第1章 緒論 12自動化

1、聯(lián)系方式（彭彥卿）聯(lián)系方式（彭彥卿）聯(lián)系電話：聯(lián)系電話0592-6291166（O.)辦公地點：實驗樓辦公地點：實驗樓3-404Email：1 1、授課班級：、授課班級：1212自動化自動化1 1、2 2班（班（115115人）人）基本情況說明基本情況說明2 2、學時數(shù)：、學時數(shù)：5656學時（理論學時（理論4848學時學時+ +實驗實驗8 8學時）學時）3 3、教、教 材：胥布工主編，材：胥布工主編，自動控制原理自動控制原理，電子，電子工業(yè)出版社工業(yè)出版社4 4、考試方式：平時、考試方式：平時30%+30%+期末成績期末成績70%70%5 5、作業(yè)：每周二交一次、作

2、業(yè)：每周二交一次學習要點學習要點MATLABMATLAB（自學為主）（自學為主）參考書：參考書： 自動控制原理自動控制原理第五版，胡壽松，科學出版社第五版，胡壽松，科學出版社 自動控制原理習題解析自動控制原理習題解析，胡壽松，科學出版社，胡壽松，科學出版社 自動控制原理自動控制原理，孫亮、楊鵬，北京工業(yè)大學出版社，孫亮、楊鵬，北京工業(yè)大學出版社( (廈門大學考研教材廈門大學考研教材) ) 自動控制原理及其應(yīng)用自動控制原理及其應(yīng)用，黃堅，高等教育出版社，黃堅，高等教育出版社 自動控制原理自動控制原理，王萬良，高等教育出版社，王萬良，高等教育出版社期刊期刊自動化學報自動化學報控制理論與應(yīng)用控制理論

3、與應(yīng)用 控制與決策控制與決策IEEE Transactions on Automatic Control Automatica學術(shù)團體學術(shù)團體國際自動控制聯(lián)合會（國際自動控制聯(lián)合會（International Federation of Automatic Control，IFAC ）中國自動化學會中國自動化學會學習要點學習要點高等數(shù)學高等數(shù)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(chǔ)課，自動化專業(yè)承上啟下的課程、專業(yè)基礎(chǔ)課，自動化專業(yè)承上啟下的課程2 2、理論實踐相結(jié)合、理論實踐相結(jié)合理論性非常強，概念多，內(nèi)容多，抽象；理論性非常

4、強，概念多，內(nèi)容多，抽象；實際應(yīng)用緊密結(jié)合。能為解決實際控制問題提供理論和方法實際應(yīng)用緊密結(jié)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(shù)是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)、自動控制技術(shù)是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)電機控制、自動化生產(chǎn)線、火炮雷達控制、家用電器、機電機控制、自動化生產(chǎn)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(yīng)堆等。核反應(yīng)堆等。1 1、打好基礎(chǔ)、打好基礎(chǔ)高等數(shù)學（微積分）、積分變換（拉氏變換）高等數(shù)學（微積分）、積分變換（拉氏變換）2 2、做好預(yù)習、做好

5、預(yù)習3 3、聽好課、聽好課講課的速度較快、了解課程內(nèi)容講課的速度較快、了解課程內(nèi)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(yīng)用學到的基本理論和基本方法解決實際問題應(yīng)用學到的基本理論和基本方法解決實際問題本課程學習方法本課程學習方法第一章第一章 緒論緒論自動控制原理自動控制原理自動控制原理自動控制原理 課程內(nèi)容課程內(nèi)容自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)（定義見（定義見1.1節(jié)首段）節(jié)首段）Ch2：控制系統(tǒng)的：控制系統(tǒng)的數(shù)學模型數(shù)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

6、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(yīng)用實例三則控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則1.6 控制系統(tǒng)的設(shè)計概述控制系統(tǒng)的設(shè)計概述1.7 本書內(nèi)容安排本書內(nèi)容安排1.8 小結(jié)小結(jié)自動控制自動控制 在人不直接參與的情況下，利用自動控制裝置使在人不直接參與的情況下，利用自

7、動控制裝置使工工作機械或生產(chǎn)過程自動地作機械或生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行，或使按照預(yù)定規(guī)律運行，或使被控量（工作機械或過程的某個物理參數(shù)）被控量（工作機械或過程的某個物理參數(shù)）按預(yù)定按預(yù)定的要求變化的要求變化。自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 由由自動控制裝置自動控制裝置與與被控對象被控對象以一定結(jié)構(gòu)組成的、以一定結(jié)構(gòu)組成的、能能完成某種控制任務(wù)的有機整體完成某種控制任務(wù)的有機整體。兩個定義兩個定義1.1 引言引言刻漏刻漏：沈括于熙寧七年沈括于熙寧七年(1074) (1074) 制成玉壺浮制成玉壺浮漏。影響水流的兩個主要原因互相漏。影響水流的兩個主要原因互相補償：一是水的粘滯性。當溫度升補償：一是

8、水的粘滯性。當溫度升高時，粘滯度便減小，水流變快；高時，粘滯度便減小，水流變快；二是水面高度。當溫度升高時表面二是水面高度。當溫度升高時表面張力減小，漫溢水面便微微降低，張力減小，漫溢水面便微微降低，水壓隨之降低而水流變慢。適當選水壓隨之降低而水流變慢。適當選擇結(jié)構(gòu)尺寸，就可以使兩個相反的擇結(jié)構(gòu)尺寸，就可以使兩個相反的變化近于完全抵消，達到最佳效果，變化近于完全抵消，達到最佳效果，即是水流受溫度變化的影響極小，即是水流受溫度變化的影響極小，刻漏更為準確；可說是世界上最精刻漏更為準確；可說是世界上最精密的漏水計時器。密的漏水計時器。 1.1.1 自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史 遠古時期

9、的自動裝置遠古時期的自動裝置 (來自互聯(lián)網(wǎng)來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言引言指南車指南車采用差動齒輪的機械原理：采用差動齒輪的機械原理：車里面裝有多個大小不同的齒輪，直行，小輪懸空；轉(zhuǎn)彎時，一邊的小輪在車里面裝有多個大小不同的齒輪，直行，小輪懸空；轉(zhuǎn)彎時，一邊的小輪在轅、繩、滑輪的作用下降，與車輪和大輪發(fā)生轅、繩、滑輪的作用下降，與車輪和大輪發(fā)生嚙合嚙合傳動。傳動。若車子向左轉(zhuǎn)若車子向左轉(zhuǎn)9090度，度，左輪不動，右輪要轉(zhuǎn)半周。與右輪相連的小齒輪也就轉(zhuǎn)半周（即轉(zhuǎn)過左輪不動，右輪要轉(zhuǎn)半周。與右輪相連的小齒輪也就轉(zhuǎn)半周（即轉(zhuǎn)過1212個個齒），經(jīng)過小平輪傳動到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉(zhuǎn)動齒），經(jīng)過

10、小平輪傳動到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉(zhuǎn)動1212個齒，即個齒，即1/41/4周（周（9090度），仙人在和車一起左轉(zhuǎn)度），仙人在和車一起左轉(zhuǎn)9090度時，又由于齒輪的嚙合傳動右轉(zhuǎn)了度時，又由于齒輪的嚙合傳動右轉(zhuǎn)了9090度。其他運動情況的結(jié)果可以類推。度。其他運動情況的結(jié)果可以類推。仙人指向不變。仙人指向不變。(來自互聯(lián)網(wǎng)來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言引言計里鼓車，計里鼓車，車中有一套減速齒輪系，車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時轉(zhuǎn)動，其最末一只齒始終與車輪同時轉(zhuǎn)動，其最末一只齒輪軸在車行一里時正好回轉(zhuǎn)一周，車輪軸在車行一里時正好回轉(zhuǎn)一周，車子上層的木人車上木人受凸輪牽動，子上層的木人車上木

11、人受凸輪牽動，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。這一原理與現(xiàn)代汽車上的里程里程。這一原理與現(xiàn)代汽車上的里程表的原理相同。表的原理相同。候風地動儀候風地動儀的關(guān)鍵機構(gòu)，是一根稱為的關(guān)鍵機構(gòu)，是一根稱為“都柱都柱”的倒立擺，其重心高于擺動的倒立擺，其重心高于擺動中心。在受地震橫波襲擊時，由于慣中心。在受地震橫波襲擊時，由于慣性力作用，它將倒向震源方向，從而性力作用，它將倒向震源方向，從而帶動該方向的傳動部件，使相應(yīng)方向帶動該方向的傳動部件，使相應(yīng)方向的龍口上額起撓，龍口中的銅丸便掉的龍口上額起撓，龍口中的銅丸便掉落在蟾蜍口中。落在蟾蜍口中。 (來自互聯(lián)網(wǎng)來自互聯(lián)

12、網(wǎng))(來自互聯(lián)網(wǎng)來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言引言古代的自動裝置主要是基于相對直觀的古代的自動裝置主要是基于相對直觀的“因果關(guān)系因果關(guān)系”而而發(fā)明的，因而并未產(chǎn)生自動控制理論。發(fā)明的，因而并未產(chǎn)生自動控制理論。這與這與1818世紀末開始逐漸發(fā)展起來的、基于反饋原理的自世紀末開始逐漸發(fā)展起來的、基于反饋原理的自動裝置有著本質(zhì)的不同。動裝置有著本質(zhì)的不同。反饋使反饋使“因果關(guān)系因果關(guān)系”進一步發(fā)進一步發(fā)展成為更加復(fù)雜的展成為更加復(fù)雜的“因果因果- -果因關(guān)系果因關(guān)系”。由于反饋形成的回路使由于反饋形成的回路使“因果因果”雙向相互作用，已不再雙向相互作用，已不再是簡單的邏輯關(guān)系，因此，人們?yōu)樽龅街渌匀?/p>

13、地設(shè)是簡單的邏輯關(guān)系，因此，人們?yōu)樽龅街渌匀坏卦O(shè)計好基于反饋原理的自動裝置，必須對反饋控制理論加計好基于反饋原理的自動裝置，必須對反饋控制理論加以研究，這也是反饋控制理論發(fā)展的初始推動力。以研究，這也是反饋控制理論發(fā)展的初始推動力。 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(diào)速器飛球調(diào)速器17881788年瓦特發(fā)明了年瓦特發(fā)明了飛球調(diào)速飛球調(diào)速器器，用來與蒸汽機的進氣閥，用來與蒸汽機的進氣閥連接構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)連接構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。自動調(diào)速系統(tǒng)。2 2、動態(tài)特性研

14、究的開始動態(tài)特性研究的開始：英：英國劍橋大學的數(shù)學和天文學家國劍橋大學的數(shù)學和天文學家艾里在艾里在1829-18351829-1835系統(tǒng)研究了系統(tǒng)研究了天文望遠鏡的速度控制，根據(jù)天文望遠鏡的速度控制，根據(jù)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)了了反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定性反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并利，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(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的反饋調(diào)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

15、克斯韋發(fā)表了表了“論調(diào)速器論調(diào)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(jù)二三階系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)。18951895英國勞斯判據(jù)和德國數(shù)學英國勞斯判據(jù)和德國數(shù)學家赫爾維茨的家赫爾維茨的代數(shù)穩(wěn)定條件代數(shù)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動的一般運動穩(wěn)定問題運動穩(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，電子管放大器以及遠距離通話的實現(xiàn)，研究如何減少放大倍數(shù)增大放大器以及遠距離通話的實現(xiàn)，研究如何減少放大倍數(shù)增大而導(dǎo)致信號失真的問題。美國貝爾電話實驗室的工程師

16、和科而導(dǎo)致信號失真的問題。美國貝爾電話實驗室的工程師和科學家們逐步建立了反饋控制系統(tǒng)的頻率特性分析方法。學家們逐步建立了反饋控制系統(tǒng)的頻率特性分析方法。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年俄裔年俄裔美國工程師米諾斯基在分析船舶駕駛控美國工程師米諾斯基在分析船舶駕駛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性時首次提出。制系統(tǒng)的穩(wěn)定性時首次提出。6 6、19341934年美國麻省理工的赫曾教授創(chuàng)立年美國麻省理工的赫曾教授創(chuàng)立了了伺服控制理論伺服控制理論，首次提出軌跡跟蹤在，首次提出軌跡跟蹤在反饋控制中的重要性；反饋控制中的重要性；7 7、19361936年

17、英國工程師考倫德：溫度控制年英國工程師考倫德：溫度控制系統(tǒng)的系統(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(shù)整定準參數(shù)整定準則則，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：美國電信工程年：美國電信工程師伊萬斯給出師伊萬斯給出控制系統(tǒng)的圖解分析法和控制系統(tǒng)的圖解分析法和根軌跡綜合法根軌跡綜合法，創(chuàng)立，創(chuàng)立根軌跡法根軌跡法的完整理的完整理論。論。現(xiàn)代現(xiàn)代PID控制器控制器1.1 引言引言1010、19481948年美國數(shù)學家維納出版專年美國數(shù)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

18、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(shù)的發(fā)展，成為自動控制理論間技術(shù)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、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(shù)字計算機的發(fā)展，成電路數(shù)字計算機的發(fā)展，推動了推動了控制器應(yīng)用高級控制算法的能力控制器應(yīng)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：

19、系統(tǒng)辨識、魯棒控制、協(xié)調(diào)控制、智能辨識、魯棒控制、協(xié)調(diào)控制、智能控制等等。控制等等。(來自互聯(lián)網(wǎng)來自互聯(lián)網(wǎng))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自動化的核心是控制與系統(tǒng)控制與系統(tǒng)，控制工程實踐控制工程實踐是實現(xiàn)自動化的手段。是實現(xiàn)自動化的手段。自動化最早出現(xiàn)在汽自動化最早出現(xiàn)在汽車工業(yè)，其初始概念是指在工業(yè)生產(chǎn)（加工、車工業(yè)，其初始概念是指在工業(yè)生產(chǎn)（加工、制造等）過程中制造等）過程中采用自動控制代替人工控制。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，其含義是指其含義是指加工采用連續(xù)方式加工采用連續(xù)方式，

20、生產(chǎn)過程流生產(chǎn)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(chǎn)線，我國工業(yè)生產(chǎn)逐步從外成套自動化生產(chǎn)線，我國工業(yè)生產(chǎn)逐步從局部自動化局部自動化，發(fā)展成今天的全方位、全流程，發(fā)展成今天的全方位、全流程的的綜合自動化綜合自動化。我國的自動化學術(shù)組織：中國自動化學會，我國的自動化學術(shù)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：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)：

21、測量、求誤差、控制、控制、再測量、再求誤差、再控制的循環(huán)過程。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(jù)偏差的大小和性質(zhì)操作員根據(jù)偏差的大小和性質(zhì)（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(guān)閉閥門的方式來調(diào)手打開或關(guān)閉閥門的方式來調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水量大小，達到節(jié)經(jīng)過閥門

22、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(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行工作機械或生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行或或使使某些物理量按預(yù)定要求變化某些物理量按預(yù)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(gòu)杠桿機構(gòu)的另一端的另一端 人的人的大腦和手大腦和手 判斷偏差大小判斷偏差大小和性質(zhì)，

23、帶動和性質(zhì)，帶動水閥動作，調(diào)水閥動作，調(diào)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自動控制與人工控制的工作原理十分相似自動控制與人工控制的工作原理十分相似1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理 自動控制裝置與人的器官對應(yīng)的、能完成相應(yīng)功能的元件有：自動控制裝置與人的器官對應(yīng)的、能完成相應(yīng)功能的元件有： 給定元件：給定元件：能根據(jù)液位期望值來調(diào)節(jié)連桿長度的環(huán)節(jié)代替人的大腦能根據(jù)液位期望值來調(diào)節(jié)連桿長度的環(huán)節(jié)代替人的大腦記下液位期望值；記下液位期望值； 測量元件：測量元件：浮子作為傳感器代替人的眼睛測取實際液位值；浮子作為傳感器代替人的眼睛測取實際液位值； 比較元件：比較元件：浮子

24、和連桿組合代替人的大腦計算出液位偏差值；浮子和連桿組合代替人的大腦計算出液位偏差值； 校正元件校正元件：杠桿機構(gòu)代替人的大腦對偏差的大小和性質(zhì)作出判斷：杠桿機構(gòu)代替人的大腦對偏差的大小和性質(zhì)作出判斷（作為決策機構(gòu)作出如何校正的決定）；（作為決策機構(gòu)作出如何校正的決定）； 執(zhí)行元件：執(zhí)行元件：帶動進水閥代替人手打開或關(guān)閉閥門調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水帶動進水閥代替人手打開或關(guān)閉閥門調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水量大小。量大小。 由此可見，組成自動控制裝置的元件一般應(yīng)包括：由此可見，組成自動控制裝置的元件一般應(yīng)包括：給定元件，測量給定元件，測量元件，比較元件，校正元件和執(zhí)行元件，元件，比較元件，校正元件和執(zhí)行元件，而上述

25、而上述液位自動控制系統(tǒng)液位自動控制系統(tǒng)就就是由這些元件和被控對象（水池）組成的有機整體。是由這些元件和被控對象（水池）組成的有機整體。 1.2 自動控制的基本原理自動控制的基本原理 假設(shè)水池液位處于期望值。假設(shè)水池液位處于期望值。以用以用戶用水量突然增加為例，圖戶用水量突然增加為例，圖1-21-2所示所示的簡單液位自動控制系統(tǒng)的工作過程的簡單液位自動控制系統(tǒng)的工作過程如下：如下： 當用戶用水量突然增加，出水量當用戶用水量突然增加，出水量增加到一個新值，此時水池液位下降增加到一個新值，此時水池液位下降導(dǎo)致浮子下降，浮子、連桿與杠桿機導(dǎo)致浮子下降，浮子、連桿與杠桿機構(gòu)測出液位期望值與實際值之間的偏

26、構(gòu)測出液位期望值與實際值之間的偏差值，然后由杠桿機構(gòu)帶動進水閥打差值，然后由杠桿機構(gòu)帶動進水閥打開閥門增大進水量。開閥門增大進水量。 由于由于新的出水量增加了新的出水量增加了，為了使進水量與出水量相等，浮，為了使進水量與出水量相等，浮子必須維持在比液位期望值更低的位置，子必須維持在比液位期望值更低的位置，只有通過使實際液只有通過使實際液位值低于期望值形成的落差才能使杠桿機構(gòu)帶動進水閥維持位值低于期望值形成的落差才能使杠桿機構(gòu)帶動進水閥維持閥門在新的開度，以便增加進水量達到進水與出水的新平衡。閥門在新的開度，以便增加進水量達到進水與出水的新平衡?？煽上`差消除誤差的液位自動控制系統(tǒng)的液位自動控

27、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(gòu)記下液位期）用電位器和杠桿機構(gòu)記下液位期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(gòu)計算出電位器）電位器和杠桿機構(gòu)計算出電位器上對應(yīng)于期望值的給定值與對應(yīng)于實際上對應(yīng)于期望值的給定值與對應(yīng)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(zhì)進行判斷，并據(jù)此對偏差的大小和性質(zhì)進行判斷，并據(jù)此決定電動機如何轉(zhuǎn)動帶動

28、閥門（打開或決定電動機如何轉(zhuǎn)動帶動閥門（打開或關(guān)閉閥門）去調(diào)節(jié)水量的大小。關(guān)閉閥門）去調(diào)節(jié)水量的大小。（5 5）只要電位器和杠桿機構(gòu)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(gòu)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(chǎn)生控制作用，即進一步打開或關(guān)閉閥門，甚至使閥門達校正環(huán)節(jié)連續(xù)不斷地產(chǎn)生控制作用，即進一步打開或關(guān)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(fù)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(fù)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

29、 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)的輸入與系統(tǒng)的輸入與輸出之間只有前向的信號傳遞，輸出之間只有前向的信號傳遞，而沒有反向的信號回傳。而沒有反向的信號回傳。缺點缺點：開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精：開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度和抑制干擾能力較差。度和抑制干擾能力較差。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

30、饋：具有反饋的系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內(nèi)的的系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞形成了閉合環(huán)路，稱傳遞形成了閉合環(huán)路，稱為閉環(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，輸入和輸出單向控制，輸入和輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸入與輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸入與輸出間沒有反饋回路。但受外界干間沒有反饋回路。但受外界干擾小時，仍被大量使用。擾小時，仍被大量使用。閉環(huán)：閉環(huán)：將輸出量返回到輸入端，將輸出量返回到輸入端，形成偏差，基于偏差產(chǎn)生控制形成偏差，基于偏差產(chǎn)生控制

31、以減少或消除偏差。相對來看，以減少或消除偏差。相對來看，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加、存在穩(wěn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加、存在穩(wěn)定性問題，但定性問題，但具有開環(huán)控制無具有開環(huán)控制無法替代的自動糾偏功能和較高法替代的自動糾偏功能和較高控制精度?？刂凭取?.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(fù)平衡的動后重新恢復(fù)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(fù)，由于實際重新恢復(fù)，由于實際應(yīng)用中擾動是不可避應(yīng)用

32、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)定衰減過程減過程臨界穩(wěn)定臨界穩(wěn)定（也稱為（也稱為臨界不穩(wěn)臨界不穩(wěn)定）振蕩定）振蕩過程過程不穩(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(fù)或跟定的系統(tǒng)對平衡狀態(tài)的恢復(fù)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(wù)的需要而改變系因控制任務(wù)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(fù)平過渡

33、過程越短，說明系統(tǒng)恢復(fù)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 過渡過程結(jié)束后系統(tǒng)就過渡過程結(jié)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)無差系統(tǒng)、有差系統(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

34、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(gòu)成系統(tǒng)的基本元件劃分按構(gòu)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(zhuǎn)換。：測量系統(tǒng)的輸出量，量綱轉(zhuǎn)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。校正元件

35、校正元件：基于偏差信號按一定函數(shù)規(guī)律產(chǎn)生供執(zhí)行元件執(zhí)行的：基于偏差信號按一定函數(shù)規(guī)律產(chǎn)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(yù)定傳遞函數(shù)的電路。如：由放大器、電阻、電容組成的具有預(yù)定傳遞函數(shù)的電路。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成 放大元件放大元件：對信號進行線性放大或提供功率放大。：對信號進行線性放大或提供功率放大。如：電壓放大器等。如：電壓放大器等。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(chǎn)生的控制命令，以便：也稱執(zhí)行器。用來執(zhí)行校正元件產(chǎn)生的控制命令，以便使被

36、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(shè)備或裝置的：也稱受控對象，簡稱對象。需進行控制的設(shè)備或裝置的工作過程。工作過程。如：電動機的控制，或反應(yīng)器、傳熱過程、燃燒過程的控制等。如：電動機的控制，或反應(yīng)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(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)劃分按系統(tǒng)內(nèi)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(zhuǎn)換成可用的信：功能是感受被測量并按

37、照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)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，則稱其為變送器?？刂破骺刂破鳎寒a(chǎn)生供執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行的控制信號；：產(chǎn)生供執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行的控制信號；執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)：根據(jù)控制器發(fā)出的命令去控制或調(diào)節(jié)被控過程；：根據(jù)控制器發(fā)出的命令去控制或調(diào)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(gòu)執(zhí)行機構(gòu)+ +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

38、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)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成1.3.3 若干常用術(shù)語若干常用術(shù)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(nèi)部基本制器等內(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)按一定功能環(huán)節(jié)按一定的結(jié)構(gòu)方式聯(lián)接，的結(jié)構(gòu)方式聯(lián)接，為完成某種控制為完成某種控制任務(wù)而組成的一任務(wù)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

39、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，擾動信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。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(jīng)過：指對被控變量測量取

40、出的、經(jīng)過必要的量綱轉(zhuǎn)換必要的量綱轉(zhuǎn)換后后反向回送到輸入端的信號。反向回送到輸入端的信號。 偏差信號偏差信號：指參考輸入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。由于偏差信：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(yīng)關(guān)系，故兩者經(jīng)過量綱換算是號與誤差信號之間存在確定對應(yīng)關(guān)系，故兩者經(jīng)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，若不加等價的。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

41、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)律產(chǎn)生的控制指令器或者校正元件按一定控制規(guī)律產(chǎn)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)的輸出量?；奈锢砹浚趩屋敵鱿到y(tǒng)中，也就是系統(tǒng)的輸出量。 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)

42、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。 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(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)系。質(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)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(shù)學模型，這樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已確定，而結(jié)構(gòu)參數(shù)或參數(shù)范圍已確定，然后采用數(shù)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(guān)綜合是分析的反

43、義詞。一般地說，綜合就是將已有的關(guān)于研究對象各個部分的認識聯(lián)結(jié)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(jié)起來，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(jù)一定任務(wù)，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(jié)構(gòu)和參數(shù)配置。反饋控制系統(tǒng)中，當被控對象，執(zhí)行機構(gòu)和傳感器確定后，控制系統(tǒng)的綜合主要是建立控制器數(shù)學模型，解決控制器參數(shù)配置或者參數(shù)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(yīng)的傳感器數(shù)學模型之后，基

44、于經(jīng)典控制理論象和相應(yīng)的傳感器數(shù)學模型之后，基于經(jīng)典控制理論所進行的校正裝置設(shè)計工作。所進行的校正裝置設(shè)計工作。校正的另一個含義類似控制一詞，如：校正器。校正的另一個含義類似控制一詞，如：校正器。 設(shè)計：設(shè)計：指控制系統(tǒng)的設(shè)計而非工程設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)的指控制系統(tǒng)的設(shè)計而非工程設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計就是針對一個給定的控制任務(wù)，利用控制系統(tǒng)的設(shè)計就是針對一個給定的控制任務(wù)，利用控制系統(tǒng)的分析與綜合方法，通過一系列反復(fù)的選擇、評判和優(yōu)分析與綜合方法，通過一系列反復(fù)的選擇、評判和優(yōu)化，完成構(gòu)造一個控制系統(tǒng)的逐步試探過程?；?，完成構(gòu)造一個控制系統(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

45、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(wù)就是參考輸入信號為恒定值，控制系統(tǒng)的任務(wù)就是保持某保持某個被控量為一個給定的期望恒值個被控量為一個給定的期望恒值上。如：溫度、水位上。如：溫度、水位控制等?？刂频?。 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)的類系統(tǒng)的參考輸入信號是預(yù)先未知的隨時間變化的任參考輸入信號是預(yù)先未知的隨時間變化的任意函數(shù)意函數(shù)。隨動系統(tǒng)的任務(wù)就是使系統(tǒng)的被控量以一定。隨動系統(tǒng)的任務(wù)就是使系統(tǒng)的被控量以一定精度精度

46、跟隨參考輸入信號的變化跟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)的參考輸入信號是信號是預(yù)先設(shè)定的函數(shù)曲預(yù)先設(shè)定的函數(shù)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(chǎn)過程中的化學反應(yīng)器生產(chǎn)過程中的化學反應(yīng)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(yù)定曲線溫度上升預(yù)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

47、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(shù)遞均為時間的連續(xù)函數(shù) 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(shù)字編碼形式或數(shù)字編碼形式 3網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)：典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是指控典型的網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)包計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。通過數(shù)據(jù)包計算機網(wǎng)絡(luò)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

48、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(shù)隨時間變化的元件：系統(tǒng)中不含參數(shù)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(shù)隨時間變化的元件：系統(tǒng)中含參數(shù)隨時間變化的元件 1、線性系統(tǒng) 特點：系統(tǒng)由線性元件構(gòu)成，描述運動規(guī)律的數(shù)學模型系統(tǒng)由線性元件構(gòu)成，描述運動規(guī)律的數(shù)學模型為線性微分方程。運動方程一般形式：為線性微分方程。運動方程一般形式： 式中：式中：r(t)系統(tǒng)輸入量；系統(tǒng)輸入量； c(t)系統(tǒng)輸出量系統(tǒng)輸出量 主要特點是具有主要特點是具有疊加性和和齊次性。

49、c(t)adtdc(t)adtc(t)dadtc(t)da011 -n1 -n1 -n1 -nnnnnr(t)bdtdr(t)bdtr(t)dbdtr(t)db011 -m1 -m1 -m1 -mmmmm44線性系統(tǒng)具有疊加性和齊次性。線性系統(tǒng)具有疊加性和齊次性。 疊加性：疊加性：x x1 1(t)(t)y y1 1(t)(t)x x2 2(t)(t)則則 y y2 2(t)(t)x x1 1(t)+x(t)+x2 2(t) (t) y y1 1(t)+y(t)+y2 2(t) (t) y=xy=x2 2 二階系統(tǒng)是非線性的二階系統(tǒng)是非線性的因為它不滿足疊加性因為它不滿足疊加性齊次性：齊次性：

50、為常數(shù)為常數(shù) x(tx(t) )y(ty(t) )則則 x(tx(t) ) y(ty(t) ) y=mx+by=mx+b 系統(tǒng)也不是線性的，因為它不滿系統(tǒng)也不是線性的，因為它不滿足齊次性。足齊次性。452、非線性系統(tǒng) 在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個或一個以上的非線性環(huán)節(jié)。要用非線性方程描述其特性。要用非線性方程描述其特性。 非線性方程的特點是：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。例：2( )( ) ( )( )( )y ty t y ty tr t461.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則1.蒸汽機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)蒸汽機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理：工作原理：蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動

51、蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動圓錐齒輪減速帶動一對飛錘作水圓錐齒輪減速帶動一對飛錘作水平旋轉(zhuǎn)平旋轉(zhuǎn)飛錘通過鉸鏈帶動套筒上、下滑飛錘通過鉸鏈帶動套筒上、下滑動撥動杠桿的一端動撥動杠桿的一端杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度門的開度 蒸汽機：蒸汽機的轉(zhuǎn)速保持在期望值附近蒸汽機：蒸汽機的轉(zhuǎn)速保持在期望值附近 平衡平衡：飛錘旋轉(zhuǎn)，套筒保持某高度，閥門處于一個平衡位置：飛錘旋轉(zhuǎn)，套筒保持某高度，閥門處于一個平衡位置當出現(xiàn)不平衡時當出現(xiàn)不平衡時： 負載負載 , 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 ， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動圓錐齒輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 。 負載負載 , 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 ， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動圓錐齒輪轉(zhuǎn)動 ,飛錘速度飛錘速度 , 套筒位置套筒位置 ,