的：

c(t)≡r(t)分析是基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)是重點(diǎn)、滿足要求才是目標(biāo)。第三十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四5.自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用術(shù)語被控對(duì)象：要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程被控制量：指被控制系統(tǒng)所要控制的物理量，一般指系統(tǒng)的輸出量給定值：根據(jù)生產(chǎn)要求，被控制量需要達(dá)到的數(shù)值擾動(dòng)：破壞控制量與被控制量之間正常函數(shù)關(guān)系的因素，稱為系統(tǒng)的擾動(dòng)。如擾動(dòng)來自外部，叫做外擾，如果擾動(dòng)來自內(nèi)部，如系統(tǒng)中各元件參數(shù)的變化，稱為內(nèi)擾。給定值和擾動(dòng)通稱為輸入量?？刂蒲b置：能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象起控制作用的設(shè)備總稱第三十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四二、反饋控制基本原理

在工業(yè)控制中，龍門刨床速度控制系統(tǒng)就是按照反饋控制原理進(jìn)行工作的。當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須對(duì)速度進(jìn)行控制。第三十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四反饋：取出輸出量送回到輸入端，并與輸入

信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過程。第三十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，即反饋控制原理。反饋控制本質(zhì)是按偏差進(jìn)行控制的過程。[反饋控制原理]第三十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四三、反饋控制系統(tǒng)的基本組成輸入信號(hào)——系統(tǒng)控制目標(biāo)的反映，是人的意志的具體體現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)——主要完成對(duì)有關(guān)信號(hào)的變換、處理，發(fā)出控制量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制功能。輸出信號(hào)——系統(tǒng)的控制結(jié)果，反映了被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)。第三十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件反饋控制系統(tǒng)組成圖第三十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件

主反饋：

直接取自系統(tǒng)輸出端，經(jīng)過測(cè)量和變換，又引入到系統(tǒng)輸入端的信號(hào)叫主反饋信號(hào)，相應(yīng)的反饋叫主反饋?！锏谌彭?，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

前向通道：

從系統(tǒng)輸入端到輸出量之間的通道稱為前向通道。第四十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

主反饋通道：

從輸出量到主反饋信號(hào)之間的通道稱為主反饋通道。第四十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

主回路：

主反饋閉合了除系統(tǒng)輸入信號(hào)和干擾信號(hào)以外的其它所有信號(hào)，所形成的閉合回路稱為主回路。第四十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

給定元件：

給出與系統(tǒng)輸出量希望值相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。一般為電位器。第四十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★測(cè)量元件：

測(cè)量系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值，并把輸出量的量綱轉(zhuǎn)化成與輸入量相同。如測(cè)速機(jī)、熱電偶、自整角機(jī)、電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、浮子等。第四十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

比較元件：

比較系統(tǒng)的輸入量和主反饋信號(hào)，并給出兩者之間的偏差。常用的有差動(dòng)放大器、機(jī)械差動(dòng)裝置、電橋電路、計(jì)算機(jī)等。第四十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

放大元件：

對(duì)微弱的偏差信號(hào)進(jìn)行放大和變換，使之具有足夠的幅值和功率，以適應(yīng)執(zhí)行元件動(dòng)作的要求。如：晶體管、集成電路、晶閘管等組成的電壓、功率放大器。第四十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

執(zhí)行元件：

根據(jù)放大后的偏差信號(hào)產(chǎn)生控制、動(dòng)作，操作系統(tǒng)的輸出量，使之按照輸入量的變化規(guī)律而變化。如：閥門、電機(jī)、液壓馬達(dá)等。

第四十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四電氣閥門定位器執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體第四十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★

校正元件（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)或并聯(lián)（反饋）的方式連接于系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。如：電阻、電容組成的無源或有源網(wǎng)絡(luò)，還有計(jì)算機(jī)?！锏谒氖彭?，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四前向通道主反饋通道比較元件偏差量主反饋量控制變量操作變量被控量給定元件★除此之外還有：?jiǎn)挝环答佅到y(tǒng)：主反饋信號(hào)等于輸出量的系統(tǒng)叫單位反饋系統(tǒng)。非單位反饋系統(tǒng)：主反饋信號(hào)不等于輸出量的系統(tǒng)叫非單位反饋系統(tǒng)。局部反饋：對(duì)應(yīng)內(nèi)回路。第五十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四練習(xí)：通過測(cè)量輸出量，產(chǎn)生一個(gè)與輸出信號(hào)存在確定函數(shù)比例關(guān)系值的元件稱為（

）

A.比較元件B.給定元件C.反饋元件D.放大元件答案：C第五十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1：A.溫度控制——人工控制第五十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四爐溫手動(dòng)控制演示第五十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四控制目標(biāo)：爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。第五十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四B.溫度控制——自動(dòng)控制第五十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四爐溫自動(dòng)控制演示第五十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四閉環(huán)控制系統(tǒng):

第五十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四+__受信儀放大器減速器校正裝置檢測(cè)裝置電機(jī)+··例2：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)——“火炮打飛機(jī)”第五十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四Parkinson高炮自動(dòng)射擊系統(tǒng)原理圖飛機(jī)位置控制器比較器電機(jī)方位角

測(cè)量值雷達(dá)電位計(jì)數(shù)學(xué)解算控制器比較器電機(jī)高低角測(cè)量值電位計(jì)預(yù)期方位角預(yù)期高低角高炮實(shí)際方位角高炮實(shí)際高低角第五十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

已知鈾235原子核在一個(gè)中子的撞擊下，可發(fā)生核裂變反應(yīng)，放出大量的能量，同時(shí)釋放大約2.5個(gè)中子，放出的中子有可能再與鈾235原子核發(fā)生核反應(yīng)，這就是所謂核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。U235初始中子數(shù)中子數(shù)2.5n++中子數(shù)n能量有效中子率例3：正反饋例子第六十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四鈾-235鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖第六十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

注意：

加到反饋控制系統(tǒng)上的外作用有兩種類型，一種是有用輸入，一種是擾動(dòng)。有用輸入決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律；而擾動(dòng)是系統(tǒng)不希望有的外作用，它破壞有用輸入對(duì)系統(tǒng)的控制。在實(shí)際系統(tǒng)中，擾動(dòng)總是不可避免的。如電源電壓的波動(dòng)，環(huán)境溫度、壓力以及負(fù)載的變化等。第六十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測(cè)量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。主要特點(diǎn)：四、控制系統(tǒng)的基本控制方式第六十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四電風(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）開關(guān)或程序控制器例1：開環(huán)控制系統(tǒng)控制電壓第六十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四控制目的：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：開關(guān)K和電熱絲，對(duì)受控量起控制作用。加熱爐的開環(huán)控制例2：開環(huán)控制系統(tǒng)

第六十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四原理圖：方塊圖：功率放大器加熱爐控制輸入（給定電壓）（電功率）輸出量（爐溫）控制裝置被控對(duì)象擾動(dòng)量擾動(dòng)量給定電位器

～給定電壓加熱爐+-交流電源電熱絲功率放大器加熱體第六十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四控制方式：按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場(chǎng)合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。

控制器被控制對(duì)象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖第六十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四按擾動(dòng)補(bǔ)償

。這種控制方式的原理是：利用對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的測(cè)量產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。由于擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)測(cè)量裝置，控制器至被控對(duì)象的輸出量是單向傳遞的，故屬于開環(huán)控制方式。對(duì)于不可測(cè)擾動(dòng)以及被控對(duì)象及各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響，系統(tǒng)自身無法控制。因此，控制精度有限，常用于工作機(jī)械的恒速控制（如穩(wěn)定刀具轉(zhuǎn)速）以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓，穩(wěn)頻控制?？刂破鞅豢刂茖?duì)象擾動(dòng)輸出量按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑矸娇驁D測(cè)量裝置第六十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。閉環(huán)控制：是指控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向聯(lián)系的控制過程。主要特點(diǎn)：控制方式：反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負(fù)反饋。我們所講述的反饋系統(tǒng)如果無特殊說明，一般都指負(fù)反饋。第六十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四控制器被控制對(duì)象輸入量輸出量閉環(huán)控制典型方框圖擾動(dòng)檢測(cè)偏差，糾正偏差…………按偏差控制第七十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四方塊圖：

原理圖：控制器加熱爐爐溫檢測(cè)ur擾動(dòng)y－eufu相加點(diǎn)(綜合點(diǎn))檢測(cè)噪聲給定電位器

～控制量加熱爐控制器誤差e

溫度變送器

變換電壓uf電熱絲溫度

傳感器功率放大器溫度信號(hào)+-交流電源

給定電壓uru輸出量y（爐溫）+-加熱體第七十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四復(fù)合控制：

把按偏差控制與按擾動(dòng)控制結(jié)合起來，對(duì)于主要擾動(dòng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)按擾動(dòng)控制，同時(shí)，再組成反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動(dòng)產(chǎn)生的偏差，即復(fù)合控制。補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)：提供一個(gè)控制作用來盡可能地抵消擾

動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響說明：補(bǔ)償控制屬于開環(huán)控制，僅對(duì)特定可測(cè)擾動(dòng)

有效，一般擾動(dòng)要靠反饋控制來抑制第七十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四復(fù)合控制的特點(diǎn)：

補(bǔ)償控制可更快地及時(shí)抑制可測(cè)擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。反饋控制可抑制一般擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。兩者的結(jié)合可改善抗擾性，提高控制精度。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。第七十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例

第七十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)明確下面的一些問題:

1.被控對(duì)象是什么？被控量是什么？作用在被控對(duì)象上的主要干擾信號(hào)有哪些？

2.通過操縱哪個(gè)機(jī)構(gòu)來改變被控量？即確定執(zhí)行元件。

第七十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四3.有哪些測(cè)量元件，測(cè)量的是被控量還是干擾信號(hào)？測(cè)量元件的確定對(duì)分析系統(tǒng)起關(guān)鍵作用。

4.指令信號(hào)或給定值是由哪個(gè)裝置提供的？

5.如何實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的綜合比較、計(jì)算和判斷偏差？

第七十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-1水箱水位控制系統(tǒng)

第七十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四被控對(duì)象：被控量：控制裝置：檢測(cè)元件：水箱水位控制系統(tǒng)：水箱水箱水位杠桿浮球第七十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四第七十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-2帶鋼連扎機(jī)架軋輥轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)第八十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四連軋機(jī)在軋鋼過程中，通過各機(jī)架的帶鋼必須保持秒流量相等，否則將出現(xiàn)拉鋼或疊鋼，影響產(chǎn)品質(zhì)量或造成故障。這就要求各機(jī)架軋輥的轉(zhuǎn)速保持一定比例，而對(duì)某機(jī)架軋輥來說，即要求其轉(zhuǎn)速恒定。說明：第八十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四①受控對(duì)象：②被控量：③檢測(cè)元件：④變換和放大部件：⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)：控制系統(tǒng)：軋輥的轉(zhuǎn)速n軋輥測(cè)速發(fā)電機(jī)整流裝置電動(dòng)機(jī)第八十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

第八十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

被控對(duì)象：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)被控量：渦輪轉(zhuǎn)速nc第八十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

執(zhí)行元件：即是改變供油量的機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的斜盤以及和斜盤相聯(lián)接的油缸活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。第八十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速測(cè)量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來完成，轉(zhuǎn)速不同，離心塊產(chǎn)生的離心力不同，作用在滑閥上（分油活門）的力的大小就代表了轉(zhuǎn)速的大小。第八十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給定，油門位置不同，作用在滑閥上的起始彈簧力也不同，起始彈簧力的大小就代表了給定轉(zhuǎn)速的大小。第八十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-3渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

比較元件：就是滑閥，離心力和彈簧力在閥芯上進(jìn)行比較，若兩個(gè)作用力不相等，則推動(dòng)閥芯打開油路，輸出高壓燃油到燃燒室。第八十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖

第八十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

應(yīng)用瓦特式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)自己分析：第九十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-4鍋爐液位控制系統(tǒng)第九十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四說明：當(dāng)蒸汽的耗汽量與鍋爐進(jìn)水量相等時(shí)，液位保持在正常標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)鍋爐給水量不變，而蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，液位也相應(yīng)發(fā)生變化；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，而給水管道水壓發(fā)生變化時(shí)，引起鍋爐液位發(fā)生變化。但只要實(shí)際液位高度與正常給定液位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開大或者關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到給定值。

第九十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-5爐溫控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)控制）

第九十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四說明：電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，爐溫實(shí)際值由熱電偶檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)控制算法計(jì)算相應(yīng)控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。

優(yōu)點(diǎn):

計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、無噪聲、顯示醒目、讀數(shù)直觀、打印存檔方便、操作簡(jiǎn)單、靈活性和適應(yīng)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。第九十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-6函數(shù)記錄儀系統(tǒng)

第九十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四函數(shù)記錄儀方框圖第九十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-7家用電冰箱溫控系統(tǒng)

第九十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四說明：控制器設(shè)定溫度與冰箱實(shí)際溫度比較，產(chǎn)生偏差值，當(dāng)偏差電壓達(dá)到使繼電器接通時(shí)，壓縮機(jī)工作，將蒸發(fā)器中高溫低壓氣態(tài)制冷液送制冷卻器散熱，降溫后的低溫低壓制冷液壓縮成高壓液態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，急速降壓擴(kuò)散成氣體，吸收箱體內(nèi)熱量，使冰箱溫度下降，如此循環(huán)操作，使箱體溫度達(dá)到希望溫度，此時(shí)繼電器斷開，壓縮機(jī)停止工作。

第九十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1-8

飛機(jī)-自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)第九十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四俯仰角控制系統(tǒng)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

θ擾動(dòng)

θo第一百頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四反饋控制實(shí)例1：計(jì)算機(jī)硬盤硬盤轉(zhuǎn)速的控制

（檢測(cè)轉(zhuǎn)速）

磁頭讀寫的定位控制（檢測(cè)位置）第一百零一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四反饋控制實(shí)例2

：汽車中的自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、空燃比、自動(dòng)巡航、動(dòng)力輔助轉(zhuǎn)向、防抱死制動(dòng)等第一百零二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四反饋控制實(shí)例3：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)1灌溉：漫灌自動(dòng)噴灌或滴灌（檢測(cè)土壤濕度）第一百零三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四反饋控制實(shí)例4：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)2自動(dòng)化的溫室立體栽培（自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度、養(yǎng)分等）第一百零四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四其他反饋控制的例子：人走路、騎車、駕車等電冰箱、空調(diào)等數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件雷達(dá)火炮系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤飛機(jī)教學(xué)過程、人才培養(yǎng)過程人口控制、經(jīng)濟(jì)控制…還有哪些你知道的反饋控制系統(tǒng)例子？第一百零五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

第一百零六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1.給定信號(hào)的形式恒值系統(tǒng)/隨動(dòng)系統(tǒng)2.按系統(tǒng)是否滿足疊加原理線性系統(tǒng)/非線性系統(tǒng)3.按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化定常系統(tǒng)/時(shí)變系統(tǒng)4.按信號(hào)傳遞的形式連續(xù)系統(tǒng)/離散系統(tǒng)5.按輸入輸出變量的多少單變量系統(tǒng)/多變量系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)的分類第一百零七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四除此之外還有：按系統(tǒng)控制理論分單輸入單輸出（經(jīng)典控制理論）多輸入多輸出（現(xiàn)代控制理論）按系統(tǒng)功能分溫度控制、速度控制、位置控制按組成元件的特點(diǎn)分機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)按控制規(guī)律分古典控制、現(xiàn)代控制系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.4控制系統(tǒng)的分類第一百零八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸入量與輸出量之間僅有前向通路，信號(hào)的傳遞是單方向的，輸出對(duì)輸入沒有影響。結(jié)構(gòu)圖：

（1）開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)

1.開環(huán)系統(tǒng)

第一百零九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，容易設(shè)計(jì)和調(diào)整以及成本較低，對(duì)那些負(fù)載恒定，擾動(dòng)小，控制精度要求不高的實(shí)際系統(tǒng)，是有效的控制方式。

缺點(diǎn)：自身沒有能力根據(jù)系統(tǒng)的輸出量來修正控制量的數(shù)值，控制精度取決于器件精度，系統(tǒng)抗干擾能力差。第一百一十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四開環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合：最適用于傳遞關(guān)系已知，對(duì)輸出精度無要求,且不含擾動(dòng)的場(chǎng)合；如系統(tǒng)起動(dòng)、制動(dòng)過程。自動(dòng)售貨機(jī),洗衣機(jī),數(shù)控機(jī)床，紅綠燈轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。

邏輯控制順序控制擾動(dòng)少的場(chǎng)合第一百一十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四2.閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

特點(diǎn)：不僅有從輸入至輸出之間前向通路，同時(shí)具有從輸出返回至輸入端的信號(hào)傳遞通道。信號(hào)的傳遞構(gòu)成閉合回路。

第一百一十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：控制精度高，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：由于增加了檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本有所增加。第一百一十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四[線性系統(tǒng)]：如果系統(tǒng)滿足疊加原理，則稱其為線性系統(tǒng)。疊加原理說明，兩個(gè)不同的作用函數(shù)同時(shí)作用于系統(tǒng)的響應(yīng)，等于兩個(gè)作用函數(shù)單獨(dú)作用的響應(yīng)之和。

線性系統(tǒng)對(duì)幾個(gè)輸入量同時(shí)作用的響應(yīng)可以一個(gè)一個(gè)地處理，然后對(duì)每一個(gè)輸入量響應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行疊加。（2）線性連續(xù)控制系統(tǒng)線性系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):

數(shù)學(xué)處理簡(jiǎn)便，理論體系完整第一百一十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四線性系統(tǒng)u(t)y(t)均勻性（齊次性）疊加性疊加原理本書主要研究線性定常系統(tǒng)。第一百一十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四線性系統(tǒng)的均勻性yu=1時(shí)的響應(yīng)u=2時(shí)的響應(yīng)第一百一十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四線性系統(tǒng)的疊加性y輸入為u2時(shí)的響應(yīng)輸入為u1時(shí)的響應(yīng)輸入為u1+u2時(shí)的響應(yīng)第一百一十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例1：是線性還是非線性？解：第一百一十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例2：是線性還是非線性？解：第一百一十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例3：是線性還是非線性？解：第一百二十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四練習(xí)：判斷系統(tǒng)類型（r輸入、c輸出）非線性時(shí)變系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)線性時(shí)變系統(tǒng)非線性時(shí)變系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)非線性定常系統(tǒng)第一百二十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

定常系統(tǒng)：

系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。描述其動(dòng)態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)為常數(shù)。時(shí)變系統(tǒng)：

系統(tǒng)的參數(shù)隨時(shí)間而變化。描述其動(dòng)態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)不為常數(shù)。實(shí)際系統(tǒng)的定常是相對(duì)的，時(shí)變是絕對(duì)的，但很多情況下可近似看作定常。（3）定常系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)第一百二十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述,其一般形式式中,c(t)是輸出量,r(t)是輸入量。系數(shù)a0,a1,…,an；b0,b1,…,bm是常數(shù)時(shí),稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)a0,a1,…,an；b0,b1,…,bm隨時(shí)間變化時(shí),稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律不同又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。第一百二十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1.恒值控制系統(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。對(duì)系統(tǒng)的要求是穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差。如調(diào)速系統(tǒng)（當(dāng)ug不變時(shí)），水池水位控制系統(tǒng)，空調(diào)、冰箱、恒溫箱及爐溫控制系統(tǒng)等。第一百二十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四2.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)。例如：跟蹤目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、參數(shù)的自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)、X-Y記錄儀、船舶駕駛舵位跟蹤系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀等。第一百二十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)

其任務(wù)是使船舵角位置按給定指令變化，即要求θ0跟隨θi:θ0(t)=θi(t)。第一百二十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四隨動(dòng)系統(tǒng)控制演示第一百二十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四3.程序控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱程序控制系統(tǒng)。例如，煉鋼爐中的微機(jī)控制系統(tǒng)，洲際彈道導(dǎo)彈的程序控制系統(tǒng)、順序控制器、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床等。第一百二十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四一般都將加工軌跡編好程序。并轉(zhuǎn)換成脈沖輸入，再將工作臺(tái)移動(dòng)軌跡也換算成脈沖測(cè)出來與輸入脈沖比較后再換算成模擬信號(hào)用以控制SM。第一百二十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號(hào)在時(shí)間上是離散的.連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)。一般,在離散系統(tǒng)中既有連續(xù)的模擬信號(hào),也有離散的數(shù)字信號(hào)。因此，離散系統(tǒng)要用差分方程來描述。線性差分方程的一般形式為（4）線性定常離散系統(tǒng)

式中,m≤n,n為差分方程的次數(shù),a0,a1,…,an；b0,b1,…,bm為常系數(shù),r(k),c(k)分別為輸入和輸出采樣序列。第一百三十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)離散時(shí)間系統(tǒng)第一百三十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四（5）非線性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入-輸出特性是非線性的,這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。這時(shí),要用非線性微分(或差分)方程來描述其特性。

非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān),或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng),例如實(shí)際系統(tǒng)的非線性是絕對(duì)的，線性是相對(duì)的，但大多數(shù)可近似看作線性。非線性控制系統(tǒng)：不滿足疊加原理！第一百三十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

下面是非線性系統(tǒng)的一些例子：第一百三十三頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

古典控制理論中（我們所正在學(xué)習(xí)的），采用的是單輸入單輸出描述方法。主要是針對(duì)線性定常系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，解決問題的能力是極其有限的。第一百三十四頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四分類小結(jié)第一百三十五頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求

第一百三十六頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四一、基本要求的提法

盡管自控系統(tǒng)有不同的類型,對(duì)每個(gè)系統(tǒng)也都有不同的特殊要求,但在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí),對(duì)全過程提出的共同基本要求都是一樣的，即穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。第一百三十七頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四

系統(tǒng)受外作用力后,其動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。一、穩(wěn)定性(stability)

穩(wěn)定性：如果系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過一段時(shí)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(dòng)態(tài)過程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不穩(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程(a)給定信號(hào)作用c(t)(b)擾動(dòng)信號(hào)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。第一百三十八頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四圖1.13穩(wěn)定性示意圖

穩(wěn)定性示意圖第一百三十九頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四通過動(dòng)態(tài)過程時(shí)間長短表征。時(shí)間越短，表明快速性越好，反之亦然。二、快速性(rapidness)

r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)快速性表明了系統(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度第一百四十頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值ess大小表征。三、準(zhǔn)確性(accuracy)

r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。第一百四十一頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四有差系統(tǒng)（圖a）：若穩(wěn)態(tài)誤差不為零，則系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。無差系統(tǒng)（圖b）：若穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)稱為無差系統(tǒng)。第一百四十二頁，共一百五十六頁，編輯于2023年，星期四例：分析各條曲線的特性第一百四十三頁，共一百五十六頁，