第一章緒論-控制工程基礎(chǔ)課件

主要內(nèi)容第一節(jié)控制論的基本含義第二節(jié)控制的基本方式第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類第五節(jié)

控制系統(tǒng)的性能要求

第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例第七節(jié)MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用第八節(jié)本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法

1主要內(nèi)容第一節(jié)控制論的基本含義1

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。

從工藝過(guò)程中對(duì)壓力溫度、濕度、粘度和流量的控制到機(jī)械制造業(yè)中機(jī)械零件的加工、處理和裝配，自動(dòng)控制技術(shù)都是其重要的組成部分。太空航行、人造衛(wèi)星等高新尖技術(shù)中，更滲透著控制工程的輝煌成果。

自動(dòng)控制理論與實(shí)踐的不斷發(fā)展，為人們提供了設(shè)計(jì)最佳系統(tǒng)的方法，大大提高了生產(chǎn)率，同時(shí)促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步。2在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研第一節(jié)控制論的基本含義

控制（Control）：是指由人或用控制裝置使受控對(duì)象按照一定目的來(lái)動(dòng)作所進(jìn)行的操作。

例：用微型計(jì)算機(jī)控制熱處理爐的爐溫使之保持某個(gè)恒定值或按一定規(guī)律變化，其中，熱處理爐就是受控對(duì)象（ControlledObject）。溫度為被控量(ControlledVariable)。要求被控量保持的數(shù)值或變化規(guī)律，稱為被控量的期望值。而操作或控制的任務(wù)就是使受控對(duì)象的被控量等于或按一定精度符合期望值。一、控制的含義3第一節(jié)控制論的基本含義控制（Control）：是指控制的任務(wù)由人來(lái)完成。人工控制：自動(dòng)控制：指控制的任務(wù)用控制裝置來(lái)完成，而人不經(jīng)常直接參與。自動(dòng)控制系統(tǒng)：一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。煤氣灶上油煎雞蛋時(shí)的油溫控制自行車速度控制汽車駕駛收音機(jī)音量調(diào)節(jié)電飯煲空調(diào)抽水馬桶聲控光控路燈電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制導(dǎo)彈飛行控制控制的分類4指控制的任務(wù)由人來(lái)完成。人工控制：自動(dòng)控制：指控制的任務(wù)用控

任何實(shí)際運(yùn)行的物理系統(tǒng)都是因果系統(tǒng)，輸出(OutputVariable)（或稱響應(yīng)）是輸入（Input-Variable）（或稱激勵(lì)）引起的后果。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入稱為給定量(Reference-Variable)或稱參考輸入量，輸出就是被控量。圖1-1-1系統(tǒng)方框圖輸入量系統(tǒng)輸出量

這種關(guān)系可以用由方框及輸入輸出箭頭表示的方框圖（BlockDiagram）來(lái)描述。5 任何實(shí)際運(yùn)行的物理系統(tǒng)都是因果系統(tǒng)，輸出二、控制論

控制論（Cybernetics）的任務(wù)：對(duì)各類系統(tǒng)中的信息傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行定量分析，然后根據(jù)這些定量關(guān)系預(yù)見(jiàn)整個(gè)系統(tǒng)的行為。

在理論的研究中，廣泛地利用了各種數(shù)學(xué)工具例如：微積分微分方程概率論高等數(shù)學(xué)復(fù)變函數(shù)泛函分析變分法拓?fù)鋵W(xué)6二、控制論控制論（Cybernetics（一）控制理論的基礎(chǔ)觀念

控制理論觀念的重要性，在于它提供了一個(gè)有力的工具來(lái)定量地描述、解決復(fù)雜問(wèn)題的過(guò)程。（二）控制理論的研究對(duì)象

控制論的研究是面向系統(tǒng)的。廣義說(shuō)，控制論是研究信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳遞、控制、預(yù)報(bào)的科學(xué)。簡(jiǎn)而言之，是研究有輸入與輸出的信息系統(tǒng)。（三）控制理論在工程中的應(yīng)用方法理論本身不能直接解決工程技術(shù)中的實(shí)際問(wèn)題，要靠工程領(lǐng)域中相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。7（一）控制理論的基礎(chǔ)觀念控制理論觀念的重要性，在于三、工程控制論

工程控制論研究以工程技術(shù)為對(duì)象的控制論問(wèn)題。具體地講，是研究在這一工程領(lǐng)域中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，也就是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

例如，在機(jī)床數(shù)控技術(shù)中，調(diào)整到一定狀態(tài)的數(shù)控機(jī)床就是系統(tǒng)，數(shù)控指令就是輸入，而數(shù)控機(jī)床有關(guān)的運(yùn)動(dòng)就是輸出。

8三、工程控制論工程控制論研究以工程技術(shù)為對(duì)象的控輸入或輸入中的有關(guān)信息?？刂乒こ讨饕芯坎⒔鉀Q的問(wèn)題：(1)系統(tǒng)分析:(2)系統(tǒng)的最優(yōu)控制：(3)最優(yōu)設(shè)計(jì)：(4)系統(tǒng)辨識(shí)（系統(tǒng)識(shí)別）：

(5)濾波與預(yù)測(cè)：當(dāng)系統(tǒng)已定且輸入已知時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))，并通過(guò)輸出研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問(wèn)題。也已給定，

要確定系統(tǒng)的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求。當(dāng)系統(tǒng)已定，且系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)以使得輸出盡可能符合給定的最佳要求。當(dāng)輸入已知且輸出也給定時(shí)，確定當(dāng)輸入與輸出均已知時(shí)求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)已定，輸出已知時(shí)，識(shí)別9輸入或輸入中的有關(guān)信息?？刂乒こ讨饕芯坎⒔鉀Q的問(wèn)題：(1)四、控制理論的內(nèi)容控制理論經(jīng)典控制理論(19世紀(jì)中葉--20世紀(jì)50年代)現(xiàn)代控制理論(60年代以來(lái))線性非線性根軌跡法頻域法時(shí)域法采樣控制狀態(tài)反饋控制最優(yōu)控制智能控制預(yù)測(cè)控制自適應(yīng)控制模糊控制大系統(tǒng)多層分散控制10四、控制理論的內(nèi)容控制理論經(jīng)典控制理論(19世紀(jì)中葉--20一、反饋根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響不同將其分為正反饋和負(fù)反饋。信息反饋是最基本的自動(dòng)控制原理。第二節(jié)控制的基本方式反饋回去的信號(hào)與原系統(tǒng)的輸入信號(hào)的作用性質(zhì)相反（或相位相180°）反饋回去的信號(hào)與原系統(tǒng)的輸入信號(hào)的作用性質(zhì)或相位相同反饋：把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。11一、反饋根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響不同將其分

人用手取桌子上的書(shū)，就是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。這個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的基本組成及工作原理可以用一個(gè)閉環(huán)的方框圖表示。圖1-2-1人取書(shū)的反饋控制方框圖輸入信號(hào)(書(shū)位置)眼睛大腦手臂、手輸出信號(hào)(手位置)眼睛可見(jiàn)反饋控制就是采用負(fù)反饋并利用偏差進(jìn)行閉環(huán)控制的過(guò)程。

12人用手取桌子上的書(shū)，就是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。這個(gè)負(fù)反饋圖1-2-2二自由度機(jī)械系統(tǒng)圖1-2-3系統(tǒng)方框圖

為了說(shuō)明內(nèi)在反饋的情形，觀察圖1-2-2所示的二自由度機(jī)械系統(tǒng)。x2m1k2k1

m2x1當(dāng)質(zhì)量有一小位移，使質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)的位移，其運(yùn)動(dòng)方程為（1-2-1）（1-2-2）信息量與的傳遞關(guān)系式（1-2-1）和（1-2-2）可以表示如圖1-2-3所示的閉環(huán)系統(tǒng)。傳遞關(guān)系式（1-2-1）x1傳遞關(guān)系式（1-2-2）x213圖1-2-2二自由度機(jī)械系統(tǒng)圖1-2-3系統(tǒng)方框圖

圖1-2-4開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)控制器輸入輸出控制對(duì)象系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中無(wú)反饋回路的系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(OpenLoopControlSystem)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的方框圖如圖1-2-4所示。二、控制的基本方式系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中存在反饋回路的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖1-2-5所示。（一）開(kāi)環(huán)控制：（二）閉環(huán)控制：控制器輸入輸出控制對(duì)象圖1-2-5閉環(huán)控制系統(tǒng)14圖1-2-4開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)控制器輸入輸出控制對(duì)象簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，其方框圖如圖1-2-6所示。圖1-2-6機(jī)床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖輸入裝置指令控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)（輸出）

在此系統(tǒng)中，輸入的變化會(huì)影響工作臺(tái)位置即系統(tǒng)的輸出。但是，系統(tǒng)的輸出并不能反過(guò)來(lái)影響任何一環(huán)節(jié)的輸入，因?yàn)檫@里沒(méi)有任何反饋回路。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：信號(hào)從輸入到輸出無(wú)反饋，單向傳遞。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。控制精度不高，無(wú)法抑制擾動(dòng)。15簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，其方框圖如圖1-2-6所示。圖1-2閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn):

有反饋回路；

結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

控制精度高,自動(dòng)糾偏。（輸出）圖1-2-7機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖檢測(cè)裝置輸入裝置指令（輸入）控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)工作臺(tái)位置（被控對(duì)象）控制部分比較裝置系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中存在反饋回路的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem)。

16閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn):（輸出）圖1-2-7機(jī)床閉環(huán)控制

直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)圖1-2-8直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制的原理結(jié)構(gòu)圖功率放大器＋U電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)電位器＋＋輸入信號(hào)測(cè)量元件(變送器)偏差信號(hào)控制器受控對(duì)象控制的任務(wù)：使受控對(duì)象的被控量等于或按照一定的精度符合希望值。由于有“反饋”作用的存在，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力，可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差。

由于反饋的存在，控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)“振蕩”。17直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)圖1-2-8直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)三、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較

閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，系統(tǒng)中真正起調(diào)節(jié)作用的信號(hào)是偏差信號(hào)。所以閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化不敏感。

從穩(wěn)定性的角度出發(fā)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建立。閉環(huán)系統(tǒng)可能出現(xiàn)超調(diào)誤差，從而導(dǎo)致系統(tǒng)做等幅振蕩或變幅振蕩。18三、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

復(fù)合控制實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)輸入信號(hào)（給定信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)）的順饋通路，對(duì)該輸入信號(hào)實(shí)行加強(qiáng)或補(bǔ)償，以達(dá)到精確的控制效果。常見(jiàn)的方式有以下兩種：（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

這是一種對(duì)控制能力的加強(qiáng)作用，往往提供的是輸入信號(hào)的微分，起到超前控制作用。保證系統(tǒng)輸出與作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)完全無(wú)關(guān)。19復(fù)合控制實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制圖1-2-9給出了附加給定輸入補(bǔ)償復(fù)合控制方框圖。通常，附加的補(bǔ)償裝置可提供一個(gè)順饋控制信號(hào)，與原輸入信號(hào)一起對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，以提高系統(tǒng)的跟蹤能力。比較器輸入圖1-2-9附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制補(bǔ)償裝置被控對(duì)象輸出控制器20（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制圖1-2-9給出（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

圖1-2-10給出了附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方框圖。附加的補(bǔ)償裝置所提供的控制作用，主要起到對(duì)擾動(dòng)影響“防患未然”的效果。圖1-2-10附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制補(bǔ)償裝置輸入比較器控制器被控對(duì)象輸出擾動(dòng)21（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制 圖1-2-10第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成圖1-3-1反饋控制系統(tǒng)基本組成測(cè)量元件給定元件輸入量串聯(lián)校正元件執(zhí)行元件+－+－放大變換元件被控對(duì)象輸出量并聯(lián)正元件主反饋局部反饋擾動(dòng)量r(t)e(t)b(t)n(t)c(t)22第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成圖1-3-1反饋控制系統(tǒng)基本將組成系統(tǒng)的職能元件按職能分類主要有以下幾種：給定元件(ReferenceElement)：測(cè)量元件(MeasurementElement):比較元件(ComparisonElement)：放大元件(AmplificationElement)：執(zhí)行元件(ActuatorElement)：校正元件(CorrectionElement)：用于給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，出現(xiàn)在反饋回路中。用于把測(cè)量元件檢測(cè)到的用于將比較元件給出的用于直接驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，其參數(shù)可靈活調(diào)整，以改善以確定被控對(duì)象的目標(biāo)值。用于檢測(cè)被控量，通常實(shí)際輸出值經(jīng)過(guò)變換與給定元件給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。偏差信號(hào)進(jìn)行放大，以足夠的功率來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。使被控量發(fā)生變化。系統(tǒng)的性能。23將組成系統(tǒng)的職能元件按職能分類主要有以下幾種：給定元件(Re

用方框表示各個(gè)元件，用單向箭頭表示各種不同的信號(hào)和流向。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本變量及表示符號(hào)統(tǒng)一表示為如下形式：輸入信號(hào)r(t):反饋信號(hào)b(t)：輸出信號(hào)c(t):誤差信號(hào)(t)：偏差信號(hào)e(t)：擾動(dòng)信號(hào)n(t)：給定量，代表輸出的期望值。被控制量，表征對(duì)象過(guò)程的狀態(tài)和性能。

正反饋使控制作用加強(qiáng)，負(fù)反饋使控制作用減小。

比較元件的輸出，等于輸入信號(hào)與主反饋信號(hào)輸出信號(hào)的期望值與實(shí)際值之差。來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或外部的、干擾和破壞系統(tǒng)具有之差。

預(yù)定性能和預(yù)定輸出的信號(hào)。24用方框表示各個(gè)元件，用單向箭頭表示各種不同的信單回路系統(tǒng)：只包含一個(gè)主反饋通道的系統(tǒng)。

多回路系統(tǒng)：有兩個(gè)或兩個(gè)以上反饋通道的系統(tǒng)。

單位反饋（UnitFeedback）系統(tǒng)：系統(tǒng)的主反饋信號(hào)直接取自系統(tǒng)的輸出端而不經(jīng)過(guò)任何變換。非單位反饋系統(tǒng)：系統(tǒng)的主反饋信號(hào)是由輸出信號(hào)經(jīng)反饋元件變換而得。前向通道（ForwardPath）

：

信號(hào)從輸入端沿箭頭方向到達(dá)輸出端的傳輸通道。

反饋通道（FeedbackPath）:與前向通道信號(hào)傳遞方向相反的通道。從輸出端到輸入端的反饋稱為主反饋(MainFeedback)。

從中間環(huán)節(jié)到輸入端或從輸出端到中間環(huán)節(jié)的反饋稱為局部反饋(LocalFeedback)。25單回路系統(tǒng)：只包含一個(gè)主反饋通道的系統(tǒng)。多回路系統(tǒng)：第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類一、按給定信號(hào)的特征分類二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分三、按系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分五、按微分方程的性質(zhì)分類六、其它分類方法

26第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類一、按給定信號(hào)的特征分類26一、按給定信號(hào)的特征分類

（一）恒值控制系統(tǒng)(或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng))（二）過(guò)程控制系統(tǒng)(或稱程序控制系統(tǒng))特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。主要研究各種干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響以及如何克服這些干擾，使被控量保持恒定的希望值，基本控制過(guò)程是抗擾過(guò)程(自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程)，所以也稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

特點(diǎn)：輸入信號(hào)是已知的時(shí)間函數(shù)，系統(tǒng)的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。（三）隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知的時(shí)間函數(shù)，給定量的變化規(guī)律是事先不知道的或不需要知道的。27一、按給定信號(hào)的特征分類（一）恒值控制系統(tǒng)(或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分（一)線性系統(tǒng)

由線性元件構(gòu)成的系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)。其運(yùn)動(dòng)方程為線性微分方程。若各項(xiàng)系數(shù)為常數(shù)，則稱為線性定常系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是具有疊加性和齊次性，即當(dāng)系統(tǒng)的輸入分別為r1(t)和r2(t)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出分別為c1(t)和c2(t)，則當(dāng)輸入為r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)時(shí)，輸出量為c(t)=a1c1(t)+a2c2(t)（a1、a2為常系數(shù)）。經(jīng)典控制理論以連續(xù)線性定常控制系統(tǒng)為研究對(duì)象。(二）非線性系統(tǒng)28二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分（一)線性系統(tǒng)由線（二）非線性系統(tǒng)非線性的理論研究一般只能近似的定性描述和數(shù)值計(jì)算。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，任何物理系統(tǒng)的特性都是非線性的。注意：

在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個(gè)或一個(gè)以上的非線性環(huán)節(jié)時(shí)，該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)不滿足疊加性或齊次性。29（二）非線性系統(tǒng)非線性的理論研究一般只能近似的定性描述和數(shù)值系統(tǒng)的某一處或幾處，信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的控制系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)中用脈沖開(kāi)關(guān)或采樣開(kāi)關(guān)，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散信號(hào)。可分為脈沖控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。三、按系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類（一）連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)各部分的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。如電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制系統(tǒng)。（二）離散系統(tǒng)30系統(tǒng)的某一處或幾處，信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分類（一）單輸入單輸出系統(tǒng)系統(tǒng)只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量，而不考慮系統(tǒng)內(nèi)部的通道與結(jié)構(gòu)。（二）多輸入多輸出系統(tǒng)具有多個(gè)輸入信號(hào)和多個(gè)輸出信號(hào)的系統(tǒng)。31四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分類（一）單輸入單輸出系統(tǒng)五、按微分方程的性質(zhì)分類（一）集中參數(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)中的參量是定常的或是時(shí)間的函數(shù)，系統(tǒng)的各狀態(tài)（輸入量輸出量及中間量）都是時(shí)間的函數(shù)。（二）分布參數(shù)系統(tǒng)

至少有一個(gè)環(huán)節(jié)需用偏微分方程描述其運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的輸出將不再單純是時(shí)間變量的函數(shù)，而且還是系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的函數(shù)。32五、按微分方程的性質(zhì)分類（一）集中參數(shù)系統(tǒng)系六、其它分類方法

（一）按控制系統(tǒng)的功能來(lái)分：溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)（二）按系統(tǒng)元件組成來(lái)分：機(jī)電系統(tǒng)液壓系統(tǒng)生物系統(tǒng)（三）按不同的控制理論分支設(shè)計(jì)的新型控制系統(tǒng)來(lái)分：最優(yōu)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)33六、其它分類方法（一）按控制系統(tǒng)的功能來(lái)分：溫度控制系統(tǒng)速被控量隨時(shí)間變化的曲線稱為控制過(guò)程曲線或響應(yīng)曲線。一般來(lái)說(shuō)，可能有圖1-5-1所示的幾種形式。系統(tǒng)的控制過(guò)程以被控量隨時(shí)間的變化來(lái)表征的。

第五節(jié)控制系統(tǒng)的性能要求

34被控量隨時(shí)間變化的曲線稱為控制過(guò)程曲線或響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)值(b)發(fā)散圖1-5-1控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性

穩(wěn)態(tài)值(a)慣性平穩(wěn)收斂(c)衰減振蕩收斂穩(wěn)態(tài)值(d)臨界(e)發(fā)散35穩(wěn)態(tài)值(b)發(fā)散圖1-5-1控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性不穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1b,d,e）,被控量為發(fā)散或等幅振蕩曲線。被控量處于變化狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，被控量處于平衡的狀態(tài)稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。

對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1a,c）來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)受到各種干擾或者人為改變參考輸入量時(shí)，被控量就會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)控制作用，經(jīng)過(guò)一定的過(guò)渡過(guò)程，被控量又恢復(fù)到給定值或一個(gè)新的穩(wěn)定值。36不穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1b,d,e）,被控量為發(fā)散

在實(shí)際系統(tǒng)中，由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能元件，當(dāng)輸入突然改變時(shí)，相應(yīng)的輸出需經(jīng)過(guò)一個(gè)漸變的過(guò)渡過(guò)程，即具有“慣性”,從控制的任務(wù)看，我們希望響應(yīng)曲線越逼近期望值越好，響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程越短越好，響應(yīng)過(guò)程越平穩(wěn)越好。工程上通常以系統(tǒng)的響應(yīng)曲線情況來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。37在實(shí)際系統(tǒng)中，由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能元件一、穩(wěn)定性(Stability)

二、快速性(Agility)

三、準(zhǔn)確性(Accuracy)

穩(wěn)定性就是指動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，自動(dòng)控制系統(tǒng)的最基本的要求。

指穩(wěn)定系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短。它反映了系統(tǒng)快速?gòu)?fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的能力。

指控制系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，跟蹤給定信號(hào)或糾正擾動(dòng)信號(hào)影響的準(zhǔn)確度。動(dòng)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差都越小越好38一、穩(wěn)定性(Stability)二、快速性(Agility第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是應(yīng)用反饋控制原理控制某一個(gè)受控對(duì)象（例如機(jī)床工作臺(tái)，鍋爐，機(jī)械手臂，火箭體等），或是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程（例如切削過(guò)程，加熱過(guò)程，位置監(jiān)測(cè)過(guò)程等）的控制工程實(shí)例。39第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是圖1-6-1車削過(guò)程圖1-6-1所示的車削過(guò)程，往往會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與切削過(guò)程本身存在內(nèi)部反饋?zhàn)饔糜嘘P(guān)。例1-1

車削過(guò)程分析。40圖1-6-1車削過(guò)程圖1-6-1所示的車削過(guò)

上述的信息傳遞關(guān)系可用圖1-6-2的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)表示。這樣，對(duì)于切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，切削自激振動(dòng)的分析，完全可以應(yīng)用控制理論有關(guān)穩(wěn)定性理論進(jìn)行分析，從而找到控制切削過(guò)程、抑制切削振動(dòng)的有效途徑。圖1-6-2車削過(guò)程控制方框圖x+a切削過(guò)程py機(jī)床-工件系統(tǒng)y-41上述的信息傳遞關(guān)系可用圖1-6-2的閉環(huán)系例1-2

鍋爐液位控制系統(tǒng)。圖1-6-3鍋爐液位控制系統(tǒng)42例1-2鍋爐液位控制系統(tǒng)。圖1-6-3鍋爐液位控制系統(tǒng)4

為了保證鍋爐正常運(yùn)行，需要維持鍋爐液位為正常標(biāo)準(zhǔn)值。鍋爐液位過(guò)低，易燒干鍋而發(fā)生嚴(yán)重事故；鍋爐液位過(guò)高，則易使蒸汽帶水并有溢出危險(xiǎn)。因此，必須通過(guò)調(diào)節(jié)器嚴(yán)格控制鍋爐液位的高低，以保證鍋爐正常安全地運(yùn)行。

圖1-6-4是鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖。圖中，鍋爐為被控對(duì)象，其輸出為被控參數(shù)液位。43為了保證鍋爐正常運(yùn)行，需要維持鍋爐液位為正常標(biāo)被控液位圖1-6-4鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖測(cè)量變送器給定值調(diào)節(jié)閥+－調(diào)節(jié)器鍋爐測(cè)量值偏差值調(diào)節(jié)器輸出水?dāng)_動(dòng)只要實(shí)際液位高度與正常給定液位高度之間出現(xiàn)了偏差，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開(kāi)大或關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到給定值。44被控液位圖1-6-4鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖測(cè)量變送器給定值例1-3

函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀通常由測(cè)量元件、放大元件、伺服電動(dòng)機(jī)－測(cè)速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成，采用負(fù)反饋控制原理工作，其原理如圖1-6-5所示。函數(shù)記錄儀是一種通用的自動(dòng)記錄儀，它可以在直角坐標(biāo)上自動(dòng)描繪兩個(gè)電量的函數(shù)關(guān)系。同時(shí)，記錄儀還帶有走紙機(jī)構(gòu)，用以描繪一個(gè)電量對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。系統(tǒng)的輸入是待記錄電壓，被控對(duì)象是記錄筆，其位移即為被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆位移，在記錄紙上描繪出待記錄的電壓曲線。45例1-3函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀通常由測(cè)量元件圖1-6-5函數(shù)記錄儀原理示意圖46圖1-6-5函數(shù)記錄儀原理示意圖46在圖1-6-5中，測(cè)量元件是由電位器和組成的橋式測(cè)量電路，記錄筆就固定在電位器的滑臂上，因此，測(cè)量電路的輸出電壓與記錄筆位移成正比。當(dāng)有慢變的輸入電壓時(shí)，在放大元件輸入口得到偏差電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)齒輪系及繩輪帶動(dòng)記錄筆移動(dòng)，同時(shí)使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄筆也靜止不動(dòng)。此時(shí)，表明記錄筆位移與輸入電壓相對(duì)應(yīng)。如果輸入電壓隨時(shí)間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出隨時(shí)間連續(xù)變化的相應(yīng)曲線。函數(shù)記錄儀控制方框圖如圖1-6-6所示。47在圖1-6-5中，測(cè)量元件是由電位器和組

圖中測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋與電動(dòng)機(jī)速度成正比的電壓，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。圖1-6-6函數(shù)記錄儀方框圖測(cè)量電路放大器

變換器齒輪系

及繩輪+－伺服

電機(jī)記錄筆位移測(cè)速

發(fā)電機(jī)－48圖中測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋與電動(dòng)機(jī)速度成正比的電壓，用例1-4

工業(yè)機(jī)器人。

圖1-6-7工業(yè)機(jī)器人完成裝配工作49例1-4工業(yè)機(jī)器人。圖1-6-7工業(yè)機(jī)器人完成裝配工作

圖1-6-7所示工業(yè)機(jī)器人要完成將工件放入指定孔中的任務(wù)，其基本的控制方框圖如圖1-6-8所示。指令位置圖1-6-8工業(yè)機(jī)器人控制方框圖軌跡規(guī)劃控制器驅(qū)動(dòng)器機(jī)器人手臂傳感器

控制器的任務(wù)是根據(jù)指令要求，以及傳感器所測(cè)得的手臂實(shí)際位置和速度反饋信號(hào)，考慮手臂的動(dòng)力學(xué)，按一定的規(guī)律產(chǎn)生控制作用，驅(qū)動(dòng)手臂各關(guān)節(jié)，以保證機(jī)器人手臂完成指定的工作并滿足性能指標(biāo)的要求。50圖1-6-7所示工業(yè)機(jī)器人要完成將工件第七節(jié)MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

MATLAB既是一種語(yǔ)言，又是一種編程環(huán)境。MATLAB提供了很多方便用戶的工具，用于管理變量、輸入輸出數(shù)據(jù)以及生成和管理M文件。其強(qiáng)大的功能在控制工程仿真中起到越來(lái)越重要的作用。本書(shū)后續(xù)各章節(jié)中也都使用MATLAB實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的計(jì)算和繪圖等功能。

MATLAB當(dāng)中的控制系統(tǒng)工具箱，提供了若干用于控制工程的函數(shù)。這些函數(shù)大多數(shù)為M文件函數(shù)，可用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析、建模等等。便利的圖形用戶界面(GUI)簡(jiǎn)化了典型的控制工程任務(wù)。51第七節(jié)MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用MATLAB既

控制系統(tǒng)的模型可以是傳遞函數(shù)或者狀態(tài)空間形式，人們可以使用經(jīng)典的或者現(xiàn)代控制技術(shù)，操作連續(xù)的或者離散系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)工具箱提供了這些模型之間的相互轉(zhuǎn)換，可以方便地計(jì)算時(shí)間響應(yīng)、頻率響應(yīng)和根軌跡，并方便繪制圖形。其它一些函數(shù)允許進(jìn)行極點(diǎn)配置、最優(yōu)控制和狀態(tài)估計(jì)等等。

控制系統(tǒng)工具箱是開(kāi)放的，可擴(kuò)展的，可以創(chuàng)建用戶自己的M文件函數(shù)以適應(yīng)某種特定需要。52控制系統(tǒng)的模型可以是傳遞函數(shù)或者狀態(tài)空第八節(jié)本課的程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法

本課程是一門比較抽象的技術(shù)基礎(chǔ)課。它不能僅限于專業(yè)技術(shù)中，研究專業(yè)技術(shù)問(wèn)題，必須概括工程實(shí)踐，緊密結(jié)合專業(yè)實(shí)際。它應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理的基礎(chǔ)理論來(lái)抽象與概括工程領(lǐng)域中有關(guān)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間架設(shè)起一道橋梁。本課程與理論力學(xué)、機(jī)械原理等技術(shù)基礎(chǔ)課程不同，它更抽象、更概括，涉及的范圍更為廣泛。

53第八節(jié)本課的程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法本課程是一門比學(xué)習(xí)本課程前，應(yīng)有足夠的數(shù)學(xué)、力學(xué)和電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要有一些其它學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。應(yīng)該注意，學(xué)習(xí)本課程不必過(guò)分追求數(shù)學(xué)論證上的嚴(yán)密性，但應(yīng)充分注意數(shù)學(xué)結(jié)論的準(zhǔn)確性與物理概念的明晰性。因此適當(dāng)?shù)貜?fù)習(xí)所學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)與力學(xué)知識(shí)是必要的。因?yàn)榭刂乒こ淌且婚T與實(shí)際系統(tǒng)密切結(jié)合的一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，所以學(xué)習(xí)時(shí)，要重視習(xí)題，獨(dú)立完成作業(yè)，重視實(shí)驗(yàn)，重視有關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，這些都有助于對(duì)基本概念的理解與基本方法的運(yùn)用。54學(xué)習(xí)本課程前，應(yīng)有足夠的數(shù)學(xué)、力學(xué)和電學(xué)

學(xué)習(xí)本課程既要抽象思維，又要注意聯(lián)系專業(yè)，結(jié)合實(shí)際，重視實(shí)踐環(huán)節(jié)?？梢哉f(shuō)如果缺乏良好的專業(yè)知識(shí)，控制理論是很難解決重要的專業(yè)問(wèn)題的。

控制理論不僅是一門學(xué)科，而且是一門卓越的方法論。它思考、分析與解決問(wèn)題的思想方法是符合唯物辯證法的，它承認(rèn)所研究的對(duì)象是一個(gè)“系統(tǒng)”，承認(rèn)系統(tǒng)在不斷地“運(yùn)動(dòng)”，而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的根據(jù)是“內(nèi)因”，條件是“外因”。55學(xué)習(xí)本課程既要抽象思維，又要注意聯(lián)系專

正因?yàn)槿绱?，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，既要十分重視抽象思維，了解一般規(guī)律，又得充分注意結(jié)合實(shí)際，聯(lián)系專業(yè)，努力實(shí)踐；既要善于從個(gè)性中概括出共性，又要善于從共性出發(fā)深刻了解個(gè)性。努力學(xué)習(xí)用廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法去抽象與解決實(shí)際問(wèn)題，去開(kāi)拓提出、分析與解決問(wèn)題的思路。56正因?yàn)槿绱?，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，既要十分重視謝謝！57謝謝！57主要內(nèi)容第一節(jié)控制論的基本含義第二節(jié)控制的基本方式第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類第五節(jié)

控制系統(tǒng)的性能要求

第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例第七節(jié)MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用第八節(jié)本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法

58主要內(nèi)容第一節(jié)控制論的基本含義1

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。

從工藝過(guò)程中對(duì)壓力溫度、濕度、粘度和流量的控制到機(jī)械制造業(yè)中機(jī)械零件的加工、處理和裝配，自動(dòng)控制技術(shù)都是其重要的組成部分。太空航行、人造衛(wèi)星等高新尖技術(shù)中，更滲透著控制工程的輝煌成果。

自動(dòng)控制理論與實(shí)踐的不斷發(fā)展，為人們提供了設(shè)計(jì)最佳系統(tǒng)的方法，大大提高了生產(chǎn)率，同時(shí)促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步。59在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研第一節(jié)控制論的基本含義

控制（Control）：是指由人或用控制裝置使受控對(duì)象按照一定目的來(lái)動(dòng)作所進(jìn)行的操作。

例：用微型計(jì)算機(jī)控制熱處理爐的爐溫使之保持某個(gè)恒定值或按一定規(guī)律變化，其中，熱處理爐就是受控對(duì)象（ControlledObject）。溫度為被控量(ControlledVariable)。要求被控量保持的數(shù)值或變化規(guī)律，稱為被控量的期望值。而操作或控制的任務(wù)就是使受控對(duì)象的被控量等于或按一定精度符合期望值。一、控制的含義60第一節(jié)控制論的基本含義控制（Control）：是指控制的任務(wù)由人來(lái)完成。人工控制：自動(dòng)控制：指控制的任務(wù)用控制裝置來(lái)完成，而人不經(jīng)常直接參與。自動(dòng)控制系統(tǒng)：一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。煤氣灶上油煎雞蛋時(shí)的油溫控制自行車速度控制汽車駕駛收音機(jī)音量調(diào)節(jié)電飯煲空調(diào)抽水馬桶聲控光控路燈電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制導(dǎo)彈飛行控制控制的分類61指控制的任務(wù)由人來(lái)完成。人工控制：自動(dòng)控制：指控制的任務(wù)用控

任何實(shí)際運(yùn)行的物理系統(tǒng)都是因果系統(tǒng)，輸出(OutputVariable)（或稱響應(yīng)）是輸入（Input-Variable）（或稱激勵(lì)）引起的后果。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入稱為給定量(Reference-Variable)或稱參考輸入量，輸出就是被控量。圖1-1-1系統(tǒng)方框圖輸入量系統(tǒng)輸出量

這種關(guān)系可以用由方框及輸入輸出箭頭表示的方框圖（BlockDiagram）來(lái)描述。62 任何實(shí)際運(yùn)行的物理系統(tǒng)都是因果系統(tǒng)，輸出二、控制論

控制論（Cybernetics）的任務(wù)：對(duì)各類系統(tǒng)中的信息傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行定量分析，然后根據(jù)這些定量關(guān)系預(yù)見(jiàn)整個(gè)系統(tǒng)的行為。

在理論的研究中，廣泛地利用了各種數(shù)學(xué)工具例如：微積分微分方程概率論高等數(shù)學(xué)復(fù)變函數(shù)泛函分析變分法拓?fù)鋵W(xué)63二、控制論控制論（Cybernetics（一）控制理論的基礎(chǔ)觀念

控制理論觀念的重要性，在于它提供了一個(gè)有力的工具來(lái)定量地描述、解決復(fù)雜問(wèn)題的過(guò)程。（二）控制理論的研究對(duì)象

控制論的研究是面向系統(tǒng)的。廣義說(shuō)，控制論是研究信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳遞、控制、預(yù)報(bào)的科學(xué)。簡(jiǎn)而言之，是研究有輸入與輸出的信息系統(tǒng)。（三）控制理論在工程中的應(yīng)用方法理論本身不能直接解決工程技術(shù)中的實(shí)際問(wèn)題，要靠工程領(lǐng)域中相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。64（一）控制理論的基礎(chǔ)觀念控制理論觀念的重要性，在于三、工程控制論

工程控制論研究以工程技術(shù)為對(duì)象的控制論問(wèn)題。具體地講，是研究在這一工程領(lǐng)域中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，也就是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

例如，在機(jī)床數(shù)控技術(shù)中，調(diào)整到一定狀態(tài)的數(shù)控機(jī)床就是系統(tǒng)，數(shù)控指令就是輸入，而數(shù)控機(jī)床有關(guān)的運(yùn)動(dòng)就是輸出。

65三、工程控制論工程控制論研究以工程技術(shù)為對(duì)象的控輸入或輸入中的有關(guān)信息?？刂乒こ讨饕芯坎⒔鉀Q的問(wèn)題：(1)系統(tǒng)分析:(2)系統(tǒng)的最優(yōu)控制：(3)最優(yōu)設(shè)計(jì)：(4)系統(tǒng)辨識(shí)（系統(tǒng)識(shí)別）：

(5)濾波與預(yù)測(cè)：當(dāng)系統(tǒng)已定且輸入已知時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出(響應(yīng))，并通過(guò)輸出研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問(wèn)題。也已給定，

要確定系統(tǒng)的輸入應(yīng)使輸出盡可能符合給定的最佳要求。當(dāng)系統(tǒng)已定，且系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)以使得輸出盡可能符合給定的最佳要求。當(dāng)輸入已知且輸出也給定時(shí)，確定當(dāng)輸入與輸出均已知時(shí)求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)已定，輸出已知時(shí)，識(shí)別66輸入或輸入中的有關(guān)信息。控制工程主要研究并解決的問(wèn)題：(1)四、控制理論的內(nèi)容控制理論經(jīng)典控制理論(19世紀(jì)中葉--20世紀(jì)50年代)現(xiàn)代控制理論(60年代以來(lái))線性非線性根軌跡法頻域法時(shí)域法采樣控制狀態(tài)反饋控制最優(yōu)控制智能控制預(yù)測(cè)控制自適應(yīng)控制模糊控制大系統(tǒng)多層分散控制67四、控制理論的內(nèi)容控制理論經(jīng)典控制理論(19世紀(jì)中葉--20一、反饋根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響不同將其分為正反饋和負(fù)反饋。信息反饋是最基本的自動(dòng)控制原理。第二節(jié)控制的基本方式反饋回去的信號(hào)與原系統(tǒng)的輸入信號(hào)的作用性質(zhì)相反（或相位相180°）反饋回去的信號(hào)與原系統(tǒng)的輸入信號(hào)的作用性質(zhì)或相位相同反饋：把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號(hào)比較的過(guò)程。68一、反饋根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響不同將其分

人用手取桌子上的書(shū)，就是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。這個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的基本組成及工作原理可以用一個(gè)閉環(huán)的方框圖表示。圖1-2-1人取書(shū)的反饋控制方框圖輸入信號(hào)(書(shū)位置)眼睛大腦手臂、手輸出信號(hào)(手位置)眼睛可見(jiàn)反饋控制就是采用負(fù)反饋并利用偏差進(jìn)行閉環(huán)控制的過(guò)程。

69人用手取桌子上的書(shū)，就是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。這個(gè)負(fù)反饋圖1-2-2二自由度機(jī)械系統(tǒng)圖1-2-3系統(tǒng)方框圖

為了說(shuō)明內(nèi)在反饋的情形，觀察圖1-2-2所示的二自由度機(jī)械系統(tǒng)。x2m1k2k1

m2x1當(dāng)質(zhì)量有一小位移，使質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)的位移，其運(yùn)動(dòng)方程為（1-2-1）（1-2-2）信息量與的傳遞關(guān)系式（1-2-1）和（1-2-2）可以表示如圖1-2-3所示的閉環(huán)系統(tǒng)。傳遞關(guān)系式（1-2-1）x1傳遞關(guān)系式（1-2-2）x270圖1-2-2二自由度機(jī)械系統(tǒng)圖1-2-3系統(tǒng)方框圖

圖1-2-4開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)控制器輸入輸出控制對(duì)象系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中無(wú)反饋回路的系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(OpenLoopControlSystem)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的方框圖如圖1-2-4所示。二、控制的基本方式系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中存在反饋回路的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖1-2-5所示。（一）開(kāi)環(huán)控制：（二）閉環(huán)控制：控制器輸入輸出控制對(duì)象圖1-2-5閉環(huán)控制系統(tǒng)71圖1-2-4開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)控制器輸入輸出控制對(duì)象簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，其方框圖如圖1-2-6所示。圖1-2-6機(jī)床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖輸入裝置指令控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)（輸出）

在此系統(tǒng)中，輸入的變化會(huì)影響工作臺(tái)位置即系統(tǒng)的輸出。但是，系統(tǒng)的輸出并不能反過(guò)來(lái)影響任何一環(huán)節(jié)的輸入，因?yàn)檫@里沒(méi)有任何反饋回路。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：信號(hào)從輸入到輸出無(wú)反饋，單向傳遞。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？刂凭炔桓?，無(wú)法抑制擾動(dòng)。72簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，其方框圖如圖1-2-6所示。圖1-2閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn):

有反饋回路；

結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

控制精度高,自動(dòng)糾偏。（輸出）圖1-2-7機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖檢測(cè)裝置輸入裝置指令（輸入）控制裝置驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)工作臺(tái)位置（被控對(duì)象）控制部分比較裝置系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用，或者說(shuō)系統(tǒng)中存在反饋回路的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem)。

73閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn):（輸出）圖1-2-7機(jī)床閉環(huán)控制

直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)圖1-2-8直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制的原理結(jié)構(gòu)圖功率放大器＋U電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)電位器＋＋輸入信號(hào)測(cè)量元件(變送器)偏差信號(hào)控制器受控對(duì)象控制的任務(wù)：使受控對(duì)象的被控量等于或按照一定的精度符合希望值。由于有“反饋”作用的存在，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力，可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差。

由于反饋的存在，控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)“振蕩”。74直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)圖1-2-8直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)三、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較

閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，系統(tǒng)中真正起調(diào)節(jié)作用的信號(hào)是偏差信號(hào)。所以閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化不敏感。

從穩(wěn)定性的角度出發(fā)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建立。閉環(huán)系統(tǒng)可能出現(xiàn)超調(diào)誤差，從而導(dǎo)致系統(tǒng)做等幅振蕩或變幅振蕩。75三、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

復(fù)合控制實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)輸入信號(hào)（給定信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)）的順饋通路，對(duì)該輸入信號(hào)實(shí)行加強(qiáng)或補(bǔ)償，以達(dá)到精確的控制效果。常見(jiàn)的方式有以下兩種：（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

這是一種對(duì)控制能力的加強(qiáng)作用，往往提供的是輸入信號(hào)的微分，起到超前控制作用。保證系統(tǒng)輸出與作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)完全無(wú)關(guān)。76復(fù)合控制實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制圖1-2-9給出了附加給定輸入補(bǔ)償復(fù)合控制方框圖。通常，附加的補(bǔ)償裝置可提供一個(gè)順饋控制信號(hào)，與原輸入信號(hào)一起對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，以提高系統(tǒng)的跟蹤能力。比較器輸入圖1-2-9附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制補(bǔ)償裝置被控對(duì)象輸出控制器77（一）附加給定輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制圖1-2-9給出（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

圖1-2-10給出了附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方框圖。附加的補(bǔ)償裝置所提供的控制作用，主要起到對(duì)擾動(dòng)影響“防患未然”的效果。圖1-2-10附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制補(bǔ)償裝置輸入比較器控制器被控對(duì)象輸出擾動(dòng)78（二）附加擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制 圖1-2-10第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成圖1-3-1反饋控制系統(tǒng)基本組成測(cè)量元件給定元件輸入量串聯(lián)校正元件執(zhí)行元件+－+－放大變換元件被控對(duì)象輸出量并聯(lián)正元件主反饋局部反饋擾動(dòng)量r(t)e(t)b(t)n(t)c(t)79第三節(jié)反饋控制系統(tǒng)的基本組成圖1-3-1反饋控制系統(tǒng)基本將組成系統(tǒng)的職能元件按職能分類主要有以下幾種：給定元件(ReferenceElement)：測(cè)量元件(MeasurementElement):比較元件(ComparisonElement)：放大元件(AmplificationElement)：執(zhí)行元件(ActuatorElement)：校正元件(CorrectionElement)：用于給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，出現(xiàn)在反饋回路中。用于把測(cè)量元件檢測(cè)到的用于將比較元件給出的用于直接驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，其參數(shù)可靈活調(diào)整，以改善以確定被控對(duì)象的目標(biāo)值。用于檢測(cè)被控量，通常實(shí)際輸出值經(jīng)過(guò)變換與給定元件給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。偏差信號(hào)進(jìn)行放大，以足夠的功率來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。使被控量發(fā)生變化。系統(tǒng)的性能。80將組成系統(tǒng)的職能元件按職能分類主要有以下幾種：給定元件(Re

用方框表示各個(gè)元件，用單向箭頭表示各種不同的信號(hào)和流向。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本變量及表示符號(hào)統(tǒng)一表示為如下形式：輸入信號(hào)r(t):反饋信號(hào)b(t)：輸出信號(hào)c(t):誤差信號(hào)(t)：偏差信號(hào)e(t)：擾動(dòng)信號(hào)n(t)：給定量，代表輸出的期望值。被控制量，表征對(duì)象過(guò)程的狀態(tài)和性能。

正反饋使控制作用加強(qiáng)，負(fù)反饋使控制作用減小。

比較元件的輸出，等于輸入信號(hào)與主反饋信號(hào)輸出信號(hào)的期望值與實(shí)際值之差。來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或外部的、干擾和破壞系統(tǒng)具有之差。

預(yù)定性能和預(yù)定輸出的信號(hào)。81用方框表示各個(gè)元件，用單向箭頭表示各種不同的信單回路系統(tǒng)：只包含一個(gè)主反饋通道的系統(tǒng)。

多回路系統(tǒng)：有兩個(gè)或兩個(gè)以上反饋通道的系統(tǒng)。

單位反饋（UnitFeedback）系統(tǒng)：系統(tǒng)的主反饋信號(hào)直接取自系統(tǒng)的輸出端而不經(jīng)過(guò)任何變換。非單位反饋系統(tǒng)：系統(tǒng)的主反饋信號(hào)是由輸出信號(hào)經(jīng)反饋元件變換而得。前向通道（ForwardPath）

：

信號(hào)從輸入端沿箭頭方向到達(dá)輸出端的傳輸通道。

反饋通道（FeedbackPath）:與前向通道信號(hào)傳遞方向相反的通道。從輸出端到輸入端的反饋稱為主反饋(MainFeedback)。

從中間環(huán)節(jié)到輸入端或從輸出端到中間環(huán)節(jié)的反饋稱為局部反饋(LocalFeedback)。82單回路系統(tǒng)：只包含一個(gè)主反饋通道的系統(tǒng)。多回路系統(tǒng)：第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類一、按給定信號(hào)的特征分類二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分三、按系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分五、按微分方程的性質(zhì)分類六、其它分類方法

83第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類一、按給定信號(hào)的特征分類26一、按給定信號(hào)的特征分類

（一）恒值控制系統(tǒng)(或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng))（二）過(guò)程控制系統(tǒng)(或稱程序控制系統(tǒng))特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。主要研究各種干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響以及如何克服這些干擾，使被控量保持恒定的希望值，基本控制過(guò)程是抗擾過(guò)程(自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程)，所以也稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

特點(diǎn)：輸入信號(hào)是已知的時(shí)間函數(shù)，系統(tǒng)的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。（三）隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知的時(shí)間函數(shù)，給定量的變化規(guī)律是事先不知道的或不需要知道的。84一、按給定信號(hào)的特征分類（一）恒值控制系統(tǒng)(或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分（一)線性系統(tǒng)

由線性元件構(gòu)成的系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)。其運(yùn)動(dòng)方程為線性微分方程。若各項(xiàng)系數(shù)為常數(shù)，則稱為線性定常系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是具有疊加性和齊次性，即當(dāng)系統(tǒng)的輸入分別為r1(t)和r2(t)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出分別為c1(t)和c2(t)，則當(dāng)輸入為r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)時(shí)，輸出量為c(t)=a1c1(t)+a2c2(t)（a1、a2為常系數(shù)）。經(jīng)典控制理論以連續(xù)線性定?？刂葡到y(tǒng)為研究對(duì)象。(二）非線性系統(tǒng)85二、按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分（一)線性系統(tǒng)由線（二）非線性系統(tǒng)非線性的理論研究一般只能近似的定性描述和數(shù)值計(jì)算。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，任何物理系統(tǒng)的特性都是非線性的。注意：

在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個(gè)或一個(gè)以上的非線性環(huán)節(jié)時(shí)，該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)不滿足疊加性或齊次性。86（二）非線性系統(tǒng)非線性的理論研究一般只能近似的定性描述和數(shù)值系統(tǒng)的某一處或幾處，信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的控制系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)中用脈沖開(kāi)關(guān)或采樣開(kāi)關(guān)，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散信號(hào)?？煞譃槊}沖控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。三、按系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類（一）連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)各部分的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。如電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制系統(tǒng)。（二）離散系統(tǒng)87系統(tǒng)的某一處或幾處，信號(hào)以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分類（一）單輸入單輸出系統(tǒng)系統(tǒng)只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量，而不考慮系統(tǒng)內(nèi)部的通道與結(jié)構(gòu)。（二）多輸入多輸出系統(tǒng)具有多個(gè)輸入信號(hào)和多個(gè)輸出信號(hào)的系統(tǒng)。88四、按系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量來(lái)分類（一）單輸入單輸出系統(tǒng)五、按微分方程的性質(zhì)分類（一）集中參數(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)中的參量是定常的或是時(shí)間的函數(shù)，系統(tǒng)的各狀態(tài)（輸入量輸出量及中間量）都是時(shí)間的函數(shù)。（二）分布參數(shù)系統(tǒng)

至少有一個(gè)環(huán)節(jié)需用偏微分方程描述其運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的輸出將不再單純是時(shí)間變量的函數(shù)，而且還是系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的函數(shù)。89五、按微分方程的性質(zhì)分類（一）集中參數(shù)系統(tǒng)系六、其它分類方法

（一）按控制系統(tǒng)的功能來(lái)分：溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)（二）按系統(tǒng)元件組成來(lái)分：機(jī)電系統(tǒng)液壓系統(tǒng)生物系統(tǒng)（三）按不同的控制理論分支設(shè)計(jì)的新型控制系統(tǒng)來(lái)分：最優(yōu)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)90六、其它分類方法（一）按控制系統(tǒng)的功能來(lái)分：溫度控制系統(tǒng)速被控量隨時(shí)間變化的曲線稱為控制過(guò)程曲線或響應(yīng)曲線。一般來(lái)說(shuō)，可能有圖1-5-1所示的幾種形式。系統(tǒng)的控制過(guò)程以被控量隨時(shí)間的變化來(lái)表征的。

第五節(jié)控制系統(tǒng)的性能要求

91被控量隨時(shí)間變化的曲線稱為控制過(guò)程曲線或響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)值(b)發(fā)散圖1-5-1控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性

穩(wěn)態(tài)值(a)慣性平穩(wěn)收斂(c)衰減振蕩收斂穩(wěn)態(tài)值(d)臨界(e)發(fā)散92穩(wěn)態(tài)值(b)發(fā)散圖1-5-1控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性不穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1b,d,e）,被控量為發(fā)散或等幅振蕩曲線。被控量處于變化狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，被控量處于平衡的狀態(tài)稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。

對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1a,c）來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)受到各種干擾或者人為改變參考輸入量時(shí)，被控量就會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)控制作用，經(jīng)過(guò)一定的過(guò)渡過(guò)程，被控量又恢復(fù)到給定值或一個(gè)新的穩(wěn)定值。93不穩(wěn)定系統(tǒng)（如圖1-5-1b,d,e）,被控量為發(fā)散

在實(shí)際系統(tǒng)中，由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能元件，當(dāng)輸入突然改變時(shí)，相應(yīng)的輸出需經(jīng)過(guò)一個(gè)漸變的過(guò)渡過(guò)程，即具有“慣性”,從控制的任務(wù)看，我們希望響應(yīng)曲線越逼近期望值越好，響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程越短越好，響應(yīng)過(guò)程越平穩(wěn)越好。工程上通常以系統(tǒng)的響應(yīng)曲線情況來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。94在實(shí)際系統(tǒng)中，由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能元件一、穩(wěn)定性(Stability)

二、快速性(Agility)

三、準(zhǔn)確性(Accuracy)

穩(wěn)定性就是指動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，自動(dòng)控制系統(tǒng)的最基本的要求。

指穩(wěn)定系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短。它反映了系統(tǒng)快速?gòu)?fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的能力。

指控制系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，跟蹤給定信號(hào)或糾正擾動(dòng)信號(hào)影響的準(zhǔn)確度。動(dòng)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差都越小越好95一、穩(wěn)定性(Stability)二、快速性(Agility第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是應(yīng)用反饋控制原理控制某一個(gè)受控對(duì)象（例如機(jī)床工作臺(tái)，鍋爐，機(jī)械手臂，火箭體等），或是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程（例如切削過(guò)程，加熱過(guò)程，位置監(jiān)測(cè)過(guò)程等）的控制工程實(shí)例。96第六節(jié)自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是圖1-6-1車削過(guò)程圖1-6-1所示的車削過(guò)程，往往會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與切削過(guò)程本身存在內(nèi)部反饋?zhàn)饔糜嘘P(guān)。例1-1

車削過(guò)程分析。97圖1-6-1車削過(guò)程圖1-6-1所示的車削過(guò)

上述的信息傳遞關(guān)系可用圖1-6-2的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)表示。這樣，對(duì)于切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，切削自激振動(dòng)的分析，完全可以應(yīng)用控制理論有關(guān)穩(wěn)定性理論進(jìn)行分析，從而找到控制切削過(guò)程、抑制切削振動(dòng)的有效途徑。圖1-6-2車削過(guò)程控制方框圖x+a切削過(guò)程py機(jī)床-工件系統(tǒng)y-98上述的信息傳遞關(guān)系可用圖1-6-2的閉環(huán)系例1-2

鍋爐液位控制系統(tǒng)。圖1-6-3鍋爐液位控制系統(tǒng)99例1-2鍋爐液位控制系統(tǒng)。圖1-6-3鍋爐液位控制系統(tǒng)4

為了保證鍋爐正常運(yùn)行，需要維持鍋爐液位為正常標(biāo)準(zhǔn)值。鍋爐液位過(guò)低，易燒干鍋而發(fā)生嚴(yán)重事故；鍋爐液位過(guò)高，則易使蒸汽帶水并有溢出危險(xiǎn)。因此，必須通過(guò)調(diào)節(jié)器嚴(yán)格控制鍋爐液位的高低，以保證鍋爐正常安全地運(yùn)行。

圖1-6-4是鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖。圖中，鍋爐為被控對(duì)象，其輸出為被控參數(shù)液位。100為了保證鍋爐正常運(yùn)行，需要維持鍋爐液位為正常標(biāo)被控液位圖1-6-4鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖測(cè)量變送器給定值調(diào)節(jié)閥+－調(diào)節(jié)器鍋爐測(cè)量值偏差值調(diào)節(jié)器輸出水?dāng)_動(dòng)只要實(shí)際液位高度與正常給定液位高度之間出現(xiàn)了偏差，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開(kāi)大或關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到給定值。101被控液位圖1-6-4鍋爐液位控制系統(tǒng)方框圖測(cè)量變送器給定值例1-3

函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀通常由測(cè)量元件、放大元件、伺服電動(dòng)機(jī)－測(cè)速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成，采用負(fù)反饋控制原理工作，其原理如圖1-6-5所示。函數(shù)記錄儀是一種通用的自動(dòng)記錄