第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)一般概念

1、電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院Telor 87528027 QQ: :286790921 一、自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用一、自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用 幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念l 掌握住對(duì)象，不使其任意活動(dòng)或超出范圍，或使掌握住對(duì)象，不使其任意活動(dòng)或超出范圍，或使其按照控制者的意愿活動(dòng)。其按照控制者的意愿活動(dòng)。l 在沒(méi)有人在沒(méi)有人參與的條件下，利用參與的條件下，利用使使按照預(yù)定的技術(shù)要求進(jìn)行工作。按照預(yù)定的技術(shù)要求進(jìn)行工作。 利用外加設(shè)備或裝置利用外加設(shè)備或裝置(控制控制裝裝置、控制器置、控制器)，使，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程(被控對(duì)象被控對(duì)象)的某個(gè)

2、工作狀態(tài)或參的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)數(shù)(被控量被控量)自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行(控制目標(biāo)控制目標(biāo))。 l 什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)？什么是自動(dòng)控制系統(tǒng)？ 為到達(dá)某一目的，由相互制約的各個(gè)部件按一定規(guī)律為到達(dá)某一目的，由相互制約的各個(gè)部件按一定規(guī)律組織成的具有一定功能的整體，一般由組織成的具有一定功能的整體，一般由和和組成。組成。 被控對(duì)象被控對(duì)象 ：指需要給以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。被指需要給以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。被 控對(duì)象是控制系統(tǒng)的主體，例如火箭、鍋爐、機(jī)器人、電控對(duì)象是控制系統(tǒng)的主體，例如火箭、鍋爐、機(jī)器人、電 冰箱等。冰箱等。 控制裝置控制裝置 ：指對(duì)被控對(duì)象起控

3、制作用的設(shè)備總體。指對(duì)被控對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。 被控量被控量 ：指被控對(duì)象中要求保持給定值、要按給定規(guī)律變指被控對(duì)象中要求保持給定值、要按給定規(guī)律變 化的物理量。被控量又稱(chēng)化的物理量。被控量又稱(chēng)輸出量輸出量、輸出信號(hào)輸出信號(hào) 。 給定值給定值 ：是作用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入端并作為控制依據(jù)是作用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入端并作為控制依據(jù) 的物理量。給定值又稱(chēng)的物理量。給定值又稱(chēng)輸入信號(hào)輸入信號(hào)、輸入指令輸入指令、參考輸入?yún)⒖驾斎搿?應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)管理等人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)管理等人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。二、自動(dòng)控制理論：二、自動(dòng)控制理論：研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)

4、科學(xué)。研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。 問(wèn)題問(wèn)題4 4：如何使給定對(duì)象滿足性能指標(biāo)？如何使給定對(duì)象滿足性能指標(biāo)？ 問(wèn)題問(wèn)題3 3：給定對(duì)象是否滿足性能指標(biāo)要求？給定對(duì)象是否滿足性能指標(biāo)要求？ 問(wèn)題問(wèn)題2 2：如何描述控制目標(biāo)？如何描述控制目標(biāo)？ 問(wèn)題問(wèn)題1 1：如何描述一個(gè)對(duì)象？如何描述一個(gè)對(duì)象？ 反饋量反饋量 ：由被控量通過(guò)反饋元件所產(chǎn)生的信號(hào)，它是被控由被控量通過(guò)反饋元件所產(chǎn)生的信號(hào)，它是被控 量的函數(shù)。量的函數(shù)。 干擾量干擾量 ：除給定值之外，凡能引起被控量變化的信號(hào)，都除給定值之外，凡能引起被控量變化的信號(hào)，都 是干擾。干擾又稱(chēng)是干擾。干擾又稱(chēng)擾動(dòng)擾動(dòng)。自動(dòng)控制理論的發(fā)展：自動(dòng)控制理論

5、的發(fā)展： 經(jīng)典經(jīng)典( (古典古典) )控制理論控制理論 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 智能控制理論智能控制理論 二戰(zhàn)期間二戰(zhàn)期間(20(20世紀(jì)世紀(jì)4040年代年代) )，為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用，為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其它基于反自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其它基于反饋原理的軍用裝備，促進(jìn)和完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。戰(zhàn)饋原理的軍用裝備，促進(jìn)和完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。戰(zhàn)后已形成了完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以后已形成了完整的自動(dòng)控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入單輸

6、入單輸出、線性定單輸出、線性定常系統(tǒng)常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。主要數(shù)學(xué)工具是的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。主要數(shù)學(xué)工具是，用頻，用頻率特性法及根軌跡法研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的理論。率特性法及根軌跡法研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的理論。 研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題。以微分方程、線性代數(shù)及數(shù)值計(jì)算為主要數(shù)學(xué)控制問(wèn)題。以微分方程、線性代數(shù)及數(shù)值計(jì)算為主要數(shù)學(xué)工具，用狀態(tài)空間法研究系統(tǒng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的理論。工具，用狀態(tài)空間法研究系統(tǒng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的理論。正向以控制論、信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。正向以控制論、信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。

7、 例例1 1：人用手拿物品。人用手拿物品。l 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：手拿到物品。手拿到物品。1.1.手手: :抓取物品。功能：抓取物品。功能：受控對(duì)象受控對(duì)象、執(zhí)行部件執(zhí)行部件。 2.2.大腦大腦: :協(xié)調(diào)眼、手工作。功能：比較物品與手之間的協(xié)調(diào)眼、手工作。功能：比較物品與手之間的 接近程度接近程度( (比較元件比較元件) )；控制手的動(dòng)作；控制手的動(dòng)作( (控制部件控制部件) )。3.3.眼睛眼睛: :觀察物品與手的位置。功能：觀察物品與手的位置。功能：檢測(cè)元件檢測(cè)元件。l 相關(guān)部件：相關(guān)部件：物品物品 大大 腦腦 眼眼 睛睛位置位置 手臂、手手臂、手 眼眼 睛睛位置位置手手 例例2 2：龍門(mén)

8、刨床速度控制系統(tǒng)。龍門(mén)刨床速度控制系統(tǒng)。l 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：刀架速度恒定。刀架速度恒定。l 相關(guān)部件：相關(guān)部件：放大器放大器 FD調(diào)節(jié)觸調(diào)節(jié)觸發(fā)器發(fā)器CF電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)l 實(shí)現(xiàn)方式：實(shí)現(xiàn)方式：輸入恒定電壓輸入恒定電壓 ，電機(jī)速度，電機(jī)速度 恒定。恒定。0un轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n設(shè)定速度設(shè)定速度0u晶閘管整晶閘管整流裝置流裝置KZau 測(cè)測(cè) 速速發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)tu1.1.電機(jī)電機(jī)( (SM) )。功能：。功能：執(zhí)行部件執(zhí)行部件。 2.2.測(cè)速機(jī)測(cè)速機(jī)( (TG) )。功能：將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，。功能：將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，檢測(cè)元件檢測(cè)元件。3.3.放大器放大器( (FD) )。功能：比較、放大，。功

9、能：比較、放大，比較元件比較元件。4. 調(diào)節(jié)觸發(fā)器調(diào)節(jié)觸發(fā)器( (CF) )。功能：電壓放大。功能：電壓放大。5. 晶閘管整流裝置晶閘管整流裝置( (KZ) )。功能：整流、功率放大，輸出電樞。功能：整流、功率放大，輸出電樞 電壓電壓 。au三、反饋控制原理三、反饋控制原理 反饋控制：反饋控制：將輸出量送回到輸入端，并用于控制。將輸出量送回到輸入端，并用于控制。 反饋：反饋：輸出量送回到輸入端，與輸入信號(hào)輸出量送回到輸入端，與輸入信號(hào)相減相減，使偏，使偏 差越來(lái)越差越來(lái)越小小。 有靜差系統(tǒng)：有靜差系統(tǒng)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與設(shè)定值存在偏差。這個(gè)在穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與設(shè)定值存在偏差。這個(gè) 誤差稱(chēng)為誤差稱(chēng)為。

10、 按偏差控制按偏差控制( (誤差控制誤差控制) ) ：根據(jù)設(shè)定值根據(jù)設(shè)定值( (期望值期望值) )與輸出值與輸出值 ( (實(shí)際值實(shí)際值) )的偏差量，確定對(duì)象的動(dòng)作。的偏差量，確定對(duì)象的動(dòng)作。 正正反饋：反饋：輸出量送回到輸入端，與輸入信號(hào)輸出量送回到輸入端，與輸入信號(hào)相加相加，使偏，使偏 差越來(lái)越差越來(lái)越大大。 無(wú)靜差系統(tǒng)：無(wú)靜差系統(tǒng)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與設(shè)定值不存在偏差。在穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與設(shè)定值不存在偏差。四、反饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成四、反饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成l 給定元件：給定元件：設(shè)定被控量的期望值，產(chǎn)生系統(tǒng)輸入量設(shè)定被控量的期望值，產(chǎn)生系統(tǒng)輸入量( (參據(jù)量參據(jù)量) )。l 比較元件：比較元件

11、：比較設(shè)定值與實(shí)際值，產(chǎn)生相應(yīng)的偏差信號(hào)。比較設(shè)定值與實(shí)際值，產(chǎn)生相應(yīng)的偏差信號(hào)。l 測(cè)量元件：測(cè)量元件：檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 也稱(chēng)為傳感器、傳感元件。也稱(chēng)為傳感器、傳感元件。l 放大元件：放大元件：對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大，包括信號(hào)放大和功率放大。對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大，包括信號(hào)放大和功率放大。l 校正元件：校正元件：為改善系統(tǒng)性能，連接在系統(tǒng)中的部件。也為改善系統(tǒng)性能，連接在系統(tǒng)中的部件。也 叫補(bǔ)償元件。可以有串聯(lián)補(bǔ)償、反饋補(bǔ)償、順饋補(bǔ)償。叫補(bǔ)償元件?？梢杂写?lián)補(bǔ)償、反饋補(bǔ)償、順饋補(bǔ)償。l 執(zhí)行元件：執(zhí)行元件：直接使輸出量產(chǎn)生變化的部件。直

12、接使輸出量產(chǎn)生變化的部件。l 反饋元件：反饋元件：將輸出量引回到輸入端的部件。將輸出量引回到輸入端的部件。典型反饋系統(tǒng)組成：典型反饋系統(tǒng)組成：系統(tǒng)系統(tǒng)輸入量輸入量放大元件放大元件輸出量輸出量執(zhí)行元件執(zhí)行元件補(bǔ)償元件補(bǔ)償元件反饋元件反饋元件被控對(duì)象被控對(duì)象典型反饋系統(tǒng)組成：典型反饋系統(tǒng)組成：系統(tǒng)系統(tǒng)主回路主回路主反饋主反饋內(nèi)回路內(nèi)回路局部反饋局部反饋輸入量輸入量輸出量輸出量補(bǔ)償元件補(bǔ)償元件放大元件放大元件被控對(duì)象被控對(duì)象執(zhí)行元件執(zhí)行元件反饋元件反饋元件測(cè)量元件測(cè)量元件五、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式五、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式 反饋（閉環(huán)）控制方式反饋（閉環(huán)）控制方式 開(kāi)環(huán)控制方式：開(kāi)環(huán)控制方式

13、：被控對(duì)象各部件的信號(hào)只沿著順向傳遞，被控對(duì)象各部件的信號(hào)只沿著順向傳遞， 輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。 順饋控制方式：順饋控制方式：在干擾可測(cè)量的時(shí)候，將干擾量測(cè)量出在干擾可測(cè)量的時(shí)候，將干擾量測(cè)量出 來(lái)，送到輸入端，產(chǎn)生干擾補(bǔ)償信號(hào)，以減少干擾對(duì)系來(lái)，送到輸入端，產(chǎn)生干擾補(bǔ)償信號(hào)，以減少干擾對(duì)系 統(tǒng)的影響。本質(zhì)：統(tǒng)的影響。本質(zhì)：按擾動(dòng)開(kāi)環(huán)控制按擾動(dòng)開(kāi)環(huán)控制。輸入量輸入量放大元件放大元件輸出量輸出量執(zhí)行元件執(zhí)行元件被控對(duì)象被控對(duì)象輸入量輸入量干擾測(cè)量干擾測(cè)量放大元件放大元件輸出量輸出量執(zhí)行元件執(zhí)行元件干擾輸入干擾輸入被控對(duì)象被控對(duì)象 復(fù)合控制方式：復(fù)合控制

14、方式：將反饋控制與順饋結(jié)合的控制方式。將反饋控制與順饋結(jié)合的控制方式。輸入量輸入量干擾測(cè)量干擾測(cè)量放大元件放大元件輸出量輸出量執(zhí)行元件執(zhí)行元件干擾輸入干擾輸入補(bǔ)償元件補(bǔ)償元件反饋元件反饋元件被控對(duì)象被控對(duì)象一、函數(shù)記錄儀一、函數(shù)記錄儀 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：紀(jì)錄筆按要求到達(dá)規(guī)定位置。紀(jì)錄筆按要求到達(dá)規(guī)定位置。 控制量：控制量：紀(jì)錄筆位置。紀(jì)錄筆位置。 控制對(duì)象：控制對(duì)象：紀(jì)錄筆。紀(jì)錄筆。 記錄筆運(yùn)動(dòng)原理：記錄筆運(yùn)動(dòng)原理：給定一個(gè)電壓信號(hào)，設(shè)定位移量，在輸入給定一個(gè)電壓信號(hào)，設(shè)定位移量，在輸入 作用下啟動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)齒輪、繩系，拖動(dòng)紀(jì)錄筆運(yùn)動(dòng)。作用下啟動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)齒輪、繩系，拖動(dòng)紀(jì)錄筆運(yùn)動(dòng)。 位置精

15、度考慮：位置精度考慮：為了使紀(jì)錄筆能準(zhǔn)確到達(dá)指定位置，應(yīng)將紀(jì)為了使紀(jì)錄筆能準(zhǔn)確到達(dá)指定位置，應(yīng)將紀(jì) 錄筆的位置測(cè)量出來(lái)，用來(lái)反饋。錄筆的位置測(cè)量出來(lái)，用來(lái)反饋。 電機(jī)拖動(dòng)考慮：電機(jī)拖動(dòng)考慮：紀(jì)錄筆有慣性，希望電機(jī)速度能按所需位移紀(jì)錄筆有慣性，希望電機(jī)速度能按所需位移 量進(jìn)行控制，所以將電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量出來(lái)，用來(lái)反饋。量進(jìn)行控制，所以將電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量出來(lái)，用來(lái)反饋。輸入量輸入量輸出量輸出量 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 放放 大大 器器 記錄筆記錄筆 伺服電機(jī)伺服電機(jī) 位置測(cè)量位置測(cè)量 測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)二、飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)二、飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng) 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：按設(shè)定的規(guī)律，控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)。按設(shè)定的規(guī)律

16、，控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)。 飛行姿態(tài)：飛行姿態(tài)：橫向，巡航方向。縱向，飛機(jī)的升降。橫向，巡航方向。縱向，飛機(jī)的升降。 舵機(jī)控制：舵機(jī)控制：位置伺服控制位置伺服控制( (內(nèi)回路內(nèi)回路) )。位移傳感器測(cè)量。位移傳感器測(cè)量。 縱向控制：縱向控制：給定一個(gè)電壓信號(hào)，設(shè)定飛機(jī)爬升給定一個(gè)電壓信號(hào)，設(shè)定飛機(jī)爬升( (俯沖俯沖) )的傾角的傾角 , ,該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，控制升降舵的移動(dòng)。升降舵的角度，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，控制升降舵的移動(dòng)。升降舵的角度， 決定了飛機(jī)爬升決定了飛機(jī)爬升( (俯沖俯沖) )的傾角的傾角 。 外回路：外回路：飛機(jī)傾角飛機(jī)傾角 的反饋控制。垂直陀螺儀測(cè)量。的反饋控制。垂直陀螺儀測(cè)量。 自動(dòng)駕

17、駛儀：自動(dòng)駕駛儀：根據(jù)飛行要求，提供設(shè)定的電壓信號(hào)。并與測(cè)根據(jù)飛行要求，提供設(shè)定的電壓信號(hào)。并與測(cè) 量到的輸出信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制規(guī)律。量到的輸出信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制規(guī)律。 駕駕 駛駛 儀儀 放放 大大 器器 飛飛 機(jī)機(jī) 舵舵 機(jī)機(jī) 位置測(cè)量位置測(cè)量 位移傳感器位移傳感器0干擾干擾三、電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)三、電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng) 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：電爐溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。電爐溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)。 工作原理：工作原理：電阻絲通過(guò)晶閘管主電路加熱。溫度依靠電阻絲電阻絲通過(guò)晶閘管主電路加熱。溫度依靠電阻絲 中的電流大小來(lái)調(diào)節(jié)。中的電流大小來(lái)調(diào)節(jié)。 溫度檢測(cè)：溫度檢測(cè)：熱電偶。熱電偶

18、。 計(jì)算機(jī)控制器特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制器特點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)采用數(shù)字量，按節(jié)拍工作。微型計(jì)算機(jī)采用數(shù)字量，按節(jié)拍工作。 控制器：控制器：微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)。設(shè)定溫度設(shè)定溫度微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)爐溫爐溫A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換晶閘管晶閘管電阻絲電阻絲熱電偶熱電偶四、鍋爐液位控制系統(tǒng)四、鍋爐液位控制系統(tǒng) 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：鍋爐內(nèi)水位在設(shè)定范圍鍋爐內(nèi)水位在設(shè)定范圍( (進(jìn)水量與蒸發(fā)水量平衡進(jìn)水量與蒸發(fā)水量平衡) )。 調(diào)節(jié)量：調(diào)節(jié)量：通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)開(kāi)賭的大小，改變進(jìn)水量。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)開(kāi)賭的大小，改變進(jìn)水量。 工作原理：工作原理：由液位測(cè)量裝置（變送器）測(cè)出液位信號(hào)，與由液位測(cè)量裝置（變送器）測(cè)

19、出液位信號(hào)，與 設(shè)定值比較，若液位降低，則加大閥門(mén)開(kāi)度，反之則減小。設(shè)定值比較，若液位降低，則加大閥門(mén)開(kāi)度，反之則減小。設(shè)定水位設(shè)定水位調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 器器水位水位鍋鍋 爐爐閥閥 門(mén)門(mén)液位測(cè)量液位測(cè)量干擾干擾按控制方式按控制方式按被控對(duì)象按被控對(duì)象按系統(tǒng)性能按系統(tǒng)性能按給定值變化規(guī)律按給定值變化規(guī)律按系統(tǒng)功用按系統(tǒng)功用按給定值操縱的開(kāi)環(huán)控制按給定值操縱的開(kāi)環(huán)控制按干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制按干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制復(fù)合控制：閉環(huán)反饋為主，開(kāi)環(huán)補(bǔ)償為輔復(fù)合控制：閉環(huán)反饋為主，開(kāi)環(huán)補(bǔ)償為輔恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng) 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)程控

20、制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)線性線性/ /非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)連續(xù)連續(xù)/ /離散性系統(tǒng)離散性系統(tǒng)定常定常/ /時(shí)變性系統(tǒng)時(shí)變性系統(tǒng)確定確定/ /不確定系統(tǒng)不確定系統(tǒng) 參據(jù)量是一個(gè)常值，要求被控量也等于一個(gè)常值參據(jù)量是一個(gè)常值，要求被控量也等于一個(gè)常值( (不一不一定相等定相等) )，又稱(chēng)為，又稱(chēng)為調(diào)節(jié)器系統(tǒng)調(diào)節(jié)器系統(tǒng)或或自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。如前述鍋爐。如前述鍋爐液位系統(tǒng)、爐溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。液位系統(tǒng)、爐溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 工業(yè)控制中，若被控量是工業(yè)控制中，若被控量是溫度溫度、壓力壓力、流量流量、液位液位等等生產(chǎn)過(guò)程參量時(shí)，這種控制系統(tǒng)稱(chēng)為

21、生產(chǎn)過(guò)程參量時(shí)，這種控制系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)，它們系統(tǒng)，它們多數(shù)屬于恒值控制系統(tǒng)。多數(shù)屬于恒值控制系統(tǒng)。 參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求被參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化，故又稱(chēng)為控量以盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化，故又稱(chēng)為跟蹤跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)。如前述自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。如前述自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。若參據(jù)量是機(jī)械若參據(jù)量是機(jī)械位置位置或其或其導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)時(shí)，這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為時(shí)，這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為。 控制輸出量，使之按設(shè)定的規(guī)律變化。如數(shù)控機(jī)床、控制輸出量，使之按設(shè)定的規(guī)律變化。如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線。自動(dòng)生產(chǎn)線。 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)( (調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器) )

22、隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)( (伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)) ) 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) 組成系統(tǒng)的元器件的特性均為線性組成系統(tǒng)的元器件的特性均為線性( (或基本線性或基本線性) )，能用，能用線性常微分方程線性常微分方程描述其輸入與輸出關(guān)系的系統(tǒng)：描述其輸入與輸出關(guān)系的系統(tǒng)：10101111( )( )( )( )( )( )nnmnnnmmmmddday tay ta y tbu tdtdtdtdbu tb u tdt 當(dāng)系數(shù)當(dāng)系數(shù) 都是都是常數(shù)常數(shù)時(shí)，稱(chēng)為時(shí)，稱(chēng)為定常定常或或時(shí)時(shí)不變不變或或自治自治系統(tǒng)；當(dāng)系數(shù)系統(tǒng)；當(dāng)系數(shù) 至少有一個(gè)是至少有一個(gè)是隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)為隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)為時(shí)變

23、時(shí)變或或非自治非自治系統(tǒng)。系統(tǒng)。00(,;,)nmaa bb00(,;,)nmaa bb線性系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是具有線性系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是具有和和即有：若輸入即有：若輸入 時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為 ；輸入；輸入 時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為 。則輸入為則輸入為 時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為 。1u1y1 122aua u1122a ya y2u2y 非線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng) 嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有程度不同的非線性嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有程度不同的非線性元部件，但只要非線性不嚴(yán)重，能用線性系統(tǒng)理論和方法元部件，但只要非線性不嚴(yán)重，能用線性系統(tǒng)理論和方法對(duì)待的系統(tǒng)均可稱(chēng)為線性系統(tǒng)。對(duì)待的系統(tǒng)均可稱(chēng)為線性系

24、統(tǒng)。 系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入 輸出特性是非線性輸出特性是非線性的系統(tǒng)，用非線性微分的系統(tǒng)，用非線性微分( (或差分或差分) )方程描述其特性方程描述其特性。 非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)，或方程中含有非線性方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)，或方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)。如：變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)。如：2( )( )( )( )( )( )y ty ty ty tytu t 連續(xù)系統(tǒng)：連續(xù)系統(tǒng)：各部分的輸入各部分的輸入 輸出信號(hào)都是連續(xù)函數(shù)的模擬量。輸出信號(hào)都是連續(xù)函數(shù)的模擬量。 某處或多處的信號(hào)為脈沖系列或數(shù)碼形式，因而信號(hào)某處或多處的信號(hào)為脈

25、沖系列或數(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)采樣開(kāi)關(guān)的采樣就可以轉(zhuǎn)在時(shí)間上是離散的。連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣開(kāi)關(guān)的采樣就可以轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)去進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱(chēng)為采樣控制系統(tǒng)或脈沖換成離散信號(hào)去進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱(chēng)為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。離散系統(tǒng)描述的特點(diǎn)：離散系統(tǒng)描述的特點(diǎn)：用差分方程來(lái)描述。用差分方程來(lái)描述。 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) 單變量系統(tǒng)：?jiǎn)巫兞肯到y(tǒng)：輸入量和輸出量各有一個(gè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。輸入量和輸出量各有一個(gè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 多變量系統(tǒng)：多變量系統(tǒng)：輸入量和輸出量多于一個(gè)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。輸入量和輸出量多于一個(gè)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 確定系統(tǒng)：確定系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)和參數(shù)是確定的、已知的，系統(tǒng)輸入信號(hào)結(jié)構(gòu)和參數(shù)

26、是確定的、已知的，系統(tǒng)輸入信號(hào) 也是確定的，可用解析式或圖表確切表示的系統(tǒng)。也是確定的，可用解析式或圖表確切表示的系統(tǒng)。 不不確定系統(tǒng)：確定系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)本身或作用于該系統(tǒng)的輸入當(dāng)系統(tǒng)本身或作用于該系統(tǒng)的輸入 信號(hào)不確定的系統(tǒng)。信號(hào)不確定的系統(tǒng)。一、基本要求的提法一、基本要求的提法 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在沒(méi)有外加信號(hào)激勵(lì)條件下，能否最穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在沒(méi)有外加信號(hào)激勵(lì)條件下，能否最終停留在一個(gè)固定的位置上。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)終停留在一個(gè)固定的位置上。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)該隨著時(shí)間收斂并且最后回到初始的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性的該隨著時(shí)間收斂并且最后回到初始的平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性的要求是系統(tǒng)工作的要求是系統(tǒng)工作的首要條件首要條件。