自動控制原理資料

1、第一章第一章 緒論緒論自動控制原理自動控制原理電子課件電子課件版本版本 1.01.0 高等數學高等數學積分變換積分變換自動控制理論自動控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論其它專業(yè)課程其它專業(yè)課程1 1、專業(yè)基礎課，自動化及專業(yè)承上啟下的課程、專業(yè)基礎課，自動化及專業(yè)承上啟下的課程2 2、理論實踐相結合、理論實踐相結合理論性非常強，概念多，內容多，抽象；理論性非常強，概念多，內容多，抽象；實際應用緊密結合。能為解決實際控制問題提供理論和方法實際應用緊密結合。能為解決實際控制問題提供理論和方法自動控制原理的課程特點自動控制原理的課程特點3 3、自動控制技術是應用非常廣泛的技術、自動控制技術是應用非常廣

2、泛的技術電機控制、自動化生產線、火炮雷達控制、家用電器、機電機控制、自動化生產線、火炮雷達控制、家用電器、機械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、核反應堆等。核反應堆等。1 1、打好基礎、打好基礎高等數學（微積分）、積分變換（拉氏變換）高等數學（微積分）、積分變換（拉氏變換）2 2、做好預習、做好預習3 3、聽好課、聽好課講課的速度較快、了解課程內容講課的速度較快、了解課程內容掌握基本理論和基本方法掌握基本理論和基本方法4 4、做好習題、做好習題應用學到的基本理論和基本方法解決實際問題應用學到的基本理論和基本方法解決實際問題本課程學

3、習方法本課程學習方法自動控制原理自動控制原理 課程內容課程內容自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)Ch2：控制系統(tǒng)的：控制系統(tǒng)的數學模型數學模型Ch1：自動控：自動控制系統(tǒng)的基本制系統(tǒng)的基本概念和要求概念和要求分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)的性能的性能Ch7:控制系控制系統(tǒng)的統(tǒng)的校正校正Ch8:線性離線性離散控制散控制系統(tǒng)系統(tǒng)Ch9：非線性非線性控制系控制系統(tǒng)統(tǒng)Ch4: 時域分析時域分析 Ch5:根軌跡分析根軌跡分析 Ch6:頻率特性分析頻率特性分析 Ch3：控制系統(tǒng)的：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及特性穩(wěn)定性及特性第一章第一章 緒論緒論1.1 引言引言1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制

4、系統(tǒng)的組成1.4 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類1.5 控制系統(tǒng)應用實例三則控制系統(tǒng)應用實例三則1.6 控制系統(tǒng)的設計概述控制系統(tǒng)的設計概述1.7 本書內容安排本書內容安排1.8 小結小結1.1 引言引言1 1、用于工業(yè)過程的自動反饋、用于工業(yè)過程的自動反饋控制器控制器- -飛球調速器飛球調速器17691769瓦特發(fā)明了飛球調速器，瓦特發(fā)明了飛球調速器，用來與蒸汽機的進氣閥連接用來與蒸汽機的進氣閥連接構成蒸汽機轉速的閉環(huán)自動構成蒸汽機轉速的閉環(huán)自動調速系統(tǒng)。調速系統(tǒng)。2 2、動態(tài)特性研究的開始動態(tài)特性研究的開始：英：英國劍橋大學的數學和天文學家國劍橋大學的數學和天文學家艾里在艾里在1829-18

5、351829-1835系統(tǒng)研究了系統(tǒng)研究了天文望遠鏡的速度控制，根據天文望遠鏡的速度控制，根據倒立擺離心力的原理首次發(fā)現(xiàn)倒立擺離心力的原理首次發(fā)現(xiàn)了反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并利了反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并利用微分方程分析了這種系統(tǒng)。用微分方程分析了這種系統(tǒng)。近代控制理論的逐步形成和發(fā)展近代控制理論的逐步形成和發(fā)展瓦特改良的蒸汽機瓦特改良的蒸汽機艾里艾里瓦特瓦特1.1 引言引言3 3、反饋調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的反饋調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的研究研究：18681868英國物理學家麥克斯韋發(fā)英國物理學家麥克斯韋發(fā)表了表了“論調速器論調速器”的論文，首的論文，首次論述該問題。次論述該問題。二三階系統(tǒng)的穩(wěn)定判據。二三階

6、系統(tǒng)的穩(wěn)定判據。18951895英國勞斯判據和德國數學英國勞斯判據和德國數學家赫爾維茨的代數穩(wěn)定條件；家赫爾維茨的代數穩(wěn)定條件；18931893李雅普諾夫基于非線性運李雅普諾夫基于非線性運動的一般運動穩(wěn)定問題。動的一般運動穩(wěn)定問題。4 4、反饋控制系統(tǒng)的頻率特性研究反饋控制系統(tǒng)的頻率特性研究：2020世紀世紀2020年代，電子管年代，電子管放大器的出現(xiàn)，研究如何減少放大倍數增大而導致信號失真放大器的出現(xiàn)，研究如何減少放大倍數增大而導致信號失真的問題。美國貝爾電話實驗室的科學家本逐步建立了反饋控的問題。美國貝爾電話實驗室的科學家本逐步建立了反饋控制系統(tǒng)的頻率特性分析方法。制系統(tǒng)的頻率特性分析方法

7、。李雅普諾夫李雅普諾夫1.1 引言引言5 5、積分和微分控制的思想積分和微分控制的思想：19221922年俄裔美國工程師米諾斯基分析了年俄裔美國工程師米諾斯基分析了船舶駕駛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。船舶駕駛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6 6、19341934年美國麻省理工的赫曾教年美國麻省理工的赫曾教創(chuàng)立了創(chuàng)立了伺服控制理論伺服控制理論，首次提出軌，首次提出軌跡跟蹤在反饋控制中的重要性；跡跟蹤在反饋控制中的重要性；7 7、19361936年英國工程師考倫德：溫年英國工程師考倫德：溫度控制系統(tǒng)的度控制系統(tǒng)的PIDPID控制器控制器；8 8、19421942年美國工程師：年美國工程師：PIDPID參數整參數整定準則

8、定準則，至今仍適用；，至今仍適用；9 9、二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后、二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后1010年：控制系年：控制系統(tǒng)的圖解分析法和根軌跡綜合法，統(tǒng)的圖解分析法和根軌跡綜合法，創(chuàng)立創(chuàng)立根軌跡法根軌跡法的完整理論。的完整理論?，F(xiàn)代現(xiàn)代PID控制器控制器1.1 引言引言1010、19481948年美國數學家維納出版專年美國數學家維納出版專著著“控制論控制論”。19561956年我國科學家年我國科學家錢學森出版錢學森出版“工程控制論工程控制論”。1111、2020世紀世紀5050年代，年代，人造衛(wèi)星和空人造衛(wèi)星和空間技術的發(fā)展，成為自動控制理論間技術的發(fā)展，成為自動控制理論新的發(fā)展推動力新的發(fā)展推動力。極大值原理、

9、動。極大值原理、動態(tài)規(guī)劃理論、狀態(tài)空間方法、多變態(tài)規(guī)劃理論、狀態(tài)空間方法、多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論。量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論。1212、2020世紀世紀7070年代，隨著大規(guī)模集年代，隨著大規(guī)模集成電路數字計算機的發(fā)展，成電路數字計算機的發(fā)展，推動了推動了控制器應用高級控制算法的能力控制器應用高級控制算法的能力。1313、出現(xiàn)若干控制理論分支：系統(tǒng)、出現(xiàn)若干控制理論分支：系統(tǒng)辨識、魯棒控制、協(xié)調控制、智能辨識、魯棒控制、協(xié)調控制、智能控制等等?？刂频鹊取?來自互聯(lián)網來自互聯(lián)網)1.1 引言引言1.1.2 控制工程實踐控制工程實踐自動化的核心是控制與系統(tǒng)，控制工程實踐自動化的核心是控制與系統(tǒng)

10、，控制工程實踐是實現(xiàn)自動化的手段。自動化最早出現(xiàn)在汽是實現(xiàn)自動化的手段。自動化最早出現(xiàn)在汽車工業(yè)，其初始概念是指在工業(yè)生產（加工、車工業(yè)，其初始概念是指在工業(yè)生產（加工、制造等）過程中采用自動控制代替人工控制。制造等）過程中采用自動控制代替人工控制。1947年美國福特公司正式使用自動化一詞，年美國福特公司正式使用自動化一詞，其含義是指加工采用連續(xù)方式，生產過程流其含義是指加工采用連續(xù)方式，生產過程流水式的自動進行。水式的自動進行。從從20世紀世紀70年代開始，我國通過陸續(xù)引進國年代開始，我國通過陸續(xù)引進國外成套自動化生產線，我國工業(yè)生產逐步從外成套自動化生產線，我國工業(yè)生產逐步從局部自動化，發(fā)

11、展成今天的全方位、全流程局部自動化，發(fā)展成今天的全方位、全流程的綜合自動化。的綜合自動化。我國的自動化學術組織：中國自動化學會，我國的自動化學術組織：中國自動化學會，1961年成立，第一屆理事長錢學森院士。年成立，第一屆理事長錢學森院士。1.2.1 人工控制與自動控制人工控制與自動控制人工控制：人工控制：人工控制是人工操作實現(xiàn)：測量、求誤差、人工控制是人工操作實現(xiàn)：測量、求誤差、控制、再測量、再求誤差、再控制的循環(huán)過程?？刂?、再測量、再求誤差、再控制的循環(huán)過程。1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1)1)操作員將期望的液位值操作員將期望的液位值( (即水即水 位高度位高度) )記在大腦

12、中；記在大腦中；2)2)操作員用眼讀取實際液位值；操作員用眼讀取實際液位值；3)3)操作員將液位期望值與實際值操作員將液位期望值與實際值比較得出偏差值；比較得出偏差值；4)4)操作員根據偏差的大小和性質操作員根據偏差的大小和性質（正負性），決定如何通過用（正負性），決定如何通過用手打開或關閉閥門的方式來調手打開或關閉閥門的方式來調節(jié)經過閥門的水量大小，達到節(jié)經過閥門的水量大小，達到維持液位恒定的控制目標。維持液位恒定的控制目標。 自動控制：自動控制：沒有人直接參與，利用自動控制裝置，沒有人直接參與，利用自動控制裝置，使使工作機械或生產過程自動地按照預定規(guī)律運行工作機械或生產過程自動地按照預定規(guī)

13、律運行或或使使某些物理量按預定要求變化某些物理量按預定要求變化。1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理連桿的長度連桿的長度人的大腦人的大腦 記下期望液位記下期望液位浮子浮子人的眼睛人的眼睛 實際液位實際液位浮子和連桿浮子和連桿人的大腦人的大腦 計算偏差計算偏差杠桿機構杠桿機構的另一端的另一端人的大腦人的大腦和手和手 判斷偏差大小判斷偏差大小和性質，帶動和性質，帶動水閥動作，調水閥動作，調節(jié)水量大小節(jié)水量大小自動控制自動控制人工控制人工控制可消除誤差的液位自動控制系統(tǒng)可消除誤差的液位自動控制系統(tǒng)工作原理如下：工作原理如下：（1 1）用電位器和杠桿機構記下液位期）用電位器和杠桿機構記下液位期

14、望值的電位器給定值（電位器中點）；望值的電位器給定值（電位器中點）；（2 2）浮子作為傳感器測量實際液位；）浮子作為傳感器測量實際液位；（3 3）電位器和杠桿機構計算出電位器）電位器和杠桿機構計算出電位器上對應于期望值的給定值與對應于實際上對應于期望值的給定值與對應于實際值的測量值之間的偏差值（電壓值）；值的測量值之間的偏差值（電壓值）；（4 4）放大器與電動機組成的校正環(huán)節(jié)）放大器與電動機組成的校正環(huán)節(jié)對偏差的大小和性質進行判斷，并據此對偏差的大小和性質進行判斷，并據此決定電動機如何轉動帶動閥門（打開或決定電動機如何轉動帶動閥門（打開或關閉閥門）去調節(jié)水量的大小。關閉閥門）去調節(jié)水量的大小。

15、（5 5）只要電位器和杠桿機構比較所得的偏差不為零，則放大器與電動機組成的）只要電位器和杠桿機構比較所得的偏差不為零，則放大器與電動機組成的校正環(huán)節(jié)連續(xù)不斷地產生控制作用，即進一步打開或關閉閥門，甚至使閥門達校正環(huán)節(jié)連續(xù)不斷地產生控制作用，即進一步打開或關閉閥門，甚至使閥門達到全開或全閉狀態(tài)，使液位上升或下降，直到液位恢復到期望值為止。到全開或全閉狀態(tài)，使液位上升或下降，直到液位恢復到期望值為止。1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1.2.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的系統(tǒng)的輸入與輸出之間只有前輸入

16、與輸出之間只有前向的信號傳遞，而沒有向的信號傳遞，而沒有反向的信號回傳。反向的信號回傳。缺點缺點：開環(huán)控制系統(tǒng)的：開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度和抑制干擾能控制精度和抑制干擾能力較差。力較差。Mc恒定：恒定：ur , ua , n ur , ua , n ur 恒定：恒定：Mc , n Mc , n 1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理反饋反饋：系統(tǒng)從輸出到輸入：系統(tǒng)從輸出到輸入的反向信息傳遞，這種反的反向信息傳遞，這種反向信息傳遞稱為反饋。向信息傳遞稱為反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：具有反饋：具有反饋的系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內的的系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內的傳遞形成了閉合環(huán)路。稱傳遞形成了閉合環(huán)路。稱為

17、閉環(huán)系統(tǒng)。為閉環(huán)系統(tǒng)。Mc恒定：恒定：ur , ue u1 ua , n , uf , ue , u1 ua , n ur 恒定：恒定：Mc , n uf , ue , u1 ua , n 開環(huán)：開環(huán)：單向控制，輸入和單向控制，輸入和輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸入與輸出間沒有反饋回路。入與輸出間沒有反饋回路。但受外界干擾小時，仍被但受外界干擾小時，仍被大量使用。大量使用。閉環(huán)：閉環(huán)：將輸出量返回到輸將輸出量返回到輸入端，形成偏差，基于偏入端，形成偏差，基于偏差產生控制以減少或消除差產生控制以減少或消除偏差。相對來看，結構復偏差。相對來看，結構復雜、成本增加、存在穩(wěn)定雜、成本增加

18、、存在穩(wěn)定性問題，但具有開環(huán)控制性問題，但具有開環(huán)控制無法替代的自動糾偏功能無法替代的自動糾偏功能和較高控制精度。和較高控制精度。1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1.2.3 對反饋控制系統(tǒng)的對反饋控制系統(tǒng)的基本要求基本要求 1穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受擾穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受擾動后重新恢復平衡的動后重新恢復平衡的能力。能力。不穩(wěn)定的系統(tǒng)不穩(wěn)定的系統(tǒng)一旦失去平衡就無法一旦失去平衡就無法重新恢復，由于實際重新恢復，由于實際應用中擾動是不可避應用中擾動是不可避免的，因此不穩(wěn)定的免的，因此不穩(wěn)定的系統(tǒng)無法正常運行。系統(tǒng)無法正常運行。 穩(wěn)定衰穩(wěn)定衰減

19、過程減過程臨界穩(wěn)定臨界穩(wěn)定振蕩過程振蕩過程不穩(wěn)定發(fā)不穩(wěn)定發(fā)散過程散過程1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理2快速性快速性 快速性主要是用時間衡量一個穩(wěn)快速性主要是用時間衡量一個穩(wěn)定的系統(tǒng)對平衡狀態(tài)的恢復或跟定的系統(tǒng)對平衡狀態(tài)的恢復或跟隨的速度。隨的速度。影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的因素：影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的因素：擾動使系統(tǒng)偏離平衡，擾動使系統(tǒng)偏離平衡，因控制任務的需要而改變系因控制任務的需要而改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。統(tǒng)的平衡狀態(tài)。過渡過程越短，說明系統(tǒng)恢復平過渡過程越短，說明系統(tǒng)恢復平衡或跟隨新的平衡狀態(tài)的能力越衡或跟隨新的平衡狀態(tài)的能力越強，快速性就越好。強，快速性就越好。 3準確性準確性 過渡過程

20、結束后系統(tǒng)就過渡過程結束后系統(tǒng)就進入穩(wěn)態(tài)，此時進入穩(wěn)態(tài)，此時系統(tǒng)輸系統(tǒng)輸出量的期望值與實際值出量的期望值與實際值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。 穩(wěn)態(tài)誤差越小，控制系穩(wěn)態(tài)誤差越小，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。 無差系統(tǒng)、有差系統(tǒng)。無差系統(tǒng)、有差系統(tǒng)。1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理 上述穩(wěn)定性、快速性和準確性三個方面往往是相互制約的。上述穩(wěn)定性、快速性和準確性三個方面往往是相互制約的。穩(wěn)定裕度過大可能引起系統(tǒng)的快速性變差、過渡過程變長；穩(wěn)定裕度過大可能引起系統(tǒng)的快速性變差、過渡過程變長；而單純追求快速性，則可能加劇振蕩，甚至引起不穩(wěn)定。而單純追求快速性，則可能加劇振

21、蕩，甚至引起不穩(wěn)定。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成 1.3.1 按構成系統(tǒng)的基本元件劃分按構成系統(tǒng)的基本元件劃分 測量元件測量元件：測量系統(tǒng)的輸出量，量綱轉換。：測量系統(tǒng)的輸出量，量綱轉換。如：熱電偶、各種傳感器，對輸出信號進行測量。如：熱電偶、各種傳感器，對輸出信號進行測量。比較元件比較元件：形成參考輸入信號與測量反饋信號的偏差。：形成參考輸入信號與測量反饋信號的偏差。如：反向放大器、中位器連接電路等。如：反向放大器、中位器連接電路等。放大元件放大元件：對信號進行線性放大或提供功率放大。多級放大。：對信號進行線性放大或提供功率放大。多級放大。如：電壓放大器等。如：電壓放大器等。

22、1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成 校正元件校正元件：基于偏差信號按一定函數規(guī)律產生供執(zhí)行元件執(zhí)行的：基于偏差信號按一定函數規(guī)律產生供執(zhí)行元件執(zhí)行的 控制命令對系統(tǒng)進行校正以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能控制命令對系統(tǒng)進行校正以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能如：由放大器、電阻、電容組成的具有預定傳遞函數的電路。如：由放大器、電阻、電容組成的具有預定傳遞函數的電路。執(zhí)行元件執(zhí)行元件：也稱執(zhí)行器。用來執(zhí)行校正元件產生的控制命令，以便：也稱執(zhí)行器。用來執(zhí)行校正元件產生的控制命令，以便使被控對象的輸出按期望值變化。使被控對象的輸出按期望值變化。如：直流伺服電動機、交流伺服電動機、氣缸、液壓缸等。如：直流

23、伺服電動機、交流伺服電動機、氣缸、液壓缸等。被控對象被控對象：也稱受控對象，簡稱對象。需進行控制的設備或裝置的：也稱受控對象，簡稱對象。需進行控制的設備或裝置的工作過程工作過程如：電動機的控制，或反應器、傳熱過程、燃燒過程的控制等。如：電動機的控制，或反應器、傳熱過程、燃燒過程的控制等。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成1.3.2 按系統(tǒng)內部基本功能環(huán)節(jié)劃分按系統(tǒng)內部基本功能環(huán)節(jié)劃分 傳感器傳感器：功能是感受被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用的信：功能是感受被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用的信號。當傳感器的輸出信號為標準信號時，則稱其為變送器。號。當傳感器的輸出信號為標準信號時，則稱其

24、為變送器。控制器控制器：產生供執(zhí)行機構執(zhí)行的控制信號；：產生供執(zhí)行機構執(zhí)行的控制信號；執(zhí)行機構執(zhí)行機構：根據控制器發(fā)出的命令去控制或調節(jié)被控過程；：根據控制器發(fā)出的命令去控制或調節(jié)被控過程；被控對象被控對象：描述系統(tǒng)從控制變量到被控變量之間的被控過程。：描述系統(tǒng)從控制變量到被控變量之間的被控過程。廣義被控對象：廣義被控對象：執(zhí)行機構執(zhí)行機構+ +被控對象被控對象控制變量：控制變量：可以是任何描述被控過程控制輸入的物理量可以是任何描述被控過程控制輸入的物理量廣義被控對象的控制變量：廣義被控對象的控制變量：控制信號常是電信號，電壓或電流控制信號常是電信號，電壓或電流1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控

25、制系統(tǒng)的組成1.3.3 若干常用術語若干常用術語控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由被控對象和控由被控對象和控制器等內部基本制器等內部基本功能環(huán)節(jié)按一定功能環(huán)節(jié)按一定的結構方式聯(lián)接，的結構方式聯(lián)接，為完成某種控制為完成某種控制任務而組成的一任務而組成的一個有機整體個有機整體 輸入信號輸入信號：系統(tǒng)外部輸入的信號，也稱輸入量，如參考輸系統(tǒng)外部輸入的信號，也稱輸入量，如參考輸入，外部干擾輸入，其中參考輸入也稱為給定量（值），它入，外部干擾輸入，其中參考輸入也稱為給定量（值），它是控制系統(tǒng)被控變量的反饋信號需保持或跟隨的指令輸入。是控制系統(tǒng)被控變量的反饋信號需保持或跟隨的指令輸入。輸出信號輸出信號：系統(tǒng)向外部輸出的信

26、號，也稱輸出量，在單輸系統(tǒng)向外部輸出的信號，也稱輸出量，在單輸出系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號就是被控對象的被控變量。出系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號就是被控對象的被控變量。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成擾動信號：擾動信號：擾動可以是小的波動，也可以是大的波動，擾動擾動可以是小的波動，也可以是大的波動，擾動信號也稱為干擾信號。擾動在系統(tǒng)的方塊圖中屬于外部輸入。信號也稱為干擾信號。擾動在系統(tǒng)的方塊圖中屬于外部輸入。反饋信號反饋信號：指對被控變量測量取出的、經過必要的量綱轉換：指對被控變量測量取出的、經過必要的量綱轉換后反向回送到輸入端的信號。后反向回送到輸入端的信號。 偏差信號偏差信號：指參考輸入

27、信號與反饋信號之差。：指參考輸入信號與反饋信號之差。 誤差信號誤差信號：指系統(tǒng)輸出量的期望值與實際值之差。由于偏差：指系統(tǒng)輸出量的期望值與實際值之差。由于偏差信號與誤差信號之間存在確定對應關系，故兩者經過量綱換信號與誤差信號之間存在確定對應關系，故兩者經過量綱換算是等價的。本書中誤差信號采用在輸入端的定義，因此，算是等價的。本書中誤差信號采用在輸入端的定義，因此，若不加說明誤差信號即指偏差信號若不加說明誤差信號即指偏差信號。 1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成控制信號控制信號：指控制器或者校正元件的輸出信號，它是控制：指控制器或者校正元件的輸出信號，它是控制器或者校正元件按一定控制規(guī)

28、律產生的控制指令器或者校正元件按一定控制規(guī)律產生的控制指令控制變量：控制變量：簡稱控制量，指被控對象（被控過程）的控制簡稱控制量，指被控對象（被控過程）的控制輸入變量。輸入變量。 被控變量被控變量：簡稱被控量，指被控對象輸出需按控制要求變：簡稱被控量，指被控對象輸出需按控制要求變化的物理量，在單輸出系統(tǒng)中，也就是系統(tǒng)得輸出量?；奈锢砹浚趩屋敵鱿到y(tǒng)中，也就是系統(tǒng)得輸出量。 控制通道：控制通道：控制變量通過被控對象（被控過程）到控制系控制變量通過被控對象（被控過程）到控制系統(tǒng)輸出的通道。統(tǒng)輸出的通道。干擾通道干擾通道：干擾信號通過被控對象到系統(tǒng)輸出的通道。：干擾信號通過被控對象到系統(tǒng)輸出的通道

29、。 1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成分析：分析：把研究對象分成較簡單的組成部分，找出這些部分的本把研究對象分成較簡單的組成部分，找出這些部分的本質屬性和彼此之間的關系。質屬性和彼此之間的關系?？刂葡到y(tǒng)的分析是一種動態(tài)分析，即視研究對象為演化的系統(tǒng)。一般是先建立描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數學模型，這樣系統(tǒng)的結構已確定，而結構參數或參數范圍已確定，然后采用數學工具作為主要手段對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析。 綜合：綜合：綜合是分析的反義詞。一般地說，綜合就是將已有的關綜合是分析的反義詞。一般地說，綜合就是將已有的關于研究對象各個部分的認識聯(lián)結起來，形成對研究對象的統(tǒng)一于研究對象各個部分的認識聯(lián)結起來

30、，形成對研究對象的統(tǒng)一整體認識。整體認識。 控制系統(tǒng)的綜合是指根據一定任務，利用系統(tǒng)分析的真知灼見，找出能夠滿足性能指標的控制系統(tǒng)整體結構和參數配置。反饋控制系統(tǒng)中，當被控對象，執(zhí)行機構和傳感器確定后，控制系統(tǒng)的綜合主要是建立控制器數學模型，解決控制器參數配置或者參數優(yōu)化問題，以滿足整個控制系統(tǒng)的定量性能指標。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成校正：校正：在形成基本的控制系統(tǒng)或者確定了廣義控制對在形成基本的控制系統(tǒng)或者確定了廣義控制對象和相應的傳感器數學模型之后，基于經典控制理論象和相應的傳感器數學模型之后，基于經典控制理論所進行的校正裝置設計工作。所進行的校正裝置設計工作。設計：設

31、計：指控制系統(tǒng)的設計而非工程設計?？刂葡到y(tǒng)的指控制系統(tǒng)的設計而非工程設計?？刂葡到y(tǒng)的設計就是針對一個給定的控制任務，利用控制系統(tǒng)的設計就是針對一個給定的控制任務，利用控制系統(tǒng)的分析與綜合方法，通過一系列反復的選擇、評判和優(yōu)分析與綜合方法，通過一系列反復的選擇、評判和優(yōu)化，完成構造一個控制系統(tǒng)的逐步試探過程?；瓿蓸嬙煲粋€控制系統(tǒng)的逐步試探過程。 1.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類1.4.1 按參考輸入信號特征分類按參考輸入信號特征分類 1恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng) 參考輸入信號為恒定值，控制系統(tǒng)的任務就是參考輸入信號為恒定值，控制系統(tǒng)的任務就是保持某個保持某個被控量為一個給定的期望恒

32、值被控量為一個給定的期望恒值上。如：溫度、水位控制上。如：溫度、水位控制等。等。 2隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng)一般習慣稱為隨動系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。此類隨動控制系統(tǒng)一般習慣稱為隨動系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的系統(tǒng)的參考輸入信號是預先未知的隨時間變化的任意函參考輸入信號是預先未知的隨時間變化的任意函數數。隨動系統(tǒng)的任務就是使系統(tǒng)的被控量以一定精度。隨動系統(tǒng)的任務就是使系統(tǒng)的被控量以一定精度跟跟隨參考輸入信號的變化隨參考輸入信號的變化。 如：高射炮隨動系統(tǒng)。如：高射炮隨動系統(tǒng)。1.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類3程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)的參考輸入程序控制系統(tǒng)的參考輸入信

33、號是信號是預先設定的函數曲預先設定的函數曲線線。如：熱處理爐溫度的升溫、如：熱處理爐溫度的升溫、保溫和降溫過程的控制，保溫和降溫過程的控制，生產過程中的化學反應器生產過程中的化學反應器開停車過程中的升溫、保開停車過程中的升溫、保溫和降溫曲線控制溫和降溫曲線控制 。溫度上升預定曲線溫度上升預定曲線1.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類1.4.2 按系統(tǒng)環(huán)節(jié)間信號傳按系統(tǒng)環(huán)節(jié)間信號傳遞形式分類遞形式分類 1連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng) ：信號傳：信號傳遞均為時間的連續(xù)函數遞均為時間的連續(xù)函數 2離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) ：至少一：至少一個信號傳遞為脈沖序列個信號傳遞為脈沖序列或數字編碼形式或數字編碼形式 3網絡

34、化控制系統(tǒng)：網絡化控制系統(tǒng)：典型的網絡化控制系統(tǒng)是指控典型的網絡化控制系統(tǒng)是指控制器到執(zhí)行器以及傳感器到控制器之間的信號傳遞是制器到執(zhí)行器以及傳感器到控制器之間的信號傳遞是通過數據包計算機網絡來實現(xiàn)。通過數據包計算機網絡來實現(xiàn)。 采樣過程采樣過程1.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類1.4.3 按描述系統(tǒng)的動態(tài)方程分類按描述系統(tǒng)的動態(tài)方程分類 1線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) ：可以采用線性微分方程來描述的系統(tǒng)：可以采用線性微分方程來描述的系統(tǒng) 2非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)中一般均包含非線性元件：非線性系統(tǒng)中一般均包含非線性元件 3定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)：系統(tǒng)中不含參數隨時間變化的元件：系統(tǒng)中不含參數

35、隨時間變化的元件 4時變系統(tǒng)時變系統(tǒng)：系統(tǒng)中含參數隨時間變化的元件：系統(tǒng)中含參數隨時間變化的元件 1.5 控制系統(tǒng)應用實例三則控制系統(tǒng)應用實例三則工作原理：工作原理：蒸汽機帶動負載轉動蒸汽機帶動負載轉動圓錐齒輪減速帶動一對飛錘圓錐齒輪減速帶動一對飛錘作水平旋轉作水平旋轉飛錘通過鉸鏈帶動套筒上、飛錘通過鉸鏈帶動套筒上、下滑動撥動杠桿的一端下滑動撥動杠桿的一端杠桿另一端通過連桿調節(jié)供杠桿另一端通過連桿調節(jié)供汽閥門的開度汽閥門的開度 蒸汽機：蒸汽機的轉速保持在期望值附近蒸汽機：蒸汽機的轉速保持在期望值附近 平衡平衡：飛錘旋轉，套筒保持某高度，閥門處于一個平衡位置：飛錘旋轉，套筒保持某高度，閥門處于一

36、個平衡位置當出現(xiàn)不平衡時當出現(xiàn)不平衡時： 負載負載 , 轉速轉速 ， 圓錐齒輪轉動圓錐齒輪轉動 ,飛錘速度飛錘速度 , 套筒位置套筒位置 ,杠桿右杠桿右端端 ,蒸汽閥門蒸汽閥門 ，轉速轉速 。 負載負載 , 轉速轉速 ， 圓錐齒輪轉動圓錐齒輪轉動 ,飛錘速度飛錘速度 , 套筒位置套筒位置 ,杠桿右杠桿右端端 ,蒸汽閥門蒸汽閥門 ，轉速轉速 。1.5 控制系統(tǒng)應用實例三則控制系統(tǒng)應用實例三則加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng) 保持爐溫保持爐溫T恒定：恒定：由于擾動，當爐溫由于擾動，當爐溫T ，uf , ue , u1 , ua , 加熱加熱電阻絲電壓電阻絲電壓 , T .1.5 控制系統(tǒng)應用實例三則控制系統(tǒng)應用實例三則角位置隨動系統(tǒng)角位置隨動系統(tǒng) 旋轉負載的角位置旋轉負載的角位置 o快速跟隨期望角快速跟隨期望角位置位置 i : i ，ur , ur -uf = ue , u1 , ua , o .1.6 控制系統(tǒng)設計概述控制系統(tǒng)設計概述 1.7 本書內容安排本書內容安排第一部分：反饋控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性與特性第一部分：反饋控制系統(tǒng)的建模、穩(wěn)定性與特性1 全書緒論：控制理論發(fā)展簡史、自控系統(tǒng)基本原理、類全書緒論：控制理論發(fā)展簡史、自控系統(tǒng)基本原理、類別、對控制系統(tǒng)的要求別、對控制系統(tǒng)的要求(穩(wěn)快準穩(wěn)快準)、設計控制系統(tǒng)的基本、設計控制系統(tǒng)的基本步驟；步驟；2 建