第一自動控制原理

第一自動控制原理1第1頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容講課實驗其他1、控制系統(tǒng)概述42、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型103、控制系統(tǒng)的時域分析124、根軌跡法85、頻率響應法126、控制系統(tǒng)的校正6實驗8共計528學時安排第2頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月成績評定說明：總成績=平時（作業(yè)、實驗、出勤、課題討論，等）*40%+期末考試（閉卷）*60%輔導安排：地點：技術(shù)中心B區(qū)403室時間：每周二上午9:00---11:00聯(lián)系方式：電話_mail：chengc@第3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月序號內(nèi)容時間地點1典型環(huán)節(jié)性能分析第6周技術(shù)中心A區(qū)702實驗室2線性控制系統(tǒng)的時域響應分析第9周3控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析第10周4Simulink在控制中的應用第17周實驗安排第4頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月參考資料胡壽松自動控制原理(第四版)，科學出版社孫炳達自動控制原理(第二版),機械工業(yè)出版社吳麒自動控制原理，清華大學出版社BenjaminC.Kuo,Automaticcontrolsystems,JohnWiley&Sons,Inc.(美)富蘭克林自動控制原理與設計（英文版·第5版）(FeedbackControlofDynamicSystems)

第5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制原理課程的主要任務本課程的主要內(nèi)容是闡述構(gòu)成、分析和設計自動控制系統(tǒng)的基本理論。對實際系統(tǒng),建立研究問題的數(shù)學模型,進而利用所建立的數(shù)學模型來討論構(gòu)成、分析、綜合自動控制系統(tǒng)的基本理論和方法。作為研究自動控制系統(tǒng)的分析與綜合的方法來說,對單輸入單輸出系統(tǒng)常采用的是時域法,頻域法,根軌跡法以及目前廣泛應用的計算機輔助設計。第6頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月本課程主要內(nèi)容之間的關(guān)系第7頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制系統(tǒng)分析與設計工具第8頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月《自動控制原理》

與其它課程的關(guān)系自動控制原理電機與拖動電子技術(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）復變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論大學物理（力學、熱力學）電力電子技術(shù)各類控制系統(tǒng)課程第9頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章控制系統(tǒng)概述Chapter1IntroductiontoControlSystems第10頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1概述1、自動控制定義

自動控制－－－在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的規(guī)律運行。第11頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月Whyarecontrolsystemsimportant?(1)控制系統(tǒng)無處不在.(2)提高產(chǎn)量，降低成本.(3)提高精度、可靠性.(4)能夠在許多人不到達的場所發(fā)揮作用.第12頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月如：

電爐溫度控制系統(tǒng)2、自動控制系統(tǒng)的組成先看人工控制系統(tǒng)的實例分析：第13頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月人工控制系統(tǒng)的組成：第17頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月液位控制系統(tǒng)示例當系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（液位）與設定值保持一致檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復到設定值變送器檢測液位控制器對偏差進行運算執(zhí)行器改變操縱變量自動控制系統(tǒng)實例：第18頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力控制系統(tǒng)的示例當系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（壓力）與設定值保持一致檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復到設定值變送器檢測壓力控制器對偏差運算執(zhí)行器改變操縱變量第19頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度控制系統(tǒng)示例當系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變量（溫度）與設定值保持一致檢測被控變量，并與設定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運算輸出信號驅(qū)動操縱變量（流量）最終使被控變量回復到設定值變送器檢測溫度控制器對偏差運算執(zhí)行器改變操縱變量第20頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3、自動控制系統(tǒng)的框圖

控制系統(tǒng)由被控對象、檢測變送、控制器和執(zhí)行器等組成第21頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單自動控制系統(tǒng)方框圖簡單自動控制系統(tǒng)是只對一個被控參數(shù)進行控制的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)，是構(gòu)成復雜自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。典型結(jié)構(gòu)框圖如下：第22頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制系統(tǒng)的一些常用術(shù)語

給定元件:

它的作用是給出一個給定值，給定值和被控量（如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等）之間有一定的函數(shù)關(guān)系（如成比例關(guān)系）。改變給定值，就可以改變被控量。在當前的計算機控制中，給定值一般可以由計算機給出，因此沒有專用的給定元件。

測量元件和變送器:它的作用是把被控量檢測出來并反饋到輸入端，反饋量和被控量之間也有一定的函數(shù)關(guān)系。例如，壓力傳感器就是一測量變送元件。

比較元件:它將反饋量和給定值比較，得出差值（偏差）。反饋控制系統(tǒng)就是利用差值進行調(diào)節(jié)的。有的系統(tǒng)配以專用的比較器（如：運算放大器、機械差動元件或電橋等），大部分是以隱藏的方式合并在其他控制裝置中，如計算機控制系統(tǒng)等。第23頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)節(jié)元件:

或稱調(diào)節(jié)器、控制器，它接收偏差信號或者輸入信號，通過一定的運算規(guī)律進行運算后得出相應的控制信號，送到執(zhí)行元件。如常規(guī)控制儀表、可編程控制器、工業(yè)控制計算機等都屬于控制器。例如，壓力調(diào)節(jié)器就是調(diào)節(jié)元件。

執(zhí)行元件:或稱執(zhí)行調(diào)節(jié)機構(gòu)，它的作用是接收調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制命令，移動調(diào)節(jié)機構(gòu)，以改變被控量。例如，變頻器及泵電動機就是執(zhí)行元件。

控制對象：或稱被控對象、調(diào)節(jié)對象，電動機、電動機帶動的機械負載、發(fā)電機、電爐等都是控制對象，相應的被控量是轉(zhuǎn)速、位移、電壓、電流、溫度等。例如，電動機驅(qū)動的水泵就是控制對象。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象中需要控制的那個參數(shù)叫被控參數(shù)（或稱被控量、被調(diào)量），被控參數(shù)要求保持的那個規(guī)定值稱為給定值。凡影響被控參數(shù)偏離給定值的各種因素，統(tǒng)稱為干擾。第24頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月被控對象第25頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月變送器第26頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月計算機第27頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月檢測元件第28頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月控制器第29頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月執(zhí)行器第30頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制系統(tǒng)框圖的幾點說明第31頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月符號元素：（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）第32頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自己也可以試著舉例:日常生活：洗衣機，電冰箱，空調(diào)；電梯，汽車；工業(yè)領(lǐng)域：發(fā)電機，電動機，變電站；自動包裝機；航空航天：飛機，火箭，衛(wèi)星。33第33頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月工程應用中的具體例子

數(shù)控車床按照預定程序自動地切削工件；化學反應爐的溫度或壓力自動地維持恒定；雷達和計算機組成的導彈發(fā)射和制導系統(tǒng)，自動地將導彈引導到敵方目標；無人駕駛飛機按照預定航跡自動升降和飛行；(見圖示)

人造衛(wèi)星準確地進入預定軌道運行并回收等。(見圖示)

生物、醫(yī)學、環(huán)境、經(jīng)濟管理。。。第34頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2自動控制系統(tǒng)的基本形式

自動控制系統(tǒng)的形式是多種多樣的，按照不同的分類方法可以分成不同的類型，而且實際系統(tǒng)往往可能是幾種方式的組合。如：根據(jù)控制原理來分類，可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制與復合控制系統(tǒng)；根據(jù)給定的參考輸入信號的不同來分類，可以分為恒值控制系統(tǒng)與隨動控制系統(tǒng)；根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學性質(zhì)的不同來分類，可以分為線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)；根據(jù)時間信號的不同方式來分類，可以分為連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)；從端口關(guān)系上來分類，可以分為單輸入—單輸出系統(tǒng)與多輸入—多輸出系統(tǒng)等等。第39頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

開環(huán)控制是最簡單的一種控制方式。它的特點是，控制量與輸出量之間僅有前向通路，而沒有反饋通路。由于開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題，因此應用于許多對輸出量（如轉(zhuǎn)速、溫度、電壓）的精確度要求不高的場合。其缺點是：輸出量不能對控制量產(chǎn)生影響，控制精度取決于組成系統(tǒng)的元件的精度，因此對元器件的要求比較高；由于輸出量不能反饋回來影響控制量，所以輸出量受擾動信號的影響比較大，系統(tǒng)抗干擾能力差。根據(jù)上述特點，開環(huán)控制方式僅適用于輸入量已知、控制精度要求不高、擾動作用不大的場合。第40頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

閉環(huán)控制又稱反饋控制，它不僅有一條從輸入端到輸出端的前向通路，還有一條從輸出端到輸入端的反饋通路。輸出量通過檢測元件反饋到輸入端，與輸入量（給定值）比較后得到偏差信號來作為控制器的輸入，利用偏差信號實現(xiàn)對輸出量的控制或者調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)的輸出量能夠自動地跟蹤給定量，減小跟蹤誤差，提高控制精度，抑制擾動信號的影響。除此之外，負反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)還有其他的優(yōu)點：使得系統(tǒng)對前向通路中元件參數(shù)的變化不靈敏，從而系統(tǒng)對于前向通路中元件的精度要求不高，還可以使得整個系統(tǒng)對于某些非線性影響不靈敏等。

第41頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定值的偏差進行工作，偏差值是控制的依據(jù)，最后達到減小或消除偏差的目的反饋信號可能有多個，從而可以構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)（如串級控制系統(tǒng)）。

第42頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月電爐溫度反饋控制系統(tǒng)原理圖第43頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月復合控制系統(tǒng)（前饋-反饋控制系統(tǒng)）

第45頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月中國古代自動化方面的成就：公元前14世紀至前11世紀，中國、埃及和巴比倫出現(xiàn)自動計時漏壺；公元130年，張衡發(fā)明水運渾象，132年研制出自動測量地震的候風地動儀；公元235年，馬鈞研制出用齒輪傳動自動指示方向的指南車，類似按擾動補償?shù)淖钥叵到y(tǒng)；1.3自動控制理論的發(fā)展第46頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月中國古代自動化方面的輝煌成就：公元725年，一行、梁令瓚發(fā)明有自動報時機構(gòu)的水運渾象，其中使用了一個天衡裝置，是一個按被調(diào)量偏差調(diào)節(jié)的自動調(diào)節(jié)器；公元1086-1092年，蘇頌和韓公廉建造具有“天衡”自動調(diào)節(jié)和自動報時機構(gòu)的水運儀象臺；公元1135年，宋代王普記述“蓮華漏”上使用浮子—閥門式機構(gòu)自動調(diào)節(jié)漏壺的水位；公元1637年，明代的《天工開物》一書中記載有程序控制思想的提花織機結(jié)構(gòu)圖。第47頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月飛球調(diào)節(jié)器世界上公認的第一個自動控制系統(tǒng)1788年瓦特發(fā)明飛球調(diào)節(jié)器，進一步推動蒸汽機的應用，促進了工業(yè)的發(fā)展。推動了社會進步是飛球調(diào)節(jié)器公認為第一個自動控制系統(tǒng)的最主要原因！第48頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月沒有理論指導使控制技術(shù)停滯了一個世紀！

飛球調(diào)節(jié)器有時使蒸汽機速度出現(xiàn)大幅度振蕩。其它自動控制系統(tǒng)也有類似現(xiàn)象。由于當時還沒有自控理論，所以不能從理論上解釋這一現(xiàn)象。為了解決這個問題，盲目探索了大約一個世紀之久。第49頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制理論的開端1868年英國麥克斯韋爾的“論調(diào)速器”論文指出（用微分方程描述蒸汽機離心調(diào)速器系統(tǒng)）：不應單獨研究飛球調(diào)節(jié)器，必須從整個系統(tǒng)分析控制的不穩(wěn)定。建立系統(tǒng)微分方程，分析微分方程解的穩(wěn)定性，從而分析實際系統(tǒng)是否會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。這樣，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，變成了判別微分方程的特征根的實部的正、負號問題。麥克斯韋爾的這篇著名論文被公認為自動控制理論的開端。第50頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典控制理論的孕育1875年，英國勞斯提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1892年，俄國李雅普諾夫提出穩(wěn)定性定義和兩個穩(wěn)定判據(jù)（更高層面、更一般系統(tǒng)、更深理論）。1895年，德國赫爾維茲提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)（和勞斯判據(jù)有類似之處）。1932年，美國奈奎斯特提出奈氏穩(wěn)定判據(jù)。二戰(zhàn)中自動火炮、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。第51頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典控制理論的形成●1948年，伊萬思提出根軌跡方法●1948年，維納出版《控制論》，形成完整的經(jīng)典控制理論，標志控制學科的誕生。

維納成為控制論的創(chuàng)始人！●維納《控制論》是關(guān)于怎樣把機械元件和電氣元件組合成穩(wěn)定的并且具有特定性能的系統(tǒng)的科學。這門新科學的一個非常突出的特點就是完全不考慮能量、熱量和效率等因素，可是，在其他各門自然科學中，這些因素是十分重要的?！窨刂普撍懻摰闹饕獑栴}是一個系統(tǒng)的各個不同部分之間的相互作用的定性性質(zhì)，以及整個系統(tǒng)的總體運動狀態(tài)。第52頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月空間技術(shù)促使現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生現(xiàn)代控制理論促進了空間技術(shù)的發(fā)展二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，各國大力發(fā)展空間技術(shù)，經(jīng)典控制理論不能滿足需要，需要研究新的控制理論。現(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)取得巨大成功，促進了空間技術(shù)的發(fā)展。第53頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代控制理論的幾個重要成果

20世紀50年代末，隨著計算機的發(fā)展與航天技術(shù)的革命，逐漸形成了現(xiàn)代控制理論?！?956年，前蘇聯(lián)龐特里亞金提出最大值原理●1957年，美國貝爾曼提出動態(tài)規(guī)劃理論。●1960年，卡爾曼提出了狀態(tài)空間法、能控性與能觀性的概念，被認為是現(xiàn)代控制理論的開端。

與經(jīng)典控制理論相比，狀態(tài)空間法能夠從系統(tǒng)內(nèi)部物理量對系統(tǒng)進行描述，相當于對系統(tǒng)建立了白箱模型，使得控制更加有效。

卡爾曼還提出最優(yōu)濾波理論---卡爾曼濾波器。第54頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

從20世紀60年代至今，現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展，逐漸形成了線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論、動態(tài)系統(tǒng)辨識、自適應控制、大系統(tǒng)理論、魯棒控制、智能控制等學科的分支。

現(xiàn)代控制理論是在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展以來的，它克服了經(jīng)典控制理論應用范圍受限和黑箱理論描述系統(tǒng)等缺點；現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究單輸入---單輸出、多輸入-多輸出、定常或時變、線性或非線性等控制系統(tǒng)的分析與設計。第55頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代控制理論在工業(yè)過程控制方面遭遇滑鐵盧，促使了智能控制技術(shù)的誕生現(xiàn)代控制理論在空間技術(shù)取得巨大成功，但由于工業(yè)過程控制中普遍存在的不確定性和干擾，難以取得預期的效果。模擬人的控制技術(shù)——智能控制，雖然不能實現(xiàn)精確的控制，但對各種復雜系統(tǒng)能夠做到比較滿意的控制。第56頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典控制理論(古典控制理論)以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入---單輸出定常控制系統(tǒng)的分析與設計問題：線性控制系統(tǒng)分析：時域分析、穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差分析、根軌跡分析、頻域分析。非線性控制系統(tǒng)分析：相平面分析、描述函數(shù)分析。（連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)）第57頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入--多輸出時變、非線性、高精度、高效能控制系統(tǒng)的分析與設計問題：（線性系統(tǒng)、自適應控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、最佳估計、容錯控制、系統(tǒng)辨識、集散控制、大系統(tǒng)復雜系統(tǒng)）智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法）第59頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1、經(jīng)典控制理論

研究的主要對象是單輸入、單輸出——單變量系統(tǒng)。如：調(diào)節(jié)電壓改變電機的速度；調(diào)整方向盤改變汽車的運動軌跡等。2、現(xiàn)代控制理論研究的主要對象是多輸入、多輸出——多變量系統(tǒng)。如，汽車看成是一個具有兩個輸入（駕駛盤和加速踏板）和兩個輸出（方向和速度）的控制系統(tǒng)。計算機科學地發(fā)展，極大地促進了控制科學地發(fā)展。第61頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論比較

項目經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論研究對象線性定常系統(tǒng)（單輸入、單輸出）線性、非線性、定常、時變系統(tǒng)（多輸入、多輸出）描述方法傳遞函數(shù)（輸入、輸出描述）向量空間（狀態(tài)空間描述）研究辦法根軌跡法和頻率法狀態(tài)空間法研究目標系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)綜合揭示系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)在一定意義下的最優(yōu)控制與設計第62頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制理論的內(nèi)容自動控制理論經(jīng)典控制理論(19世紀中葉--20世紀50年代)線性非線性根軌跡法頻域法時域法波波夫法李雅普諾夫法描述函數(shù)法相平面法采樣控制Z變換法現(xiàn)代控制理論(60年代以來)狀態(tài)反饋控制最優(yōu)控制智能控制預測控制自適應控制模糊控制大系統(tǒng)多層分散控制第63頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3、大系統(tǒng)控制理論

大系統(tǒng)控制理論是一種過程控制與信息處理相結(jié)合的動態(tài)系統(tǒng)工程理論，研究的對象具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜、功能綜合、目標多樣、因素眾多等特點。它是一個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。如：人體，我們就可以看作為一個大系統(tǒng)，其中有體溫的控制、情感的控制、人體血液中各種成分的控制等等。大系統(tǒng)控制理論目前仍處于發(fā)展階段。

第64頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、智能控制

這是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在控制上的應用。它的指導思想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復雜的控制問題。 學派：結(jié)構(gòu)派和功能派它是一門新興的控制學科，有些問題尚存有爭議，然而由于它實用性強，能運用人們的經(jīng)驗與技巧解決許多以往控制中難以解決的棘手問題（如建模等），因此得到了人們極大的重視，。第65頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4自動控制系統(tǒng)的類型

1.按信號流向劃分（1）開環(huán)控制系統(tǒng)信號流動由輸入端到輸出端單向流動。第66頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)若控制系統(tǒng)中信號除從輸入端到輸出端外,還有輸出到輸入的反饋信號,則構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),也稱反饋控制系統(tǒng),如圖所示。第67頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按系統(tǒng)輸入信號劃分（1）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)(自動調(diào)節(jié)系統(tǒng))這種系統(tǒng)的特征是輸入量為一恒值,通常稱為系統(tǒng)的給定值?？刂葡到y(tǒng)的任務是盡量排除各種干擾因素的影響,使輸出量維持在給定值(期望值)。如工業(yè)過程中恒溫、恒壓、恒速等控制系統(tǒng)。（2）隨動系統(tǒng)(跟蹤系統(tǒng))該系統(tǒng)的控制輸入量是一個事先無法確定的任意變化的量,要求系統(tǒng)的輸出量能迅速平穩(wěn)地復現(xiàn)或跟蹤輸入信號的變化。如雷達天線的自動跟蹤系統(tǒng)和高炮自動描準系統(tǒng)就是典型的隨動系統(tǒng)。第68頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）程序控制系統(tǒng)系統(tǒng)的控制輸入信號不是常值,而是事先確定的運動規(guī)律,編成程序裝在輸入裝置中,即控制輸入信號是事先確定的程序信號,控制的目的是使被控對象的被控量按照要求的程序動作。如數(shù)控車床就屬此類系統(tǒng)。第69頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月3.線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)組成系統(tǒng)元器件的特性均為線性的,可用一個或一組線性微分方程來描述系統(tǒng)輸入和輸出之間關(guān)系。線性系統(tǒng)的主要特征是具有齊次性和疊加性。(1)線性系統(tǒng)(2)非線性系統(tǒng)在系統(tǒng)中只要有一個元器件的特性不能用線性微分方程描述其輸入和輸出關(guān)系,則稱為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)還沒有一種完整、成熟、統(tǒng)一的分析法。通常對于非線性程度不很嚴重,或做近似分析時,均可用線性系統(tǒng)理論和方法來處理。第70頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月4.定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)

(1)定常系統(tǒng)如果描述系統(tǒng)特性的微分方程中各項系數(shù)都是與時間無關(guān)的常數(shù),則稱為定常系統(tǒng)。該類系統(tǒng)只要輸入信號的形式不變,在不同時間輸入下的輸出響應形式是相同的。(2)時變系統(tǒng)如果描述系統(tǒng)特性的微分方程中只要有一項系數(shù)是時間的函數(shù),此系統(tǒng)稱為時變系統(tǒng)。第71頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月5.連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)(1)連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)中所有元件的信號都是隨時間連續(xù)變化的,信號的大小均是可任意取值的模擬量,稱為連續(xù)系統(tǒng)。(2)離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有一處或數(shù)處的信號是脈沖序列或數(shù)碼。若系統(tǒng)中采用了采樣開關(guān),將連續(xù)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的脈沖形式的信號,此類系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。若采用數(shù)字計算機或數(shù)字控制器,其離散信號是以數(shù)碼形式傳遞的,此類系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。第72頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月6.單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)(1)單輸入單輸出系統(tǒng)(單變量系統(tǒng))系統(tǒng)的輸入量和輸出量各為一個,稱為單輸入單輸出系統(tǒng)。(2)多輸入多輸出系統(tǒng)(多變量系統(tǒng))若系統(tǒng)的輸入量和輸出量多于一個,稱為多輸入多輸出系統(tǒng)。對于線性多輸入多輸出系統(tǒng),系統(tǒng)的任何一個輸出等于數(shù)個輸入單獨作用下輸出的疊加。第73頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5自動控制系統(tǒng)性能的基本要求自動控制系統(tǒng)是否能很好地工作,是否能精確地保持被控量按照預定的要求規(guī)律變化這取決于被控對象和控制器及各功能元器件的特性參數(shù)是否設計得當。在理想情況下,控制系統(tǒng)的輸出量和輸入量,在任何時候均相等,系統(tǒng)完全無誤差,且不受干擾的影響。實際系統(tǒng)中,由于各種各樣原因,系統(tǒng)在受到輸入信號(也包括擾動信號)的激勵時,被控量將偏離輸入信號作用前的初始值,經(jīng)歷一段動態(tài)過程(過渡過程)，則系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣,可以從動態(tài)過程中較充分地表現(xiàn)出來。第74頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

過程控制系統(tǒng)在運行中有兩種工作狀態(tài)，一種是穩(wěn)態(tài)，此時系統(tǒng)沒有任何外來干擾，同時設定值保持不變，因而被調(diào)量也不會隨時間變化，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的工況。另一種是動態(tài)，當系統(tǒng)受到外來干擾的影響或者在改變了設定值之后，原來的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，尤其是被調(diào)量也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時間變化，這時就稱系統(tǒng)處于動態(tài)。經(jīng)過一段時間調(diào)整后，如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，被調(diào)量將會重新達到新設定值或其附近，系統(tǒng)又恢復穩(wěn)定平衡工況。這種從一種穩(wěn)態(tài)到達另一種穩(wěn)態(tài)的歷程稱為過渡過程。由于被控對象總