ch1 自動(dòng)控制理論的一般概念

1、自動(dòng)控制基礎(chǔ)自動(dòng)控制基礎(chǔ)授課教師：齊建玲授課教師：齊建玲電話：電話：1393264600913932646009QQQQ：719426956719426956本課程安排本課程安排n學(xué)時(shí)數(shù)：學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)n課堂：課堂：40，實(shí)驗(yàn)：，實(shí)驗(yàn)：8n考試課考試課本專業(yè)本專業(yè)唯一唯一一門(mén)控制理論課程！一門(mén)控制理論課程！教材及參考資料教材及參考資料n教材：教材：n自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 劉丁劉丁 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 n參考資料參考資料n自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 夏德鈐夏德鈐 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社n自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 楊友良楊友良 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 n自動(dòng)控制原理自

2、動(dòng)控制原理 程鵬程鵬 高等教育出版社高等教育出版社自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論n第一章第一章 自動(dòng)控制理論的一般概念自動(dòng)控制理論的一般概念n第二章第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型n第三章第三章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法n第四章第四章 根軌跡法根軌跡法n第五章第五章 頻率法頻率法n第六章第六章 控制系統(tǒng)的校正控制系統(tǒng)的校正n第七章第七章 非線性系統(tǒng)的分析非線性系統(tǒng)的分析n第八章第八章 采樣控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)采樣控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)第一章 自動(dòng)控制的一般概念1-1 自動(dòng)控制的發(fā)展與任務(wù)自動(dòng)控制的發(fā)展與任務(wù)1-2 自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式1-4 對(duì)控制系統(tǒng)的性能

3、要求對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求1-3 控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制：自動(dòng)控制： 在沒(méi)有人直接參與的情況下，采用控制裝在沒(méi)有人直接參與的情況下，采用控制裝置或機(jī)械使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)置或機(jī)械使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo) 。1-1 自動(dòng)控制的發(fā)展與任務(wù)自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對(duì)象主要研究對(duì)象: :對(duì)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)對(duì)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題?，F(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論主要研究對(duì)象主要研究對(duì)象: :多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)

4、雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題?？刂评碚搶W(xué)科的發(fā)展：控制理論學(xué)科的發(fā)展：古代古代具有自動(dòng)功能的裝置自古具有自動(dòng)功能的裝置自古有之，例如古埃及的有之，例如古埃及的“水水鐘鐘”，中國(guó)古漢代的，中國(guó)古漢代的“指指南車(chē)南車(chē)”17651765年，年，Jams WattJams Watt發(fā)明發(fā)明的蒸汽機(jī)上的離心式飛錘的蒸汽機(jī)上的離心式飛錘調(diào)速器應(yīng)用了調(diào)速器應(yīng)用了反饋原理反饋原理進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。之后，麥克斯行設(shè)計(jì)的。之后，麥克斯韋爾對(duì)它的韋爾對(duì)它的穩(wěn)定性穩(wěn)定性進(jìn)行分進(jìn)行分析，并于析，并于18681868年發(fā)表論文，年發(fā)表論文，當(dāng)屬最早的理論工作。當(dāng)屬最早的理論工作。1818世紀(jì)世紀(jì)中葉

5、中葉古代古代1818世紀(jì)世紀(jì)中葉中葉古代古代1872189018721872年年E.J.Routh,1890E.J.Routh,1890年年HurwitzHurwitz先后找到了系統(tǒng)先后找到了系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)赫爾維茨（赫爾維茨（HurwitzHurwitz）勞斯（勞斯（Routh）18921818世紀(jì)世紀(jì)中葉中葉古代古代1872189018921892年年A.M.LiapunovA.M.Liapunov在在其其“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題問(wèn)題”的博士論文中給出的博士論文中給出了基于廣義能量函數(shù)的了基于廣義能量函數(shù)的系系統(tǒng)穩(wěn)定性的一般判據(jù)統(tǒng)穩(wěn)定性的一般判據(jù)。李雅

6、普諾夫李雅普諾夫193218921818世紀(jì)世紀(jì)中葉中葉古代古代1872189019321932年年H.NyquistH.Nyquist給出給出了基于頻率特性的關(guān)了基于頻率特性的關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的于系統(tǒng)穩(wěn)定性的NyquistNyquist判據(jù)判據(jù)。奈奎斯特奈奎斯特在二次世界大戰(zhàn)期間，由在二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事上的需要，雷達(dá)和于軍事上的需要，雷達(dá)和火力控制系統(tǒng)有了較大的火力控制系統(tǒng)有了較大的發(fā)展，發(fā)展，N.WinnerN.Winner在總結(jié)前在總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上發(fā)表了人成果的基礎(chǔ)上發(fā)表了控制論控制論一書(shū)，標(biāo)志著一書(shū)，標(biāo)志著控制理論控制理論學(xué)科的誕生。學(xué)科的誕生。193218921818世紀(jì)世

7、紀(jì)中葉中葉古代古代18721890二次世二次世界大戰(zhàn)界大戰(zhàn)控制論之父控制論之父維納維納控制理論發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期：控制理論發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期：智能控制智能控制/大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論研究對(duì)象：機(jī)組自動(dòng)化等的多輸入多輸出系統(tǒng)。主要數(shù)學(xué)工具：一階微分方程組、矩陣論、狀態(tài)空間法。主要方法：變分法、極大值原理等等重點(diǎn)問(wèn)題：最優(yōu)控制、隨機(jī)控制和自適應(yīng)控制。核心控制裝置：計(jì)算機(jī)20世紀(jì)70年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)4050年代研究對(duì)象:線性定常單輸入單輸出系統(tǒng)主要數(shù)學(xué)工具:微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)框圖、頻率特性等主要研究方法:時(shí)域法、頻域法、根軌跡法主要解決

8、的問(wèn)題:單機(jī)裝置的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。大系統(tǒng)理論是控制理論在廣度上的拓展，例如控制對(duì)象延伸到了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理系統(tǒng)，以及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制理論是控制理論在深度上的挖掘，為解決模擬人腦功能，形成了新的學(xué)科模擬人腦思維 形成 模糊控制、專家系統(tǒng)等模擬人腦結(jié)構(gòu)或功能 形成 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制智能控制/大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論20世紀(jì)70年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)4050年代廣度上擴(kuò)展的更廣度上擴(kuò)展的更為復(fù)雜的系統(tǒng)為復(fù)雜的系統(tǒng)多輸入多輸多輸入多輸出復(fù)雜系統(tǒng)出復(fù)雜系統(tǒng)單變量定常單變量定?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)控制理論發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期：我國(guó)著名

9、科學(xué)家我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森錢(qián)學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與實(shí)踐，并與19541954年出版了年出版了工程控制論工程控制論。自動(dòng)控制的任務(wù)自動(dòng)控制的任務(wù)： 通常，在自動(dòng)控制技術(shù)中，把工作的機(jī)器設(shè)通常，在自動(dòng)控制技術(shù)中，把工作的機(jī)器設(shè)備稱為備稱為被控對(duì)象被控對(duì)象，把表征這些機(jī)器設(shè)備工作狀態(tài)，把表征這些機(jī)器設(shè)備工作狀態(tài)的物理參量稱為的物理參量稱為被控量被控量，而對(duì)這些物理參量的要，而對(duì)這些物理參量的要求值稱為求值稱為給定值給定值或希望值（或參考輸入）?；蛳Ｍ担ɑ騾⒖驾斎耄?。液位控制系統(tǒng)目標(biāo)液位目標(biāo)液位自動(dòng)控制的任務(wù)自動(dòng)控制的任務(wù)：流入流入Q1Q1流出流出 Q2Q2H H大大

10、腦腦手臂手臂,手手控制器控制器氣動(dòng)閥門(mén)氣動(dòng)閥門(mén)浮子浮子控制器控制器氣動(dòng)閥門(mén)氣動(dòng)閥門(mén)流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自動(dòng)控制系統(tǒng)水位自動(dòng)控制系統(tǒng) 控制任務(wù)：控制任務(wù)：維持水箱內(nèi)水位恒定；維持水箱內(nèi)水位恒定； 控制裝置：控制裝置：氣動(dòng)閥門(mén)、控制器；氣動(dòng)閥門(mén)、控制器； 受控對(duì)象：受控對(duì)象：水箱、供水系統(tǒng)；水箱、供水系統(tǒng)； 被控量：被控量：水箱內(nèi)水位的高度；水箱內(nèi)水位的高度；控制器控制器氣動(dòng)閥門(mén)氣動(dòng)閥門(mén)流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自動(dòng)控制系統(tǒng)水位自動(dòng)控制系統(tǒng) 給定值：給定值：控制器刻度盤(pán)指針標(biāo)定控制器刻度盤(pán)指針標(biāo)定的預(yù)定水位高度；的預(yù)定水

11、位高度； 測(cè)量裝置：測(cè)量裝置：浮子；浮子； 比較裝置：比較裝置：控制器刻度盤(pán)；控制器刻度盤(pán)； 干擾：干擾：水的流出量和流入量的水的流出量和流入量的變化都將破壞水位保持變化都將破壞水位保持恒定；恒定；自動(dòng)控制即沒(méi)有人直接參與的控制，其基本任務(wù)是自動(dòng)控制即沒(méi)有人直接參與的控制，其基本任務(wù)是：在無(wú)人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控在無(wú)人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控對(duì)象，使被控制量等于給定值。對(duì)象，使被控制量等于給定值。由此可見(jiàn)：由此可見(jiàn)：1-自動(dòng)控制的基本方式閉環(huán)控制閉環(huán)控制復(fù)合控制復(fù)合控制開(kāi)環(huán)控開(kāi)環(huán)控制制一、開(kāi)環(huán)控制一、開(kāi)環(huán)控制 控制裝置與被控對(duì)象之間控制裝置與被控對(duì)象之間只有

12、順向作用而沒(méi)只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系有反向聯(lián)系 的控制。的控制。溫度計(jì)溫度計(jì) 加熱電阻絲加熱電阻絲u220Vk爐溫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)爐溫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)閉合后，不開(kāi)關(guān)閉合后，不同的輸入電壓同的輸入電壓u u對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于不同的溫度不同的溫度t t。給定值給定值輸出量輸出量控制控制裝置裝置被控被控對(duì)象對(duì)象擾動(dòng)擾動(dòng)控制裝置控制裝置 受控對(duì)象受控對(duì)象輸出量輸出量 (電源電源 )輸入量輸入量( (溫度溫度) )擾動(dòng)量擾動(dòng)量開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)電爐恒電爐恒溫箱溫箱加熱電加熱電阻絲阻絲爐溫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖爐溫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖控制方式控制方式： 按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳

13、單向傳遞遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制。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(guò)程中精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過(guò)程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。多用受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。多用于于系統(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. .開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 信號(hào)從輸入到輸出無(wú)反饋信號(hào)從輸入到輸出無(wú)反饋, ,單向傳遞單向傳遞. . 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉. . 控制精度不高控制精度不高, ,無(wú)法抑制擾動(dòng)無(wú)法抑制擾動(dòng). .當(dāng)加熱物件增多時(shí)，系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)過(guò)程

14、如下：cTfUU經(jīng)電壓放大電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)cu)(fgUU cT電位器放大器電動(dòng)機(jī)減速器變壓器電阻爐熱電偶gUcT一、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)一、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)二、閉環(huán)控制二、閉環(huán)控制反饋反饋1-1-自耦變壓器自耦變壓器2-2-電加熱器電加熱器3-3-熱電偶熱電偶4-4-電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)5-5-減速器減速器爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)V22012)()()()(fUgUUMcu345n反反 饋：饋： 輸出量送回至輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程輸出量送回至輸入端并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程n負(fù)反饋：負(fù)反饋： 反饋的信號(hào)與輸入信號(hào)相減而使偏差越來(lái)越小反饋的信號(hào)與輸入信號(hào)相減而使偏差越來(lái)越小典型閉環(huán)

15、系統(tǒng)方框圖典型閉環(huán)系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制閉環(huán)控制: : 是指控制器與控制對(duì)象之間是指控制器與控制對(duì)象之間既有順既有順向作用又有反向聯(lián)系向作用又有反向聯(lián)系 的控制過(guò)程。的控制過(guò)程。特點(diǎn)特點(diǎn): 輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干輸出影響輸入，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)閿_；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)定性很重要可能發(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號(hào)和擾動(dòng)能預(yù)先知道時(shí)，控制效果較好。入信號(hào)和擾動(dòng)能預(yù)先知道時(shí)，控制效果較好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能自動(dòng)修正被控制量的偏

16、離，系統(tǒng)的不能自動(dòng)修正被控制量的偏離，系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來(lái)的未知擾動(dòng)對(duì)控制精度元件參數(shù)變化以及外來(lái)的未知擾動(dòng)對(duì)控制精度影響較大。影響較大。閉環(huán)閉環(huán) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。度高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。三、開(kāi)環(huán)控制與反饋控制的比較三、開(kāi)環(huán)控制與反饋控制的比較主反饋：主反饋：與輸出成正比或某種函數(shù)關(guān)系；與輸出成正比或某種函數(shù)關(guān)系；偏偏 差差：給定信號(hào)與主反饋信號(hào)之差的信號(hào)；給定信號(hào)

17、與主反饋信號(hào)之差的信號(hào)；控制單元控制單元：接受偏差信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換與運(yùn)算，產(chǎn)生期望的控制量接受偏差信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換與運(yùn)算，產(chǎn)生期望的控制量擾動(dòng)擾動(dòng)： 對(duì)系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號(hào)；對(duì)系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號(hào)；反饋單元反饋單元：將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。四、閉環(huán)控制系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)和定義四、閉環(huán)控制系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)和定義P7P7輸出量輸出量環(huán)節(jié)名稱環(huán)節(jié)名稱（或特性）（或特性）輸入量輸入量(a)(c)c引出點(diǎn)引出點(diǎn)cc 方框圖的組成：方框圖的組成： (- -)(b)re=r-b b控制器控制器氣動(dòng)閥門(mén)氣動(dòng)閥門(mén)流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出流出 Q2Q2H H方框圖方框圖?五、復(fù)合

18、控制五、復(fù)合控制復(fù)合控制就是開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控復(fù)合控制就是開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制。制。對(duì)于主要擾動(dòng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)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)按擾動(dòng)控制控制，同時(shí)再組成反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)再組成反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按偏差控制按偏差控制。按擾動(dòng)按擾動(dòng)補(bǔ)償補(bǔ)償ou 輸入信號(hào)輸入信號(hào) (- -) 電壓放電壓放大器大器功率放功率放大器大器 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)測(cè)速發(fā)電機(jī)電機(jī)電壓放電壓放大器大器電阻電阻R電動(dòng)機(jī)速度復(fù)合控制系統(tǒng)方框圖電動(dòng)機(jī)速度復(fù)合控制系統(tǒng)方框圖eutunMc下圖是一個(gè)閥門(mén)的人工控制系統(tǒng)原理示意圖。操作員下圖是一個(gè)閥門(mén)的人工控制系統(tǒng)原理示意圖。操作員

19、根據(jù)儀表顯示的液體濃度來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)，達(dá)到控制處理根據(jù)儀表顯示的液體濃度來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)，達(dá)到控制處理罐輸出液體濃度的目的。罐輸出液體濃度的目的。（1）該系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制系統(tǒng)。）該系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）指出什么是輸入量，什么是輸出量。）指出什么是輸入量，什么是輸出量。習(xí)題習(xí)題1.41.4一、按控制系統(tǒng)元件特性分類(lèi)一、按控制系統(tǒng)元件特性分類(lèi) 按組成控制系統(tǒng)的各元器件的輸入按組成控制系統(tǒng)的各元器件的輸入/輸出特性分為輸出特性分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。1線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)rmrmmrmmrmmrmcncnncnncnncnxbdtdxbdtx

20、dbdtxdbdtxdbxadtdxadtxdadtxdadtxda12221110122211101-3 控制系統(tǒng)的分類(lèi) 線性控制系統(tǒng)具有一個(gè)很顯著的特點(diǎn)，即滿足線性控制系統(tǒng)具有一個(gè)很顯著的特點(diǎn)，即滿足疊疊加性和齊次性加性和齊次性。 2非線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng) 如果描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的微分方程是一個(gè)非線性如果描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的微分方程是一個(gè)非線性微分方程，則該系統(tǒng)就是一個(gè)非線性系統(tǒng)?；蛘哒f(shuō)，微分方程，則該系統(tǒng)就是一個(gè)非線性系統(tǒng)。或者說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)中至少有一個(gè)元器件的輸入當(dāng)系統(tǒng)中至少有一個(gè)元器件的輸入/輸出特性為非線性輸出特性為非線性的，則該系統(tǒng)就是非線性系統(tǒng)。的，則該系統(tǒng)就是非線性系統(tǒng)。 典型

21、非線性典型非線性(b) 死區(qū)死區(qū)非線性非線性xaK0ay(a) 飽和非線性飽和非線性xyaa0K(c) 繼電繼電非線性非線性xamaE0Ey二、二、 按控制系統(tǒng)信號(hào)形式分類(lèi)按控制系統(tǒng)信號(hào)形式分類(lèi)1連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng) 當(dāng)控制系統(tǒng)各處的信號(hào)都是時(shí)間的當(dāng)控制系統(tǒng)各處的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)連續(xù)函數(shù)時(shí)，稱時(shí)，稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。為連續(xù)控制系統(tǒng)。 2離散控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng) 當(dāng)控制系統(tǒng)的某一處或幾處的信號(hào)是以脈沖序列當(dāng)控制系統(tǒng)的某一處或幾處的信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的，在時(shí)間上是或數(shù)碼形式傳遞的，在時(shí)間上是離散離散的，此系統(tǒng)稱為離的，此系統(tǒng)稱為離散控制系統(tǒng)。散控制系統(tǒng)。 離散信號(hào)取脈沖形式的系

22、統(tǒng)稱為離散信號(hào)取脈沖形式的系統(tǒng)稱為脈沖控制系統(tǒng)脈沖控制系統(tǒng)；而；而對(duì)于采用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器的系統(tǒng)，其離散信號(hào)對(duì)于采用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器的系統(tǒng)，其離散信號(hào)為數(shù)字形式，稱為為數(shù)字形式，稱為數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)。 采樣開(kāi)關(guān)采樣開(kāi)關(guān)脈沖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖脈沖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)保持器數(shù)據(jù)保持器 控制對(duì)象控制對(duì)象)(txr)(txc)(te)(*te數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器控制器 控制對(duì)象控制對(duì)象rxcxeADDA*e*uu三、三、 按輸入量的變化形式分類(lèi)按輸入量的變化形式分類(lèi)1恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng) 輸入量是不變的常數(shù)輸入量是不變的常數(shù)，要求輸出量盡可能保持在期，要求輸

23、出量盡可能保持在期望值上。如恒溫、恒壓、恒速系統(tǒng)望值上。如恒溫、恒壓、恒速系統(tǒng). 2程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸入量是按照系統(tǒng)的輸入量是按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間函數(shù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間函數(shù)變化，要求變化，要求輸出量準(zhǔn)確或以一定的精度跟蹤變化。如程控機(jī)床輸出量準(zhǔn)確或以一定的精度跟蹤變化。如程控機(jī)床.3隨動(dòng)控制系統(tǒng)（又稱伺服系統(tǒng)）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（又稱伺服系統(tǒng)） 系統(tǒng)的系統(tǒng)的輸入量是隨時(shí)間任意變化輸入量是隨時(shí)間任意變化的，要求輸出量準(zhǔn)的，要求輸出量準(zhǔn)確或以一定的精度跟隨輸入量的變化。如雷達(dá)、導(dǎo)彈瞄確或以一定的精度跟隨輸入量的變化。如雷達(dá)、導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)、跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)等。準(zhǔn)、跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)

24、等。穩(wěn)定性穩(wěn)定性 被控制信號(hào)能跟蹤已變化的輸入信號(hào)，從一被控制信號(hào)能跟蹤已變化的輸入信號(hào)，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)種狀態(tài)到另一種狀態(tài). .快速性快速性對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。為動(dòng)態(tài)性能。準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示。用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示。在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。隨參考輸入的精度越高。1-4 1-4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的要求一、穩(wěn)定性一、穩(wěn)定性暫態(tài)：暫態(tài)：把輸出量處于變化狀態(tài)稱為暫態(tài)或動(dòng)態(tài)。把輸出量處于變化狀態(tài)稱為暫態(tài)或動(dòng)態(tài)。 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：把輸出量處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)（達(dá)到的平衡狀把輸出量處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)（達(dá)到的平衡狀態(tài)）稱為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)。態(tài)）稱為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)。 所謂所謂穩(wěn)定穩(wěn)定是指當(dāng)系統(tǒng)受到瞬時(shí)擾動(dòng)的作用，使輸出是指當(dāng)系統(tǒng)受到瞬時(shí)擾動(dòng)的作用，使輸出量偏離了原來(lái)的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生偏差，當(dāng)擾動(dòng)消失后，量偏離了原來(lái)的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生偏差，當(dāng)擾動(dòng)消失后，輸出量能夠恢復(fù)到（或接近于）原來(lái)的平衡狀態(tài)。輸出量能夠恢復(fù)到（或接近于）原來(lái)的平