第五章 自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第五章 自動(dòng)控制系統(tǒng) 第一節(jié) 概述2010.11.17本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：1 1 自動(dòng)控制概述自動(dòng)控制概述2 2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖3 3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類4 4 控制系統(tǒng)過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)1.基本定義基本定義自動(dòng)控制：自動(dòng)控制： 無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過程（械、或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象被控對(duì)象）的某一個(gè)物理量（）的某一個(gè)物理量（被控量被控量）按預(yù)定的規(guī)律（按預(yù)定的規(guī)律（給定量給定量）運(yùn)行。）運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)： 指能夠?qū)?/p>

2、被控對(duì)象的工作狀態(tài)自動(dòng)控制的系統(tǒng)指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)自動(dòng)控制的系統(tǒng), ,它它由被控對(duì)象和控制裝置組成由被控對(duì)象和控制裝置組成。一、自動(dòng)控制發(fā)展概述一、自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述2.控制系統(tǒng)的發(fā)展史控制系統(tǒng)的發(fā)展史 自動(dòng)控制成為一門科學(xué)是從自動(dòng)控制成為一門科學(xué)是從19451945發(fā)展起來的。發(fā)展起來的。 開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動(dòng)控制度自動(dòng)控制 后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)控制彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)控制

3、目前滲透到更多領(lǐng)域：交通管理、圖書管理等目前滲透到更多領(lǐng)域：交通管理、圖書管理等自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述四個(gè)發(fā)展階段：四個(gè)發(fā)展階段： （1）胚胎萌芽期（）胚胎萌芽期（1945年以前）年以前） 十八世紀(jì)以后，蒸汽機(jī)的使用題十八世紀(jì)以后，蒸汽機(jī)的使用題 十九世紀(jì)前半葉，動(dòng)力使用了發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)十九世紀(jì)前半葉，動(dòng)力使用了發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī) 十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初，使用內(nèi)燃十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初，使用內(nèi)燃 二十世紀(jì)初至第二次世界大戰(zhàn)，軍事工業(yè)二十世紀(jì)初至第二次世界大戰(zhàn)，軍事工業(yè) （2）經(jīng)典控制理論時(shí)期（）經(jīng)典控制理論時(shí)期（1940-1960） 1945年美國國人Bode “網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)分析與與放大器的

4、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)”，奠定了控制理論論的基礎(chǔ)礎(chǔ)。 對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用頻率法、根軌跡法、相平面法、對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用頻率法、根軌跡法、相平面法、描述函數(shù)法；討論系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)和幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)等。描述函數(shù)法；討論系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)和幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)等。自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述四個(gè)發(fā)展階段：四個(gè)發(fā)展階段： （3）現(xiàn)代控制理論時(shí)期（）現(xiàn)代控制理論時(shí)期（50年代末年代末-60年代初）年代初） 空間技術(shù)的發(fā)展提出了許多復(fù)雜控制問題，用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)空間技術(shù)的發(fā)展提出了許多復(fù)雜控制問題，用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上星和宇宙飛船上 Kalman “控制系統(tǒng)的一般理論控制系

5、統(tǒng)的一般理論”奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ) 解決多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題解決多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題 （4）大系統(tǒng)和智能控制時(shí)期）大系統(tǒng)和智能控制時(shí)期 （70年代以后）年代以后） 各學(xué)科相互滲透，要分析的系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜。例人各學(xué)科相互滲透，要分析的系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜。例人工智能、模擬人的人腦功能、機(jī)器人等。工智能、模擬人的人腦功能、機(jī)器人等。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儀表的發(fā)展控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儀表的發(fā)展 基地式：基地式：20世紀(jì)世紀(jì)50年代，適用于單回路年代，適用于單回路 單元組合式：單元組合式： DDZ, QDZ 2

6、0世紀(jì)世紀(jì)60年代年代 計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)： DDC, DCS 20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代 先進(jìn)控制和優(yōu)化控制：先進(jìn)控制和優(yōu)化控制：CIPS, FCS 20世紀(jì)世紀(jì)80年代以后年代以后 自動(dòng)化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了如下過程：自動(dòng)化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了如下過程： 模擬儀表模擬儀表 數(shù)字儀表數(shù)字儀表智能儀表智能儀表一、自動(dòng)控制發(fā)展概述一、自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述3.所要解決的基本問題所要解決的基本問題自動(dòng)控制是使一個(gè)或一些被控制的物理量按照另一自動(dòng)控制是使一個(gè)或一些被控制的物理量按照另一個(gè)物理量即控制量的變化而變化或保持恒定，一般個(gè)物理量即控制量的變化而變化或保持恒定，一般地說地說如何使控

7、制量按照給定量的變化規(guī)律變化如何使控制量按照給定量的變化規(guī)律變化，就，就是一個(gè)控制系統(tǒng)要解決的基本問題。是一個(gè)控制系統(tǒng)要解決的基本問題。 自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述4.自動(dòng)控制技術(shù)的作用自動(dòng)控制技術(shù)的作用（1）自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了自）自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且減輕了人的勞動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。動(dòng)強(qiáng)度。（2）自動(dòng)控制使工作具有高度的準(zhǔn)確性，大大地提）自動(dòng)控制使工作具有高度的準(zhǔn)確性，大大地提高了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)高了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)必須采用計(jì)算機(jī)

8、控制才能打下高速高空飛行的飛機(jī)。必須采用計(jì)算機(jī)控制才能打下高速高空飛行的飛機(jī)。（3）某些人們不能直接參與工作的場合就更離不開）某些人們不能直接參與工作的場合就更離不開自動(dòng)控制技術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀淖詣?dòng)控制技術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀闹茖?dǎo)等等。制導(dǎo)等等。自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述5.自動(dòng)控制的理論自動(dòng)控制的理論古典控制理論古典控制理論 以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)研究單輸入以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)研究單輸入- -單輸出一類定?？刂茊屋敵鲆活惗ǔ？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。這些理論由于其發(fā)展較早，系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。這些理論由于其發(fā)展較早，現(xiàn)已成熟?，F(xiàn)已成熟?，F(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論

9、以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入- -多輸出、時(shí)變、多輸出、時(shí)變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。系統(tǒng)具有非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點(diǎn)。高精度和高效能的特點(diǎn)。自動(dòng)控制發(fā)展概述自動(dòng)控制發(fā)展概述5.自動(dòng)控制的理論自動(dòng)控制的理論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論研究對(duì)象研究對(duì)象線性定常系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)（單輸入、單輸出）（單輸入、單輸出）線性、非線性、定常、線性、非線性、定常、時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)（多輸入、多輸出）（多輸入、多輸出）描述方法描述方法傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)（輸入、輸出描述）（輸入、輸出描述）向量空間向量空間（狀態(tài)空間

10、描述）（狀態(tài)空間描述）研究辦法研究辦法根軌跡法和頻率法根軌跡法和頻率法狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法研究目標(biāo)研究目標(biāo)系統(tǒng)分析及給定輸入、系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)綜輸出情況下的系統(tǒng)綜合合揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)在一定意義下的最優(yōu)控現(xiàn)在一定意義下的最優(yōu)控制與設(shè)計(jì)制與設(shè)計(jì)使用常規(guī)儀表的中央控制室使用常規(guī)儀表的中央控制室早期的早期的DCSDCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)現(xiàn)代的現(xiàn)代的DCSDCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)現(xiàn)代操作室現(xiàn)代操作室二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖1.控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成缺陷：精度不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大人工控制方法人工控制方法眼看眼看腦想腦想手動(dòng)

11、手動(dòng)1）檢測）檢測用眼睛觀察高低，并通過用眼睛觀察高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦2）運(yùn)算）運(yùn)算大腦思考后得出偏差值，大腦思考后得出偏差值，再根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，決策后發(fā)出命令再根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，決策后發(fā)出命令3）執(zhí)行）執(zhí)行根據(jù)大腦發(fā)出的命令，根據(jù)大腦發(fā)出的命令，手去改變閥門開度。手去改變閥門開度。人工調(diào)節(jié)水位示意圖人工調(diào)節(jié)水位示意圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖1.控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制方式自動(dòng)控制方式自動(dòng)化裝置自動(dòng)化裝置變送器變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器自動(dòng)化裝置自動(dòng)化裝置人工調(diào)節(jié)水位示意圖人工調(diào)節(jié)水位示意圖檢測元件（裝置）檢測元件（裝置）控

12、制器控制器執(zhí)行器（裝置）執(zhí)行器（裝置）檢測被控制的物理量檢測被控制的物理量將設(shè)定值與測量信號(hào)進(jìn)行比較，求出它們之間將設(shè)定值與測量信號(hào)進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差，然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)的偏差，然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號(hào)送給執(zhí)行裝置。算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號(hào)送給執(zhí)行裝置。作用是接受控制器的控制信號(hào)，直作用是接受控制器的控制信號(hào)，直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控變量發(fā)生接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控變量發(fā)生變化。變化。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖1.控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成液位變送器液位變送器控制軟件控制軟件帶電氣閥門定位器的氣動(dòng)薄膜

13、控制閥帶電氣閥門定位器的氣動(dòng)薄膜控制閥帶控制點(diǎn)流程圖帶控制點(diǎn)流程圖 用文字符號(hào)和圖形符號(hào)在工藝用文字符號(hào)和圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的原理圖流程圖上描述生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的原理圖帶控制點(diǎn)流程圖帶控制點(diǎn)流程圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖1.控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成 舉例舉例繪制帶控制點(diǎn)流程圖繪制帶控制點(diǎn)流程圖熱交換器自動(dòng)控制系統(tǒng)熱交換器自動(dòng)控制系統(tǒng)流量自動(dòng)控制系統(tǒng)流量自動(dòng)控制系統(tǒng)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖1.控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成 在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了更清楚的表示控制在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了更清楚的

14、表示控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號(hào)聯(lián)系，一般系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號(hào)聯(lián)系，一般都采用方框圖。每個(gè)方框表示組成系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，都采用方框圖。每個(gè)方框表示組成系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，兩個(gè)方框之間用帶箭頭的線段表示兩個(gè)方框之間用帶箭頭的線段表示信號(hào)信號(hào)聯(lián)系；進(jìn)入方聯(lián)系；進(jìn)入方框的信號(hào)為環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為環(huán)節(jié)輸出?？虻男盘?hào)為環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為環(huán)節(jié)輸出。 二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖2.控制系統(tǒng)的方塊圖控制系統(tǒng)的方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖2.控制系統(tǒng)的方塊圖控制系統(tǒng)的方塊圖 控制與信息不可分割控制與信息不可分割

15、 控制系統(tǒng)的作用是通過控制系統(tǒng)的作用是通過信息的獲取、變換與處理信息的獲取、變換與處理來實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn) 載有變量信息的載有變量信息的物理變量物理變量就是就是信號(hào)信號(hào) 輸入變量、輸出變量、狀態(tài)變量輸入變量、輸出變量、狀態(tài)變量 在控制系統(tǒng)分析中，要從在控制系統(tǒng)分析中，要從信號(hào)流信號(hào)流的角度考慮和定義變的角度考慮和定義變 量，不能與物料流或能量流混淆。量，不能與物料流或能量流混淆。系統(tǒng)或環(huán)節(jié)uy流程圖不足流程圖不足方框圖特點(diǎn)方框圖特點(diǎn)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖2.控制系統(tǒng)的方塊圖控制系統(tǒng)的方塊圖NoImageNoImage方框圖中各符號(hào)的意義方框圖中各符號(hào)的意義 元部件

16、元部件 方框（塊）圖方框（塊）圖 信號(hào)（物理量）及傳遞方向信號(hào)（物理量）及傳遞方向 中的符號(hào)中的符號(hào) 比較點(diǎn)比較點(diǎn) 引出點(diǎn)引出點(diǎn) 表示負(fù)反饋表示負(fù)反饋帶有輸入輸出信號(hào)的方框帶有輸入輸出信號(hào)的方框 比較點(diǎn)比較點(diǎn) 分支點(diǎn)分支點(diǎn) NoImageNoImage方框圖中各符號(hào)的意義方框圖中各符號(hào)的意義連接線連接線通用的儀表信號(hào)線和能源線的符號(hào)是細(xì)實(shí)線。連通用的儀表信號(hào)線和能源線的符號(hào)是細(xì)實(shí)線。連接線表示相連及交叉時(shí)，可采用圖（接線表示相連及交叉時(shí)，可采用圖（a）（）（b）形）形式。在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)有必要表明信息流動(dòng)方向式。在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)有必要表明信息流動(dòng)方向時(shí)，應(yīng)在信號(hào)線符號(hào)上加箭頭時(shí)，應(yīng)在信號(hào)線符號(hào)

17、上加箭頭,如圖如圖(c)所示。所示。 (a) (b) (c)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖2.控制系統(tǒng)的方塊圖控制系統(tǒng)的方塊圖目的：目的：清楚表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的想相清楚表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的想相 互影響和信號(hào)聯(lián)系互影響和信號(hào)聯(lián)系方式：方式：將各環(huán)節(jié)的方塊根據(jù)信號(hào)流的關(guān)系排列與連接起將各環(huán)節(jié)的方塊根據(jù)信號(hào)流的關(guān)系排列與連接起 來，便組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖。來，便組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖。被控變量是表征生產(chǎn)設(shè)備或過程被控變量是表征生產(chǎn)設(shè)備或過程運(yùn)行運(yùn)行狀況狀況, ,需要加以控制的需要加以控制的變變量量. .在生產(chǎn)過程中在生產(chǎn)過程中, ,凡

18、是影響被控變量的各種凡是影響被控變量的各種外來因素都叫干擾外來因素都叫干擾( (或或擾動(dòng)擾動(dòng)) )作用作用. .設(shè)定值是一個(gè)與設(shè)定值是一個(gè)與工藝工藝要求的要求的 ( ( 期望的期望的 ) ) 被控變量相對(duì)被控變量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。應(yīng)的信號(hào)值?？刂葡到y(tǒng)中控制系統(tǒng)中,規(guī)定偏差值是設(shè)定值與規(guī)定偏差值是設(shè)定值與測量值之差測量值之差, 即即e = x - z 。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖yfqexexz指出什么是被控變指出什么是被控變量量?操縱變量操縱變量?干干擾擾?二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖人腦手貯槽系統(tǒng)眼h 人工控制：眼、腦、手、水箱

19、人工控制：眼、腦、手、水箱+閥門閥門 自動(dòng)控制：傳感器、控制器、執(zhí)行器、水箱自動(dòng)控制：傳感器、控制器、執(zhí)行器、水箱+閥門閥門控制器執(zhí)行器貯槽系統(tǒng)傳感器h2.控制系統(tǒng)的方塊圖控制系統(tǒng)的方塊圖 把系統(tǒng)把系統(tǒng) ( ( 或環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié) ) ) 的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過一的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)又些環(huán)節(jié)又引引回到輸入端回到輸入端，并與輸入信號(hào)比較產(chǎn)生偏，并與輸入信號(hào)比較產(chǎn)生偏差信號(hào)過程差信號(hào)過程的做法叫做的做法叫做反饋反饋。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖3.反饋反饋 負(fù)反饋：輸入信號(hào)反饋信號(hào)（輸出信號(hào)）負(fù)反饋：輸入信號(hào)反饋信號(hào)（輸出信號(hào)） 輸出偏差減小輸出偏差減小 正反饋：輸

20、入信號(hào)正反饋：輸入信號(hào)+ +反饋信號(hào)反饋信號(hào) 反饋控制、閉環(huán)控制反饋控制、閉環(huán)控制 按偏差進(jìn)行控制按偏差進(jìn)行控制3.反饋反饋二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類分類方法：分類方法： 按控制方式：按控制方式：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制 按元件類型：按元件類型：機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。 按系統(tǒng)功能：按系統(tǒng)功能：溫度、壓力、位置溫度、壓力、位置 按系統(tǒng)性能：按系統(tǒng)性能：線性與非線性、連續(xù)與離散、定常與時(shí)變

21、線性與非線性、連續(xù)與離散、定常與時(shí)變1. 按參考量變化規(guī)律：按參考量變化規(guī)律：恒值、隨動(dòng)、程序控制恒值、隨動(dòng)、程序控制靜態(tài)：靜態(tài)：被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)靜態(tài)是暫時(shí)的、相對(duì)的、靜態(tài)是暫時(shí)的、相對(duì)的、有條件的；有條件的；動(dòng)態(tài)是普遍的，絕對(duì)的，動(dòng)態(tài)是普遍的，絕對(duì)的，無條件的。無條件的。 當(dāng)當(dāng)自動(dòng)動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng)的輸輸入發(fā)發(fā)生變變化后，被控變變量（即輸輸出）隨隨時(shí)間時(shí)間不斷變斷變化，它隨時(shí)間它隨時(shí)間而變變化的過過程稱為稱為

22、系統(tǒng)統(tǒng)的過過渡過過程。也就是系統(tǒng)從統(tǒng)從一個(gè)個(gè)平衡狀態(tài)過狀態(tài)過渡到另一個(gè)個(gè)平衡狀態(tài)狀態(tài)的過過程。 對(duì)對(duì)于一個(gè)穩(wěn)個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)統(tǒng)（所有正常工作的反饋饋系統(tǒng)統(tǒng)都是穩(wěn)穩(wěn)定系統(tǒng)統(tǒng)）要分析其穩(wěn)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性，常以階躍階躍作用為輸為輸入時(shí)時(shí)的被控變變量的過過渡過過程為為例，因?yàn)殡A躍為階躍作用很典型，實(shí)際實(shí)際上也經(jīng)經(jīng)常遇到，且這類輸這類輸入變變化對(duì)對(duì)系統(tǒng)來講統(tǒng)來講是比較嚴(yán)較嚴(yán)重的情況況。四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)階躍干擾階躍干擾: :就是在某一瞬時(shí)就是在某一瞬時(shí)t0干擾突然階躍式地加到系統(tǒng)上，干擾突然階躍式地加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持在這個(gè)幅度上。并繼續(xù)保持在這

23、個(gè)幅度上。 四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)干擾比較突然、比較危險(xiǎn)，對(duì)干擾比較突然、比較危險(xiǎn)，對(duì)被控變量的影響最大。被控變量的影響最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效克如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效克服這種類型的干擾，那么對(duì)于服這種類型的干擾，那么對(duì)于其他比較緩和的也一定能夠很其他比較緩和的也一定能夠很好地克服。好地克服。時(shí)間 t輸入量 ft0定義定義: :系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡渡到另到另一一個(gè)平衡狀態(tài)的過程個(gè)平衡狀態(tài)的過程 , , 稱為系統(tǒng)的過渡過程。稱為系統(tǒng)的過渡過程。 四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)

24、這種過渡過程是這種過渡過程是控制作用控制作用不斷克服不斷克服干擾作用干擾作用影響的影響的過程，是這一對(duì)矛盾在系過程，是這一對(duì)矛盾在系統(tǒng)骨斗爭的過程，當(dāng)這一統(tǒng)骨斗爭的過程，當(dāng)這一對(duì)矛盾得到統(tǒng)一時(shí)，過渡對(duì)矛盾得到統(tǒng)一時(shí)，過渡過程也就結(jié)束，系統(tǒng)又達(dá)過程也就結(jié)束，系統(tǒng)又達(dá)到了新的平衡。到了新的平衡。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡渡過程有過程有以下以下所所示的幾種基本形式示的幾種基本形式：衰減振蕩過程衰減振蕩過程發(fā)散發(fā)散振蕩過程振蕩過程非周期衰減過程非周期衰減過程等幅等幅振蕩過程振蕩過程四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)

25、控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)1）不穩(wěn)定的過渡過程）不穩(wěn)定的過渡過程 不能達(dá)到平衡，且逐漸遠(yuǎn)離給定值不能達(dá)到平衡，且逐漸遠(yuǎn)離給定值引起事故引起事故 竭力避免竭力避免2）穩(wěn)定的過渡過程）穩(wěn)定的過渡過程 過渡過程是衰減的，經(jīng)一段時(shí)間后，可逐漸趨向原來的或新的過渡過程是衰減的，經(jīng)一段時(shí)間后，可逐漸趨向原來的或新的平衡平衡 所希望所希望3）介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間的過渡過程）介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間的過渡過程 一般不采用，只是對(duì)于某些控制質(zhì)量要求不高的場合可以采用。一般不采用，只是對(duì)于某些控制質(zhì)量要求不高的場合可以采用。 條件：被控變量允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩條件：被控變量

26、允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩經(jīng)上所述的四種過渡過程又可以歸納為三類：經(jīng)上所述的四種過渡過程又可以歸納為三類：自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求: : 穩(wěn)定性（穩(wěn)）、快速性（快）、準(zhǔn)確性（準(zhǔn)）穩(wěn)定性（穩(wěn)）、快速性（快）、準(zhǔn)確性（準(zhǔn)）四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)“穩(wěn)穩(wěn)”與與“快快”是說明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（過渡過程）品質(zhì)。是說明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（過渡過程）品質(zhì)。“準(zhǔn)準(zhǔn)”是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。穩(wěn)定性穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件?？焖傩钥焖傩允窍到y(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，衡量系統(tǒng)過渡過程的形式是

27、系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，衡量系統(tǒng)過渡過程的形式 和快慢，通常稱為和快慢，通常稱為“系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能”。準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性是在系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，衡量系統(tǒng)輸出（被控量）是在系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，衡量系統(tǒng)輸出（被控量） 達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)輸出期望值之間的接近程度。達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)輸出期望值之間的接近程度。 控制指標(biāo)控制指標(biāo): : 時(shí)間時(shí)間域的單項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo) 時(shí)間時(shí)間域的綜綜合指標(biāo)標(biāo)（1）最大偏差或超調(diào)量）最大偏差或超調(diào)量四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)對(duì)于定值控制系統(tǒng)對(duì)于定值控制系統(tǒng)最大偏差：最大偏差：指過渡過程中，指過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大被控變

28、量偏離給定值的最大數(shù)值。即第一個(gè)波的峰值與數(shù)值。即第一個(gè)波的峰值與設(shè)定值之差，圖中第一個(gè)波設(shè)定值之差，圖中第一個(gè)波的峰值的峰值A(chǔ)。超調(diào)量：超調(diào)量： 最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏差越大，偏離的時(shí)間越長，對(duì)穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。特別差越大，偏離的時(shí)間越長，對(duì)穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值有所限制。有所限制。 同時(shí)考慮到干擾會(huì)不斷出現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)干擾

29、還未清除同時(shí)考慮到干擾會(huì)不斷出現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)干擾還未清除時(shí)，第二個(gè)干擾可能又出現(xiàn)了，偏差有可能是疊加的，所時(shí)，第二個(gè)干擾可能又出現(xiàn)了，偏差有可能是疊加的，所以要限制最大偏差的允許值。因此，在決定最大偏差的允以要限制最大偏差的允許值。因此，在決定最大偏差的允許值時(shí)，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。許值時(shí)，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。 在設(shè)定作用下的控制系統(tǒng)（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）中，通常在設(shè)定作用下的控制系統(tǒng)（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）中，通常采用超調(diào)量這個(gè)指標(biāo)來表示被控變量偏離設(shè)定值的程度，采用超調(diào)量這個(gè)指標(biāo)來表示被控變量偏離設(shè)定值的程度，一般超調(diào)量以百分?jǐn)?shù)給出。一般超調(diào)量以百分?jǐn)?shù)給出。100%BC 控制指標(biāo)控制指標(biāo): :（2

30、）衰減比）衰減比四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)對(duì)于定值控制系統(tǒng)對(duì)于定值控制系統(tǒng)衰減比衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。定性的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 定義：定義：第一個(gè)波的振幅與第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的振幅之同方向第二個(gè)波的振幅之比。比。衰減比衰減比n： BnB n1:衰減振蕩。衰減振蕩。n越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，當(dāng)當(dāng)n趨于無窮大時(shí)，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩趨于無窮大時(shí)，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩過程。過程。 n=1:等幅振蕩等幅振蕩。 n1:發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩。n越小，意味著控制系統(tǒng)的振蕩

31、過程越越小，意味著控制系統(tǒng)的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，劇烈，穩(wěn)定度也越低， 一般一般n取取4-10之間為宜之間為宜四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo) 控制指標(biāo)控制指標(biāo): :（2）衰減比）衰減比四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo) 控制指標(biāo)控制指標(biāo): : （3）余差）余差對(duì)于定值控制系統(tǒng)對(duì)于定值控制系統(tǒng)定義：定義：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo) 控制指標(biāo)控制指標(biāo): : （4）回復(fù)時(shí)間（過渡時(shí)間）回復(fù)時(shí)間（過渡時(shí)間）定義：定義：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與品質(zhì)指標(biāo) 控制指標(biāo)控制指標(biāo): : （4）回復(fù)時(shí)間（過渡時(shí)間）回復(fù)時(shí)間（過渡時(shí)間）四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程與