第1章自動控制原理-緒論

自動控制原理

AutomaticControlTheoryChapter1

Preface

緒論自動控制原理第1章緒論●自動控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求3自動控制的發(fā)展是一個很長的過程自動控制是人類在認識世界和發(fā)明創(chuàng)新的過程中發(fā)展起來的一門重要的科學(xué)技術(shù)。依靠它，人類可以從笨重，重復(fù)性的勞動中解放出來，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。

自動化也即大范圍自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，從而達到現(xiàn)代化。自動控制的發(fā)展歷史4自動控制原理I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）(0)中國，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動計時漏壺(1400B.C.~1100B.C.)。孫武著《孫子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王時，李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實踐(300B.C.)西漢漏壺5自動控制原理(3)中國張衡發(fā)明水運渾象，研制出自動測量地震的候風(fēng)地動儀(132年)(2)亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動裝置(100年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）6自動控制原理(4)中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車(235年)(5)中國北宋蘇頌制造的水運儀象臺(1086年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）7自動控制原理(6)英國J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度(1788年)(7)英國J.C.Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器”(OnGovernors)論文(1868年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）8自動控制原理(8)英國E.J.Routh建立Routh判據(jù)(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)(9)俄國A.M.Lyapunov博士論文“論運動穩(wěn)定性的一般問題”(1892年)(10)英國J.M.Gray設(shè)計出第一艘全自動蒸汽輪船“東方”號(GreatEastern)(1866年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）9自動控制原理(11)由徐壽設(shè)計的中國第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(L20m,25T,10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水(1866)。次年，中國第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古”號在江南造船廠下水。操江號(62mx10m),392匹馬力，600T排水，備炮9門I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）10自動控制原理II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)(1)美國福特(FordMotor)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913)(2)美國N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出PID控制方法(1922)(3)美國MIT的VannevarBush研制成第一臺大型模擬計算機(DifferentialAnalyzer)(1928)V.Bush11自動控制原理(4)美國H.S.Black提出放大器性能的負反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)

(1927)H.S.BlackII.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)12自動控制原理(5)自動控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制。控制論的奠基人N.Wiener給出的定義為：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)13自動控制原理(6)美國E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)14自動控制原理III.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）(1)美國貝爾實驗室的H.Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率響應(yīng)法(2)美國Taylor儀器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法(1942)(3)美國MIT的N.Wiener研究隨機過程的預(yù)測(1942)，提出Wiener濾波理論(1942)，發(fā)表《控制論》(Cybernetics)一書(1948)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。N.B.NicholsN.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory15自動控制原理(4)美國的H.Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(TheoryofServome-chanism)

(1934)，并在MIT建立伺服機構(gòu)實驗室(ServomechanismLaboratory)

(1939)H.HazenIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）16自動控制原理(5)英國A.M.Turine提出圖靈計算機的設(shè)想(1937)(6)在貝爾實驗室Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的C.Shannon提出繼電器邏輯自動化理論(1938)，隨后，發(fā)表專著《通信的數(shù)字理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication)，奠定了信息論的基礎(chǔ)(1948)C.E.ShannonIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）17自動控制原理(7)

MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達控制系統(tǒng)的過程中，創(chuàng)立了NicholsChartDesignMethod，R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwicz(1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(SampledDataSystem)(8)美國W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)，以單輸入線性系統(tǒng)為對象的經(jīng)典控制研究工作完成。(9)多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，包括Ed.S.Smith的AutomaticControlEngineering(1942)，H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945)，L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945)，以及錢學(xué)森的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)(1954)LanJ.ChuIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）18自動控制原理現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達，飛機以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時期的軍備競賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計算機技術(shù)的出現(xiàn)(英國科學(xué)家A.J.G.MacFarlane)。19自動控制原理(2)美國R.Bellman在RANDCoporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的DynamicProgramming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(1957)(3)國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)成立(1957)，中國為發(fā)起國之一，第一屆學(xué)術(shù)會議于莫斯科召開(1960)(1)蘇聯(lián)L.S.Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.Pontryagin現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)20自動控制原理(4)美國MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺數(shù)控機床(1952)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)21自動控制原理(5)世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace

1957.Laika.Sputnik222自動控制原理Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)23自動控制原理(6)美國GeorgeDevol研制出第一臺工業(yè)機器人樣機(1954)，兩年后，被稱為機器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機器人公司，UnimationR.E.Kalman現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)24自動控制原理(7)美籍匈牙利人R.E.Kalman發(fā)表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)(1960)(8)

蘇聯(lián)東方-１號飛船載著加加林進入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時代開始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.

宇宙哥倫布-加加林AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)25自動控制原理(9)

1963年,美國的LoftiZadeh與C.Desoer發(fā)表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(10)美國的E.I.Jury

發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng)”(Sampled-DataControlSystem)，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)(1958)

C.Desoer現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)26自動控制原理(11)蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號探測器，首次在月面軟著陸成功(1966)，三年后(1969)，美國“阿波羅”11號把宇航員N.A.Armstrong送上月球。N.A.Armstrong現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)27自動控制原理(12)瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辯識，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計問題和定階方法(1967)，六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1993年獲得IEEEMedalofHonor。K.J.Astrom(13)

英國H.HRosenbrock

發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham

發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)。W.MWonham現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)28自動控制原理(14)美國的M.E.Merchant提出計算機集成制造的概念(1969)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)29自動控制原理(15)美國ARPA計算機網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971)(16)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(1976)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)30自動控制原理(17)美國R.Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)

(1985)。A.IsidoriR.Brockett現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)31自動控制原理(18)加拿大G.Zames提出H∞

魯棒控制設(shè)計方法(1981年)(19)美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發(fā)射成功(1981年)GorgeZames現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)32自動控制原理(20)美國A.Bryson

和Y.CHo

發(fā)表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao等提出離散事件系統(tǒng)理論(1983)(21)中國批準(zhǔn)863高技術(shù)計劃，包括自動化領(lǐng)域的計算機集成制造系統(tǒng)和智能機器人兩個主題(1986)A.BrysonYuC.HoP.Kokotovic現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)33自動控制原理(22)

IEEEControlSystemsAward獲得者?，F(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)34自動控制原理(23)第一臺火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)(24)旅行者Voyager一號，二號開始走出太陽系，對茫茫太空進行探索現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)35自動控制原理36自動控制的發(fā)展和現(xiàn)狀以維納的《控制論》為標(biāo)志，1948年正式形成。第一時期經(jīng)典控制理論時期20世紀(jì)40年代末到50年代初第二時期現(xiàn)代控制理論時期20世紀(jì)60年代第三時期大系統(tǒng)理論、智能控制理論時期20世紀(jì)70始至今自動控制原理自動控制原理控制系統(tǒng)的發(fā)展自動控制理論是研究自動控制系統(tǒng)組成，進行系統(tǒng)分析設(shè)計的一般性理論，是研究自動控制過程共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科。它是一個方法論。

本課程在重點，經(jīng)典控制理論主要研究單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。37該課程與其它課程的關(guān)系自動控制原理電機與拖動模擬電子技術(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）過程工程基礎(chǔ)電力電子技術(shù)各類控制系統(tǒng)課程38自動控制原理自動控制原理第1章緒論●自動控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求39自動控制原理為消除不確定的干擾的影響，借助于某些儀器設(shè)備等工具（控制裝置）使對象（被控對象）的一個或多個屬性（被控變量）滿足期望的運動變化要求的操作過程稱為控制，用人工操作稱為人工控制，不要人的干預(yù)完全借助儀器設(shè)備來完成的控制稱為自動控制?？刂葡到y(tǒng)的基本概念右圖的被控對象：水池被控變量：水池的水位控制裝置：閥門干擾：閥門前后壓力變化、出水量的變化等40自動控制原理自動控制的定義：是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（控制器），使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對象）的某一工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)：由被控對象(水池)和控制裝置(測量裝置-浮子；運算裝置-連桿杠桿；執(zhí)行裝置-閥門)構(gòu)成的實現(xiàn)控制功能的統(tǒng)一有機整體。控制系統(tǒng)的基本概念41自動控制原理控制系統(tǒng)的基本概念◆

被控對象：控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體◆被控變量：被控制對象上需要實現(xiàn)其期望要的物理量常見的控制系統(tǒng)被控變量如冰箱溫度、電機的轉(zhuǎn)速、飛機姿態(tài)角、船的航跡、電網(wǎng)的電壓、生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度、濕度等。◆控制裝置：代替人對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程施加控制作用的裝置?！艚o定量：決定被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定量表征被控量的期望值或受控對象的期望狀態(tài)?！魯_動量：妨礙給定量對被控量進行正?？刂频乃幸蛩胤Q為擾動量。如果擾動量產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱為內(nèi)擾；擾動量產(chǎn)生在系統(tǒng)外部稱為外擾。給定量和擾動量都是自動控制系統(tǒng)的輸入量。42自動控制系統(tǒng)的工作原理

為什么自動控制是一個系統(tǒng)？各對象間是怎么相互作用制約的？系統(tǒng)：為了達到某一目的，由多個對象相互作用相互制約，組成的具有確定功能的有機整體。浮子的水位信息連桿杠桿的比例運算閥門開度變化進水流量變化水池水位變化控制系統(tǒng)的基本概念43自動控制原理自動控制原理系統(tǒng)中存在信息的傳遞。從被控對象輸出端獲得的信息通過中間環(huán)節(jié)（稱為反饋環(huán)節(jié)）再送回控制器的輸入端的過程，稱為反饋?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域：冰箱、空調(diào)、洗衣機、電梯、汽車、電廠鍋爐、釀酒過程、航空航天等各種機器或生產(chǎn)過程控制以及軍事領(lǐng)域。控制系統(tǒng)的基本概念44方塊圖的基本元素：（1）：元件（2）：信號（物理量）及傳遞方向（3），：比較點（信號疊加）（4）：引出點（分支、信號強度）（5）+/-：符號的意義（正、負反饋）控制系統(tǒng)的基本概念45自動控制原理輸出量

環(huán)節(jié)名稱(或特性)輸入量(a)

(-)e=r-br(+)

(-)b(b)re=r-b

b或(c)c引出點cc控制系統(tǒng)的基本概念方框圖中的幾種表示法：系統(tǒng)的方框圖

46自動控制原理溫度計

加熱電阻絲調(diào)壓器u(a)原理圖~220V輸出量(手柄位置)輸入量

調(diào)壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對象(溫度)擾動量(b)方塊圖控制裝置基本控制方式擾動輸出量輸入量控制裝置受控對象開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

閉環(huán)控制開環(huán)控制爐溫開環(huán)控制控制系統(tǒng)的基本概念47自動控制原理控制任務(wù)

爐溫保持恒定工作原理調(diào)壓器電壓→加熱電阻電流→加熱爐溫

特點：系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。只有從輸入端到輸出端的信號前向通道，不存在由輸出端到輸入端的信號反饋通路。按給定值控制，無抗擾動能力，精度低。環(huán)節(jié)簡單，容易實現(xiàn)，穩(wěn)定性好。

爐溫開環(huán)控制控制系統(tǒng)的基本概念48自動控制原理開環(huán)控制有兩種形式

１按給定值控制２按擾動補償

圖1.3兩種開環(huán)控制形式方框圖

控制系統(tǒng)的基本概念49自動控制原理+-+ugudoMiuin(a)原理圖R

放大

器

負載

給定信號ug被控量

擾動inui(b)方塊圖

電壓

放大

電阻

R

觸發(fā)器

晶闡管可控整流器

電動

機控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系。開環(huán)控制按擾動補償?shù)那梆伩刂?開環(huán))兩種開環(huán)控制50自動控制原理開環(huán)控制的應(yīng)用

目前國民經(jīng)濟各部門都廣泛應(yīng)用開環(huán)控制系統(tǒng)，如自動售貨機、自動洗衣機、產(chǎn)品自動生產(chǎn)流水線及交通指揮的紅綠燈轉(zhuǎn)換等?？刂葡到y(tǒng)的基本概念51自動控制原理閉環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)難以保持被控變量滿足希望的要求，比如無論擾動大小都要使?fàn)t溫保持恒定，就需人工干預(yù)。閉環(huán)控制是在開環(huán)控制基礎(chǔ)上改進演變而來的

控制系統(tǒng)的基本概念52自動控制原理人工閉環(huán)爐溫控制

手動控制電加熱爐

控制系統(tǒng)的基本概念53自動控制原理人工干預(yù)過程１用眼觀察溫度計測量爐溫２大腦中比較實際與給定溫度３相應(yīng)調(diào)整(增加或減小)電壓

手動控制電加熱爐方框圖

54自動控制原理人工閉環(huán)控制作用

人工的關(guān)鍵性作用是使系統(tǒng)的輸出量參與了系統(tǒng)的控制，形成了信號傳遞的閉環(huán)回路。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，就調(diào)整控制量，從而保證了輸出量的恒定。人工控制系統(tǒng)也叫做人工反饋系統(tǒng)，或叫人工閉環(huán)控制系統(tǒng)。這兒如果用自動控制裝置來取代人工操作功能，就變成自動控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的基本概念55自動控制原理前向通道反饋反饋通道負反饋正反饋反饋控制系統(tǒng)控制任務(wù)：電機轉(zhuǎn)速保持恒定閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本概念56自動控制原理電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)工作原理

控制結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的基本概念57自動控制原理閉環(huán)控制系統(tǒng)特點系統(tǒng)的輸出端與輸入端存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響的系統(tǒng)。存在從輸入端到輸出端的信號前向通道和從輸出端到輸入端的信號反饋通路，形成一個閉合的回路。按偏差控制，有抗擾動能力，精度高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性降低，實現(xiàn)較困難?？刂葡到y(tǒng)的基本概念58自動控制原理自動控制原理59閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)，是應(yīng)用最廣泛的控制方式。負反饋——假設(shè)個環(huán)節(jié)輸入輸出正特性（同向變化），把輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為負反饋。閉環(huán)控制通常采用負反饋方式，并利用偏差進行決策控制的過程（利用偏差修正偏差）。由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，信息傳遞構(gòu)成了回路，稱為閉環(huán)。應(yīng)當(dāng)指出，反饋控制系統(tǒng)不限于工程范疇，在各種非工程范疇內(nèi)，諸如社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和生物學(xué)中，也存在著反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本概念如何判斷反饋還是前饋？反饋（有回路，測得的輸出影響輸入）前饋（無回路）信息傳遞存在回路。控制系統(tǒng)的基本概念60自動控制原理自動控制原理第1章緒論●自動控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求61

開環(huán)控制按控制方式閉環(huán)控制（反饋控制）復(fù)合控制控制系統(tǒng)的分類按信號結(jié)構(gòu)特點分類62自動控制原理復(fù)合控制將開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式組合在一起的控制方式

控制系統(tǒng)的分類63自動控制原理

各種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的分類64自動控制原理自動控制原理按給定信號變化特點分類

恒值控制系統(tǒng)

輸入信號是一個恒定的數(shù)值。如：工業(yè)生產(chǎn)中的恒溫、恒壓等自動控制系統(tǒng)。

隨動系統(tǒng)

輸入信號是一個未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號變化。如：火炮自動跟蹤系統(tǒng)。

程序控制系統(tǒng)

輸入信號是一個已知的函數(shù)但不一定是恒定的。系統(tǒng)的控制過程按預(yù)定的程序進行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。恒值控制系統(tǒng)可看成輸入等于常值的程序控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)的分類65按控制系統(tǒng)元件特性分類：線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)疊加性：當(dāng)有幾個輸入信號同時作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)的總響應(yīng)等于每個輸入信號單獨作用所產(chǎn)生響應(yīng)之和（疊加）?？刂葡到y(tǒng)的分類66自動控制原理續(xù)1均勻性：當(dāng)輸入信號倍乘一常數(shù)時，則響應(yīng)也倍乘同一常數(shù)。即，若r(t)→c(t)，則kr(t)→kc(t)?？刂葡到y(tǒng)的分類67自動控制原理[舉例1]：設(shè)系統(tǒng)的輸入信號為r(t)，輸出信號為c(t)，試判斷c(t)=r(t)+5時，系統(tǒng)是否是線性系統(tǒng)？[解]：控制系統(tǒng)的分類68自動控制原理自動控制原理控制系統(tǒng)的輸入輸出滿足均勻和疊加性，就叫線性控制系統(tǒng)，否則叫非線性系統(tǒng)，但部分非線性系統(tǒng)可線性化，不能線性化的叫本質(zhì)非線性。含有非線性環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)叫非線性控制系統(tǒng)。描述系統(tǒng)模型的線性微分方程的系數(shù)是不隨時間而變化的常數(shù)，則這種線性系統(tǒng)稱為線性定常系統(tǒng)若線性微分方程的系數(shù)是時間的函數(shù)，則這種線性系統(tǒng)稱為線性時變系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分類69非線性(P17)70自動控制原理按控制信號形式分信號連續(xù)信號離散控制系統(tǒng)的分類71自動控制原理按系統(tǒng)內(nèi)部傳輸信號的性質(zhì)分為連續(xù)控制和離散控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)中各部傳輸信號都是時間t的連續(xù)函數(shù)，則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的方框圖

若在控制系統(tǒng)內(nèi)部有一個或一個以上的信號是時間t的離散信號，則稱這類系統(tǒng)為離散控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)是一種常見離散控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的分類72自動控制原理輸入信號數(shù)量：單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)分布特征：集中參數(shù)系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)元件類型：機電系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等系統(tǒng)功用：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等按控制理論方法：最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、預(yù)測控制等按其他參數(shù)分控制系統(tǒng)的分類73自動控制原理自動控制系統(tǒng)分類的補充說明嚴格地講，任何實際系統(tǒng)都是非線性的嚴格地講，任何系統(tǒng)都是時變的嚴格地講，任何系統(tǒng)都是隨機的控制系統(tǒng)的分類74自動控制原理自動控制原理第1章緒論●自動控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)