《自動(dòng)控制原理》電子課件：第一章 緒論

1、自動(dòng)控制原理電子課件版本 2.02011年6月主編修改版 第一章 緒論版本 2.02011年6月主編修改版 華南理工大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院高等數(shù)學(xué)積分變換自動(dòng)控制理論現(xiàn)代控制理論其它專業(yè)課程 1、專業(yè)基礎(chǔ)課，自動(dòng)化專業(yè)承上啟下的課程 2、理論實(shí)踐相結(jié)合理論性非常強(qiáng)，概念多，內(nèi)容多，抽象；實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。能為解決實(shí)際控制問題提供理論和方法自動(dòng)控制原理的課程特點(diǎn)3、自動(dòng)控制技術(shù)是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù) 電機(jī)控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線、火炮雷達(dá)控制、家用電器、機(jī)械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、核反應(yīng)堆等。1、打好基礎(chǔ)高等數(shù)學(xué)（微積分）、積分變換（拉氏變換）2、做好預(yù)習(xí)3、聽好課講課的速度較

2、快、了解課程內(nèi)容掌握基本理論和基本方法4、做好習(xí)題應(yīng)用學(xué)到的基本理論和基本方法解決實(shí)際問題本課程學(xué)習(xí)方法自動(dòng)控制原理 課程內(nèi)容自動(dòng)控制系統(tǒng)（定義見1.1節(jié)首段）Ch2：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型Ch1：自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念和要求分析系統(tǒng)的性能Ch7:控制系統(tǒng)的校正Ch8:線性離散控制系統(tǒng)Ch9：非線性控制系統(tǒng)Ch4: 時(shí)域分析 Ch5:根軌跡分析 Ch6:頻率特性分析 Ch3：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及特性第一章 緒論1.1 引言1.2 自動(dòng)控制的基本原理1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成1.4 控制系統(tǒng)的分類1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例三則1.6 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述1.7 本書內(nèi)容安排1.8 小結(jié)自動(dòng)控制 在人不直接

3、參與的情況下，利用自動(dòng)控制裝置使工作機(jī)械或生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行，或使被控量（工作機(jī)械或過程的某個(gè)物理參數(shù)）按預(yù)定的要求變化。自動(dòng)控制系統(tǒng) 由自動(dòng)控制裝置與被控對(duì)象以一定結(jié)構(gòu)組成的、能完成某種控制任務(wù)的有機(jī)整體。兩個(gè)定義1.1 引言刻漏：最初兩個(gè)壺,由上壺滴水到下面的受水壺,液面使浮箭升起以示刻度（即時(shí)間）(圖之右)。這里浮箭可看作是檢測(cè)元件。保持上壺的水位恒定，則是自動(dòng)調(diào)節(jié)的問題。用互相銜接的多級(jí)（35級(jí)）水壺解決的。蓮華漏(圖之左)由4個(gè)壺組成。平水壺向平水小壺供水，平水小壺上有溢水口，可使多余水泄入減水桶以保持水面恒定。在蓮華漏中還采用一個(gè)浮子式閥門作為自動(dòng)切斷閥。當(dāng)受水壺的水位

4、升至滿刻度時(shí)，浮子式閥門就會(huì)自動(dòng)阻塞上級(jí)平水小壺的出水小孔，切斷水滴。1.1.1 自動(dòng)控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史 遠(yuǎn)古時(shí)期的自動(dòng)裝置 (來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言指南車采用差動(dòng)齒輪的機(jī)械原理：車?yán)锩嫜b有多個(gè)大小不同的齒輪，直行，小輪懸空；轉(zhuǎn)彎時(shí)，一邊的小輪在轅、繩、滑輪的作用下降，與車輪和大輪發(fā)生嚙合傳動(dòng)。若車子向左轉(zhuǎn)90度，左輪不動(dòng)，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12個(gè)齒），經(jīng)過小平輪傳動(dòng)到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)12個(gè)齒，即1/4周（90度），仙人在和車一起左轉(zhuǎn)90度時(shí)，又由于齒輪的嚙合傳動(dòng)右轉(zhuǎn)了90度。其他運(yùn)動(dòng)情況的結(jié)果可以類推。仙人指向不變。(來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言

5、計(jì)里鼓車，車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最末一只齒輪軸在車行一里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，車子上層的木人車上木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。這一原理與現(xiàn)代汽車上的里程表的原理相同。候風(fēng)地動(dòng)儀的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，是一根稱為“都柱”的倒立擺，其重心高于擺動(dòng)中心。在受地震橫波襲擊時(shí)，由于慣性力作用，它將倒向震源方向，從而帶動(dòng)該方向的傳動(dòng)部件，使相應(yīng)方向的龍口上額起撓，龍口中的銅丸便掉落在蟾蜍口中。 (來自互聯(lián)網(wǎng))(來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言古代的自動(dòng)裝置主要是基于相對(duì)直觀的“因果關(guān)系”而發(fā)明的，因而并未產(chǎn)生自動(dòng)控制理論。這與18世紀(jì)末開始逐漸發(fā)展起來的、基于反饋原理的自動(dòng)裝置有著本質(zhì)

6、的不同。反饋使“因果關(guān)系”進(jìn)一步發(fā)展成為更加復(fù)雜的“因果-果因關(guān)系”。由于反饋形成的回路使“因果”雙向相互作用，已不再是簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系，因此，人們?yōu)樽龅街渌匀坏卦O(shè)計(jì)好基于反饋原理的自動(dòng)裝置，必須對(duì)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(dòng)力。 近代控制理論的逐步形成和發(fā)展1.1 引言1、用于工業(yè)過程的自動(dòng)反饋控制器-飛球調(diào)速器1769瓦特發(fā)明了飛球調(diào)速器，用來與蒸汽機(jī)的進(jìn)氣閥連接構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。2、動(dòng)態(tài)特性研究的開始：英國(guó)劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)和天文學(xué)家艾里在1829-1835系統(tǒng)研究了天文望遠(yuǎn)鏡的速度控制，根據(jù)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，并利用微

7、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)展瓦特改良的蒸汽機(jī)艾里瓦特1.1 引言3、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的研究：1868英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表了“論調(diào)速器”的論文，首次論述該問題。二三階系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)。1895英國(guó)勞斯判據(jù)和德國(guó)數(shù)學(xué)家赫爾維茨的代數(shù)穩(wěn)定條件；1893李雅普諾夫基于非線性運(yùn)動(dòng)的一般運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定問題。4、反饋控制系統(tǒng)的頻率特性研究：20世紀(jì)20年代，電子管放大器以及遠(yuǎn)距離通話的實(shí)現(xiàn)，研究如何減少放大倍數(shù)增大而導(dǎo)致信號(hào)失真的問題。美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的工程師和科學(xué)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1.1 引言5、積分和微分控制的思想：1922年俄裔美國(guó)工程師

8、米諾斯基在分析船舶駕駛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)首次提出。6、1934年美國(guó)麻省理工的赫曾教授創(chuàng)立了伺服控制理論，首次提出軌跡跟蹤在反饋控制中的重要性；7、1936年英國(guó)工程師考倫德：溫度控制系統(tǒng)的PID控制器；8、1942年美國(guó)工程師：PID參數(shù)整定準(zhǔn)則，至今仍適用；9、二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后10年：美國(guó)電信工程師伊萬斯給出控制系統(tǒng)的圖解分析法和根軌跡綜合法，創(chuàng)立根軌跡法的完整理論?，F(xiàn)代PID控制器1.1 引言10、1948年美國(guó)數(shù)學(xué)家維納出版專著“控制論”。1956年我國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森出版“工程控制論”。11、20世紀(jì)50年代，人造衛(wèi)星和空間技術(shù)的發(fā)展，成為自動(dòng)控制理論新的發(fā)展推動(dòng)力。極大值原理、動(dòng)態(tài)規(guī)劃理

9、論、狀態(tài)空間方法、多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論。12、20世紀(jì)70年代，隨著大規(guī)模集成電路數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，推動(dòng)了控制器應(yīng)用高級(jí)控制算法的能力。13、出現(xiàn)若干控制理論分支：系統(tǒng)辨識(shí)、魯棒控制、協(xié)調(diào)控制、智能控制等等。(來自互聯(lián)網(wǎng))1.1 引言1.1.2 控制工程實(shí)踐自動(dòng)化的核心是控制與系統(tǒng)，控制工程實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的手段。自動(dòng)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、制造等）過程中采用自動(dòng)控制代替人工控制。1947年美國(guó)福特公司正式使用自動(dòng)化一詞，其含義是指加工采用連續(xù)方式，生產(chǎn)過程流水式的自動(dòng)進(jìn)行。從20世紀(jì)70年代開始，我國(guó)通過陸續(xù)引進(jìn)國(guó)外成套自動(dòng)化生產(chǎn)線，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)逐步從局

10、部自動(dòng)化，發(fā)展成今天的全方位、全流程的綜合自動(dòng)化。我國(guó)的自動(dòng)化學(xué)術(shù)組織：中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)，1961年成立，第一屆理事長(zhǎng)錢學(xué)森院士。1.2.1 人工控制與自動(dòng)控制 人工控制人工控制：人工控制是人工操作實(shí)現(xiàn)：測(cè)量、求誤差、控制、再測(cè)量、再求誤差、再控制的循環(huán)過程。1.2 自動(dòng)控制的基本原理1)操作員將期望的液位值(即水 位高度)記在大腦中；2)操作員用眼讀取實(shí)際液位值；3)操作員將液位期望值與實(shí)際值比較得出偏差值；4)操作員根據(jù)偏差的大小和性質(zhì)（正負(fù)性），決定如何通過用手打開或關(guān)閉閥門的方式來調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水量大小，達(dá)到維持液位恒定的控制目標(biāo)。 自動(dòng)控制：沒有人直接參與，利用自動(dòng)控制裝置，使工作機(jī)械

11、或生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行或使某些物理量按預(yù)定要求變化。1.2 自動(dòng)控制的基本原理連桿的長(zhǎng)度 人的大腦 記下期望液位浮子 人的眼睛 實(shí)際液位 浮子和連桿 人的大腦 計(jì)算偏差 杠桿機(jī)構(gòu)的另一端 人的大腦和手 判斷偏差大小和性質(zhì)，帶動(dòng)水閥動(dòng)作，調(diào)節(jié)水量大小自動(dòng)控制人工控制自動(dòng)控制與人工控制的工作原理十分相似1.2 自動(dòng)控制的基本原理 自動(dòng)控制裝置與人的器官對(duì)應(yīng)的、能完成相應(yīng)功能的元件有： 給定元件：能根據(jù)液位期望值來調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度的環(huán)節(jié)代替人的大腦記下液位期望值； 測(cè)量元件：浮子作為傳感器代替人的眼睛測(cè)取實(shí)際液位值； 比較元件：浮子和連桿組合代替人的大腦計(jì)算出液位偏差值； 校正元件：杠桿機(jī)構(gòu)代

12、替人的大腦對(duì)偏差的大小和性質(zhì)作出判斷（作為決策機(jī)構(gòu)作出如何校正的決定）； 執(zhí)行元件：帶動(dòng)進(jìn)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。 由此可見，組成自動(dòng)控制裝置的元件一般應(yīng)包括：給定元件，測(cè)量元件，比較元件，校正元件和執(zhí)行元件，而上述液位自動(dòng)控制系統(tǒng)就是由這些元件和被控對(duì)象（水池）組成的有機(jī)整體。 1.2 自動(dòng)控制的基本原理 假設(shè)水池液位處于期望值。以用戶用水量突然增加為例，圖1-2所示的簡(jiǎn)單液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程如下： 當(dāng)用戶用水量突然增加，出水量增加到一個(gè)新值，此時(shí)水池液位下降導(dǎo)致浮子下降，浮子、連桿與杠桿機(jī)構(gòu)測(cè)出液位期望值與實(shí)際值之間的偏差值，然后由杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)水閥打開閥門

13、增大進(jìn)水量。 由于新的出水量增加了，為了使進(jìn)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，只有通過使實(shí)際液位值低于期望值形成的落差才能使杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)水閥維持閥門在新的開度，以便增加進(jìn)水量達(dá)到進(jìn)水與出水的新平衡?？上`差的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理如下：（1）用電位器和杠桿機(jī)構(gòu)記下液位期望值的電位器給定值（電位器中點(diǎn)）；（2）浮子作為傳感器測(cè)量實(shí)際液位；（3）電位器和杠桿機(jī)構(gòu)計(jì)算出電位器上對(duì)應(yīng)于期望值的給定值與對(duì)應(yīng)于實(shí)際值的測(cè)量值之間的偏差值（電壓值）；（4）放大器與電動(dòng)機(jī)組成的校正環(huán)節(jié)對(duì)偏差的大小和性質(zhì)進(jìn)行判斷，并據(jù)此決定電動(dòng)機(jī)如何轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥門（打開或關(guān)閉閥門）去調(diào)節(jié)水量的大小。（

14、5）只要電位器和杠桿機(jī)構(gòu)比較所得的偏差不為零，則放大器與電動(dòng)機(jī)組成的校正環(huán)節(jié)連續(xù)不斷地產(chǎn)生控制作用，即進(jìn)一步打開或關(guān)閉閥門，甚至使閥門達(dá)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(dòng)控制的基本原理1.2 自動(dòng)控制的基本原理1.2.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入與輸出之間只有前向的信號(hào)傳遞，而沒有反向的信號(hào)回傳。缺點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度和抑制干擾能力較差。Mc恒定：ur, ua, n ur, ua, nur 恒定：Mc, n Mc, n1.2 自動(dòng)控制的基本原理反饋：系統(tǒng)從輸出到輸入的反向信息傳遞，這種反向信息傳遞稱為反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)：具有反饋的

15、系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞形成了閉合環(huán)路，稱為閉環(huán)系統(tǒng)。Mc恒定：ur, ue u1 ua, n, uf, ue, u1 ua, nur 恒定：Mc, n uf, ue, u1 ua, n開環(huán)：?jiǎn)蜗蚩刂?，輸入和輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸入與輸出間沒有反饋回路。但受外界干擾小時(shí)，仍被大量使用。閉環(huán)：將輸出量返回到輸入端，形成偏差，基于偏差產(chǎn)生控制以減少或消除偏差。相對(duì)來看，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加、存在穩(wěn)定性問題，但具有開環(huán)控制無法替代的自動(dòng)糾偏功能和較高控制精度。1.2 自動(dòng)控制的基本原理1.2 自動(dòng)控制的基本原理1.2.3 對(duì)反饋控制系統(tǒng)的基本要求 1穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受擾動(dòng)后重新恢復(fù)平衡的能力。不

16、穩(wěn)定的系統(tǒng)一旦失去平衡就無法重新恢復(fù)，由于實(shí)際應(yīng)用中擾動(dòng)是不可避免的，因此不穩(wěn)定的系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。 穩(wěn)定衰減過程臨界穩(wěn)定（也稱為臨界不穩(wěn)定）振蕩過程不穩(wěn)定發(fā)散過程1.2 自動(dòng)控制的基本原理2快速性 快速性主要是用時(shí)間衡量一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)對(duì)平衡狀態(tài)的恢復(fù)或跟隨的速度。影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的因素：擾動(dòng)使系統(tǒng)偏離平衡，因控制任務(wù)的需要而改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。過渡過程越短，說明系統(tǒng)恢復(fù)平衡或跟隨新的平衡狀態(tài)的能力越強(qiáng)，快速性就越好。 3準(zhǔn)確性 過渡過程結(jié)束后系統(tǒng)就進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)輸出量的期望值與實(shí)際值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。 穩(wěn)態(tài)誤差越小，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。 無差系統(tǒng)、有差系統(tǒng)。1.2 自動(dòng)控制的基本原理

17、 上述穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性三個(gè)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(zhǎng)；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 1.3.1 按構(gòu)成系統(tǒng)的基本元件劃分 測(cè)量元件：測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，量綱轉(zhuǎn)換。如：熱電偶、各種傳感器，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。比較元件：形成參考輸入信號(hào)與測(cè)量反饋信號(hào)的偏差。如：反向放大器、中位器連接電路等。放大元件：對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性放大或提供功率放大。多級(jí)放大。如：電壓放大器等。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成 校正元件：基于偏差信號(hào)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能如：由放

18、大器、電阻、電容組成的具有預(yù)定傳遞函數(shù)的電路。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，以便使被控對(duì)象的輸出按期望值變化。如：直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、氣缸、液壓缸等。被控對(duì)象：也稱受控對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。需進(jìn)行控制的設(shè)備或裝置的工作過程如：電動(dòng)機(jī)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1.3.2 按系統(tǒng)內(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)劃分 傳感器：功能是感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的信號(hào)。當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則稱其為變送器?？刂破鳎寒a(chǎn)生供執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的控制信號(hào)；執(zhí)行機(jī)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；被控對(duì)象：描述系統(tǒng)從控制變量到

19、被控變量之間的被控過程。廣義被控對(duì)象：執(zhí)行機(jī)構(gòu)+被控對(duì)象控制變量：可以是任何描述被控過程控制輸入的物理量廣義被控對(duì)象的控制變量：控制信號(hào)常是電信號(hào)，電壓或電流1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成1.3.3 若干常用術(shù)語控制系統(tǒng)由被控對(duì)象和控制器等內(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)按一定的結(jié)構(gòu)方式聯(lián)接，為完成某種控制任務(wù)而組成的一個(gè)有機(jī)整體 輸入信號(hào)：系統(tǒng)外部輸入的信號(hào)，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），它是控制系統(tǒng)被控變量的反饋信號(hào)需保持或跟隨的指令輸入。輸出信號(hào)：系統(tǒng)向外部輸出的信號(hào)，也稱輸出量，在單輸出系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號(hào)就是被控對(duì)象的被控變量。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成擾動(dòng)信號(hào)

20、：擾動(dòng)可以是小的波動(dòng)，也可以是大的波動(dòng)，擾動(dòng)信號(hào)也稱為干擾信號(hào)。擾動(dòng)在系統(tǒng)的方塊圖中屬于外部輸入。反饋信號(hào)：指對(duì)被控變量測(cè)量取出的、經(jīng)過必要的量綱轉(zhuǎn)換后反向回送到輸入端的信號(hào)。 偏差信號(hào)：指參考輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差。 誤差信號(hào)：指系統(tǒng)輸出量的期望值與實(shí)際值之差。由于偏差信號(hào)與誤差信號(hào)之間存在確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，故兩者經(jīng)過量綱換算是等價(jià)的。本書中誤差信號(hào)采用在輸入端的定義，因此，若不加說明誤差信號(hào)即指偏差信號(hào)。 1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成控制信號(hào)：指控制器或者校正元件的輸出信號(hào)，它是控制器或者校正元件按一定控制規(guī)律產(chǎn)生的控制指令控制變量：簡(jiǎn)稱控制量，指被控對(duì)象（被控過程）的控制輸入變量。 被控變量：

21、簡(jiǎn)稱被控量，指被控對(duì)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。 控制通道：控制變量通過被控對(duì)象（被控過程）到控制系統(tǒng)輸出的通道。干擾通道：干擾信號(hào)通過被控對(duì)象到系統(tǒng)輸出的通道。 1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成分析：把研究對(duì)象分成較簡(jiǎn)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?？刂葡到y(tǒng)的分析是一種動(dòng)態(tài)分析，即視研究對(duì)象為演化的系統(tǒng)。一般是先建立描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)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(xué)工具作為主要手段對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析。 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)于研究對(duì)象各個(gè)部分的認(rèn)識(shí)聯(lián)結(jié)起來，形

22、成對(duì)研究對(duì)象的統(tǒng)一整體認(rèn)識(shí)。 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(biāo)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(dāng)被控對(duì)象，執(zhí)行機(jī)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(xué)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(gè)控制系統(tǒng)的定量性能指標(biāo)。1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成校正：在形成基本的控制系統(tǒng)或者確定了廣義控制對(duì)象和相應(yīng)的傳感器數(shù)學(xué)模型之后，基于經(jīng)典控制理論所進(jìn)行的校正裝置設(shè)計(jì)工作。校正的另一個(gè)含義類似控制一詞，如：校正器。 設(shè)計(jì)：指控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而非工程設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)就是針對(duì)一個(gè)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

23、系列反復(fù)的選擇、評(píng)判和優(yōu)化，完成構(gòu)造一個(gè)控制系統(tǒng)的逐步試探過程。 1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.4.1 按參考輸入信號(hào)特征分類 1恒值控制系統(tǒng) 參考輸入信號(hào)為恒定值，控制系統(tǒng)的任務(wù)就是保持某個(gè)被控量為一個(gè)給定的期望恒值上。如：溫度、水位控制等。 2隨動(dòng)控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)一般習(xí)慣稱為隨動(dòng)系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的參考輸入信號(hào)是預(yù)先未知的隨時(shí)間變化的任意函數(shù)。隨動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)就是使系統(tǒng)的被控量以一定精度跟隨參考輸入信號(hào)的變化。 如：高射炮隨動(dòng)系統(tǒng)。1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類3程序控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)的參考輸入信號(hào)是預(yù)先設(shè)定的函數(shù)曲線。如：熱處理爐溫度的升溫、保溫和降溫過程的控制，生產(chǎn)過程中的化

24、學(xué)反應(yīng)器開停車過程中的升溫、保溫和降溫曲線控制 。溫度上升預(yù)定曲線1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.4.2 按系統(tǒng)環(huán)節(jié)間信號(hào)傳遞形式分類 1連續(xù)系統(tǒng) ：信號(hào)傳遞均為時(shí)間的連續(xù)函數(shù) 2離散系統(tǒng) ：至少一個(gè)信號(hào)傳遞為脈沖序列或數(shù)字編碼形式 3網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)：典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是指控制器到執(zhí)行器以及傳感器到控制器之間的信號(hào)傳遞是通過數(shù)據(jù)包計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。 采樣過程1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.4.3 按描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程分類 1線性系統(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)中一般均包含非線性元件 3定常系統(tǒng)：系統(tǒng)中不含參數(shù)隨時(shí)間變化的元件 4時(shí)變系統(tǒng)：系統(tǒng)中含參數(shù)隨時(shí)間變化的元件 1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例三則1.蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理：蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)圓錐齒輪減速帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)飛錘通過鉸鏈帶動(dòng)套筒上、下滑動(dòng)撥動(dòng)杠桿的一端杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度 蒸汽機(jī)：蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在期望值附近 平衡：飛錘旋轉(zhuǎn)，套筒保持某高度，閥門處于一個(gè)平衡位置當(dāng)出現(xiàn)不平衡時(shí)： 負(fù)載, 轉(zhuǎn)速， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) ,飛錘速度 , 套筒位置 ,杠桿右端,蒸汽閥門，轉(zhuǎn)速。 負(fù)載, 轉(zhuǎn)速， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) ,飛錘速度 , 套筒位置 ,杠桿右端,蒸汽閥門 ，轉(zhuǎn)速。1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例三則2.加熱爐溫度控制系統(tǒng) 保持爐溫T恒定：由于擾動(dòng)，當(dāng)爐溫T，uf ,