系統(tǒng)數學模型仿真與控制課件

1訓練目的了解系統(tǒng)數學模型的建立方法；利用模型進行時域分析，初步了解頻域分析；了解系統(tǒng)仿真的意義。

2這些東西有什么共同之處？兒童玩具汽車、槍、積木航模、車模服裝店里的假人模特質點、點電荷理想氣體理想運算放大器房地產模型市區(qū)平面地圖風洞作戰(zhàn)沙盤

3模型（Model）是什么？略去對象不重要的屬性，保留重要的屬性；成為一個新的對象；新對象稱為原對象的模型；可以是有形實體、也可以是一個概念；從真實對象中提煉而得，性質單純；利用模型便于研究對象的性質和特點。

4數學模型數學模型是對于現(xiàn)實世界的一個特定對象，一個特定目的，根據特有的內在規(guī)律，做出一些必要的假設，運用適當的數學工具，得到的一個數學結構；是用數學語言對一部分現(xiàn)實世界的描述；我們研究的對象是工業(yè)系統(tǒng)，略去的屬性是我們認為在某種情形下不重要的。構建系統(tǒng)的數學模型，可以認識系統(tǒng)內部各元件之間的關系，從內部描述系統(tǒng)，可以有針對性地設計和改造系統(tǒng)。2023/7/295工業(yè)系統(tǒng)的數學模型工業(yè)系統(tǒng)的數學模型描述系統(tǒng)在某一方面的規(guī)律，給出了原因集(自變量集、激勵集、輸入集)到結果集(因變量集、響應集、輸出集)之間的一個映射關系；一般地，這種關系可以描述為

Y=f(X)結果集因變量集響應集輸出集原因集自變量集激勵集輸入集映射f(.)是解析式

6工業(yè)系統(tǒng)數學模型的最常用形式工業(yè)系統(tǒng)數學模型的最常用形式是系統(tǒng)的某種本質特征的數學表達式，如曲線、函數、代數方程、微分方程、差分方程、積分方程、數學規(guī)劃模型等等等，常稱為解析模型；工程中，很多機械、電氣或液壓系統(tǒng)的運動規(guī)律都可以基于物理定律用微分方程來描述，求解這些微分方程，就可以了解系統(tǒng)在某種輸入信號作用下的輸出響應。2023/7/297系統(tǒng)模型的用途預計系統(tǒng)響應：給定激勵，可以預知響應結果；系統(tǒng)分析：了解系統(tǒng)內部結構、元件參數對系統(tǒng)特性的影響；系統(tǒng)校正：根據要求調整結構或參數，改善系統(tǒng)特性，如引入局部反饋、加入微分(超前)或積分(滯后)；仿真：為系統(tǒng)仿真提供基礎；控制：為選擇控制策略和設計控制器提供依據。2023/7/298借用方程的類型對系統(tǒng)分類非線性方程、線性方程非線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng)時變、定常方程時變系統(tǒng)、定常系統(tǒng)方程的階數系統(tǒng)的階數若方程不含時間變量，稱為靜態(tài)模型，如地形模型。本課程僅討論一、二階線性定常系統(tǒng)，原因是：1)可以得到精確的解析結果；2)很多實際系統(tǒng)可認為是此類；3)有些重要結果可在高階系統(tǒng)中借用。2023/7/299系統(tǒng)建模—解析模型的建立實驗法：依據系統(tǒng)對某些典型激勵信號的響應或其它數據建立數學模型，Blackbox

系統(tǒng)辨識典型激勵信號如階躍、斜坡、正弦；系統(tǒng)特性測試。分析法、解析法：依據系統(tǒng)本身所遵循的有關定律列寫表達式，Mechanismanalysis,Whitebox本次課內容。2023/7/2910用分析法建立解析模型從系統(tǒng)輸入端到輸出端，循信息流，依據各變量所遵循的力學、電磁學、熱力學、化學、生物學定律、元器件和部件的外部特性，依次列寫出各元器件、部件的方程；聯(lián)立諸方程，消去中間變量，化簡，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關系的微分方程，一般輸入量寫在方程右邊；整理成標準形式（在齊次方程即零激勵情形下整理）。2023/7/2911用分析法建立解析模型必須對系統(tǒng)的內部結構、元器件特性及參數有足夠的了解；影響動態(tài)特性的因素是各種儲能元件：如機械慣量（質量、轉動慣量）；電磁慣量（電容、電感）；熱慣量（熱容）。幾種易于儲存的能量形式：彈性勢能、重力勢能；動能、轉動動能；電場能、磁場能、熱能等等。2023/7/2912物理定律牛頓力學定律（平動、轉動）基爾霍夫定律法拉第電磁感應定律傅立葉傳熱定律牛頓冷卻定律動力學概念的推廣：系統(tǒng)中的量是時間的函數，具有時間變化率，如：化學反應動力學、熱動力學、流體力學。2023/7/2913用分析法建立解析模型常作一些簡化，如：將元器件的特性視為理想（采用理想模型）；線性化：忽略次要的非線性因素，或工作點附近小范圍內近似線性化；降階；忽略小參數，如寄生電容、寄生電感、微漏磁、微升溫、微散熱；若干個小參數合并（系統(tǒng)集結）。2023/7/2914解析模型例：RC系統(tǒng)ddtRCui(t)uo(t)-RCui(t)uo(t)i(t)2023/7/2915典型一階系統(tǒng)模型的標準形式y(tǒng)(t)項系數為1；T稱為時間常數，RC、熱容量和熱阻、容積和流阻等；若x(t)為單位階躍，y(t)為階躍響應。2023/7/2916一階系統(tǒng)的單位階躍響應y(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t01五個特征點2023/7/2917一階系統(tǒng)的單位階躍響應誤差帶2023/7/2918一階系統(tǒng)的單位階躍響應時間常數不同，快速性不同，無快速性與穩(wěn)定性的沖突。2023/7/2919一階系統(tǒng)的單位階躍響應y(t)x(t)=1(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t一階系統(tǒng)的時域性能指標用調整時間ts(輸出量達到并停留在允許誤差帶所需的最小時間)表示±5%調整時間ts=3T2023/7/2920一階系統(tǒng)單位階躍響應及時域指標ts小——快速；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確；無振蕩。時間常數小的系統(tǒng)快速性好2023/7/2921解析模型例：RLC系統(tǒng)2023/7/2922解析模型例：RLC系統(tǒng)基爾霍夫定律其中：如果R、L、C均為實數，上述微分方程為二階線性常系數微分方程。2023/7/2923解析模型例：RLC系統(tǒng)對于若L很小，可簡化為簡化為一階線性常系數微分方程2023/7/2924解析模型例：RLC系統(tǒng)2023/7/2925解析模型例：質量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)M—質量K—彈簧剛度B—粘性阻尼系數y(t)—質量塊的位移輸入量:外力fi(t)輸出量:y(t)質量塊阻尼器彈簧系統(tǒng)靜止平衡時的位置2023/7/2926解析模型例：質量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟1：從系統(tǒng)的輸入端開始，依據各變量所遵循的物理學定律，依次列寫出各元件、部件的微分方程。牛頓第二運動定律彈簧特性阻尼器特性將質量塊默認為質點！2023/7/2927解析模型例：質量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟2：消去中間變量，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關系的微分方程。如果M、K、B均為實數，上述微分方程為二階線性常系數微分方程。2023/7/2928解析模型例：質量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟3：有時將某些小參數或輕微的非線性忽略掉，可以降低方程的階次，簡化分析而保持滿意的精度。對于若M很小，可簡化為簡化為一階線性常系數微分方程2023/7/2929典型二階系統(tǒng)模型的標準形式y(tǒng)(t)——系統(tǒng)的輸出量,x(t)——系統(tǒng)的輸入量,ζ——系統(tǒng)的阻尼系數，也稱為阻尼比,ωn——系統(tǒng)的無阻尼振蕩頻率，也稱為自然振蕩頻率、固有頻率。2023/7/2930二階系統(tǒng)的單位階躍響應ζ<1，exp(-ζnt)是包絡線，sin(.)呈指數衰減由此可得單位階躍響應的表達式,為ζ和n的函數，進而是元器件參數的函數。2023/7/2931二階系統(tǒng)的單位階躍響應阻尼比不同的情形：2023/7/2932二階系統(tǒng)的單位階躍響應決定二階系統(tǒng)性能的參數：阻尼比ζ和無阻尼振蕩頻率ωn：ζ決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性；ωn影響系統(tǒng)的快速性。參數系統(tǒng)狀況階躍響應無阻尼狀況等幅振蕩欠阻尼狀況衰減振蕩臨界阻尼狀況無振蕩過阻尼狀況無振蕩2023/7/2933二階系統(tǒng)的單位階躍響應1:ζ=0；2:ζ=0.3；3:ζ=0.707；4:ζ=1；5:ζ=2。5個ζ值，快速性與穩(wěn)定性有沖突!!!最佳阻尼系統(tǒng):ζ=0.7072023/7/2934二階系統(tǒng)單位階躍響應及時域指標快速性：td－延遲時間tr－上升時間tp－峰值時間穩(wěn)定性：ts－調整時間Mp－超調量矛盾的統(tǒng)一體：快速性與穩(wěn)定性最佳二階系統(tǒng)：ζ＝0.7072023/7/2935二階系統(tǒng)單位階躍響應及時域指標tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確。2023/7/2936描述系統(tǒng)特性的指標快速性是希望被控量迅速達到設定值；穩(wěn)定性是指被控量不發(fā)生大幅度、長時間的振蕩，即使有小幅振蕩也應盡快衰減至零；如果系統(tǒng)被控量與設定值之間的誤差較小，就說系統(tǒng)的準確性較好，或精度高。上述三類特性均可用階躍響應曲線的特征定量地表示，稱為系統(tǒng)的時域指標。tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；y(∞)-1小——穩(wěn)態(tài)誤差ess（也稱靜差、偏差）小，準確性好。2023/7/2937參數集、指標集之間的關系元器件部件參數電阻、電容、電感、熱阻、熱容、放大倍數、傳動比等標準形式方程中的參數時間常數、阻尼比、自然振蕩頻率等系統(tǒng)特性指標上升時間、峰值時間、超調量、調整時間、穩(wěn)態(tài)誤差、絕對誤差積分、功耗積分等系統(tǒng)分析系統(tǒng)設計用解析模型容易進行系統(tǒng)分析、設計2023/7/2938一些復雜的解析模型例子龍門吊系統(tǒng)（吊裝中集裝箱的運動）仿生機器昆蟲（六足行走、跳躍）、機器魚（艏向擺動）、關節(jié)式機器人輪式機器人足球球員6-dof(Stewart)平臺磁懸浮軸承、磁懸掛天平（取代風洞模型支架）多級倒立擺復擺城市擴張流行病傳播生物種群規(guī)模2023/7/2939難以建立解析模型的動態(tài)系統(tǒng)例子不規(guī)則物體下落軌跡、姿態(tài)（樹葉、航天返回艙？）不規(guī)則物體磁懸浮姿態(tài)吊裝中集裝箱的運動石油化工中某些原油煉化過程油田產量生態(tài)系統(tǒng)人體運動，如騎自行車某些材料的成分、微觀結構與宏觀性能的關系系統(tǒng)仿真systemsimulation自然界都是相似的——萊布尼茲2023/7/2941系統(tǒng)仿真例作戰(zhàn)模擬導彈對抗（導彈攔截導彈）空間預警信息處理系統(tǒng)水聲通信系統(tǒng)大型動力機械運行（汽輪機、燃氣輪機、水輪機、風機）艦船推進系統(tǒng)龍門吊系統(tǒng)機器蟲、機器魚大型化工、電力系統(tǒng)運行水庫、運河調度油田產量道路交通流飛機、艦船、坦克駕駛訓練虛擬現(xiàn)實（電子游戲、游樂場地震）利益沖突各方的博弈競拍、洗錢、惡意透支2023/7/2942相似性原理相似概念的推廣：幾何相似、物理相似。兩個對象相似，表現(xiàn)為模型相似。相似性原理的一種表述：具有相似（同）模型的系統(tǒng)有相似的特性。在兩個系統(tǒng)之間可以存在相似元件、相似變量。相似系統(tǒng)：模型相似的系統(tǒng)。代數中，同構、同倫2023/7/2943相似性例力學系統(tǒng)電路系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)液位系統(tǒng)感性儲能元件彈簧電感流體慣量容性儲能元件質量、轉動慣量電容熱容量液容耗能元件摩擦阻尼電阻熱阻液阻2023/7/2944系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是以相似性原理為理論基礎，以各種物理效應設備、器材為依托，利用易實現(xiàn)系統(tǒng)模擬實際系統(tǒng)或設想系統(tǒng)，進行動態(tài)實驗研究。優(yōu)點：具有可控性、無/少破壞性、可重復，因而經濟、安全，受場地環(huán)境等條件限制??；有些系統(tǒng)實驗昂貴、風險高，有些實際系統(tǒng)不允許做實驗，因此仿真成為現(xiàn)在工程技術研究中的重要方法。2023/7/2945仿真的類型物理仿真：基于物理相似性、幾何相似性，使用實際系統(tǒng)尺寸上放大或者縮小的相似體，如沙盤作業(yè)、流域模型、風洞試驗模型、DIDO板等；數學仿真：基于相同的模型基于模擬量的仿真：利用數學模型相同，但成本較低、易于實現(xiàn)的另一種系統(tǒng)來模擬實際對象；數字仿真：用軟件實現(xiàn)數學模型、產生激勵，模擬系統(tǒng)的響應。多用于驗證系統(tǒng)原理、檢驗設計方案的正確性及可行性，如大氣環(huán)流、電網潮流、物流網絡、戰(zhàn)術模擬系統(tǒng)等。2023/7/2946很多工程領域有專用仿真軟件軟件名稱特點電子系統(tǒng)Multisim(EWB)Psipce電子系統(tǒng)的仿真，包括模電、數電、微電子等。機械系統(tǒng)3D建模軟件Pro/E、UG、Solidworks、Solidedge、CATIA等可以進行機械系統(tǒng)的碰撞、聯(lián)動等仿真，有些還可以機械仿真加工過程。虛擬樣機軟件ADAMS機電系統(tǒng)的仿真：從原理上仿真機電系統(tǒng)的運行過程，機械：機構的運行，控制。綜合仿真工具Matlab保護有各種Toolbox，可以仿真各種系統(tǒng)。2023/7/2947一階系統(tǒng)的仿真輸入輸出之間關系RC接采集卡CN2訓練接線圖2023/7/2949訓練內容一階系統(tǒng)時域分析利用一階仿真系統(tǒng)研究一階系統(tǒng)的階躍響應；C=100μF，R1=5KΩ，R2=50KΩ；運行演示程序，輸出10V階躍信號，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數據存儲模式”，將工控機采入的數據生成文件，用適當的文件名保存記錄到的數據。注意事項:1.每次測試前應使電容放電

2.電解電容的正負極正確連接2023/7/2950_+CRf

_+R1RR_+CR_+RR_+RR_+RRR二階系統(tǒng)的物理仿真121：A=-1的反相放大器，ui=-uo2：積分電路，33：A=-1的反相放大器，ui=-uo44：A=-1的反相放大器，ui=-uo55：反相放大器，66：加法器二階系統(tǒng)的物理仿真(續(xù))訓練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變ζ值2023/7/2953訓練內容二階系統(tǒng)時域分析利用有源二階系統(tǒng)電路板仿真系統(tǒng)研究二階系統(tǒng)的階躍響應曲線；在四種不同ζ值的情況下分別測試；運行演示程序，輸出5V階躍信號，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數據存儲模式”，將工控機采入的數據生成文件，用適當的文件名保存記錄到的數據。注意：四種不同ζ值由電路板板卡跳線實現(xiàn)2023/7/2954物理仿真編程實現(xiàn)使用編寫好的程序，在其中加以修改：目錄：E:\第二層次\DRAWINGC.C目錄：E:\第二層次\Control_d.C2023/7/2955訓練內容一階系統(tǒng)時域分析二階系統(tǒng)時域分析要求：利用DRAWINGC.C或者Control_d.C程序可以觀察不同輸入(不同幅值的階躍、正弦、方波等)下一階和二階系統(tǒng)的響應情況，請人為改變控制輸出u，即系統(tǒng)輸入ui，觀察系統(tǒng)輸出情況。注意：采樣周期的選擇。2023/7/2956

DRAWINGC.C程序說明需要調用的子函數：draw_curve(pointsx,pointsy,points_num,max_v,ifdrawdash);double*pointsx,*pointsy,max_v;intpoints_num,ifdrawdash;auto_initgraph();DA(intchannel,intvout);intAD(intchannel);2023/7/2957給系統(tǒng)激勵信號!DRAWINGC.C程序說明main(){inti,t,da_out;doublex[200],y[200];t=0;da_out=(int)(1.0/10.0*4095);

//送階躍電壓1VDA(1,da_out);2023/7/2958DRAWINGC.C程序說明for(i=0;i<200;i++){x[i]=i;

//采集

y[i]=AD(10)/4095.0*20.0-10.0;delay(t);//延時}當輸入是隨時間變化的激勵信號,需要放置在for循環(huán)里,例如提供一個正弦激勵信號,觀察其響應情況.2023/7/2959DRAWINGC.C程序說明

//初始化圖像設備

auto_initgraph();

//畫圖

draw_curve(x,y,200,10.0,1);getch();closegraph();//關閉圖像設備}2023/7/2960DRAWINGC.C程序修改說明初始化程序中增加路徑說明:initgraph(&gd,&mode,“E:\\Turboc2.0");DA子函數中:outportb(Base+4+(port-1)*2,low);outportb(Base+5+(port-1)*2,high);主函數中for循環(huán)之前添加電壓輸出

da_out=(int)(1.0/10.0*4095);DA(1,da_out);主函數中for循環(huán)之后使輸出為零:DA(1,0);根據實際情況改變延遲時間t2023/7/2961DRAWINGC.C程序修改說明確定路徑正確：E:\\Turboc2.0；DA子函數中寄存器地址正確：通道1對應寄存器地址為Base+4和+5；通道2對應寄存器地址為Base+6和+7；調用DA子函數：DA(port，Data)；延遲時間t的選擇恰當；電容放電。2023/7/2962Control_d.c程序說明Control_d程序位于E:\\第二層次；程序運行出現(xiàn)初始化錯誤，需要改變程序內初始化圖像路徑，E:\\Turboc2.0；如需修改程序，將其另存后再改，嚴禁修改源程序。2023/7/2963Control_d.c程序說明voidgraph_r(int*t,int*r,int*y,int*e, int*c,int*u)/*畫圖程序*/voidDA(intchannel,intOutputdata)/*DA子函數*/intAD(intchannel)/*AD子函數*/voidcreate_datafile(void)/*生成文件d.dat*/voidcontrol(void)/*控制子函數*/voidparameter(void)/*設定參數子函數*/main()/*主函數*/2023/7/2964Control_d.c程序說明voidgraph_r(int*t,int*r,int*y,int*e,int*c,int*u){/*圖形初始化*//*drawYaxis*/畫y軸/*drawXaxis*/畫x軸/*drawycurve*/ 畫實際輸出/*drawrcurve*/畫理想輸出/*drawucurve*/畫控制輸出/*drawecurve*/ 畫誤差曲線}2023/7/2965Control_d.c程序說明voidDA(intchannel,intOutputdata)

/*1-2，0-4095*/intAD(intchannel)/*0-15*/voidcreate_datafile(void)/*創(chuàng)建數據文件*/2023/7/2966控制子函數controlvoidcontrol(void){floatg_e,g_c,ep;floattempp;intm,j,k;yy[i]=AD(10);/*讀系統(tǒng)輸出（采樣）*/y[i]=(yy[i]-2047)*2;/*轉換*/e[i]=y[i]-r[i];/*計算誤差*/u[i]=r[i];/*獲得控制量*/ida=u[i];DA(1,ida);/*輸出*/itoa(i,string,10);gotoxy(20,20);cputs(string);/*屏幕顯示*/}計算控制輸出u2023/7/2967參數初始化子函數parametervoidparameter(void){DA(1,0);/*系統(tǒng)初始化*/iae=0.0;/*累計誤差*/n=400;/*采樣點數（控制步數）*/i=0;iad=0;e[0]=0;amplitude=5;/*0---10v*//*幅值*/amplitude=amplitude*4095/10.0;/*DA轉換*/for(i=0;i<n+1;i++)r[i]=amplitude;/*參考值*/}

r[i]=amplitude*sin(2*3.14*i/n)+amplitude;2023/7/2968Control_d.c程序說明main(){intk,m,kkp;FILE*fpp;DA(1,0);delay(1000);clrscr();/*初始化*/

sample_time=10;

/*設定采樣時間*/parameter();/*設定系統(tǒng)參數*/for(i=0;i<n;i++)

{control();/*調用控制子程序*/delay(sample_time);/*延時（采樣時間）*/}DA(1,0);create_datafile();/*創(chuàng)建記錄文件子程序*/graph_r(r,r,y,e,c,u);/*調用作圖子程序*/getch();delay(100);closegraph();return;}2023/7/2969Control_d.c程序說明改變激勵幅值和信號類型。作法：voidparameter(void){…amplitude=5;/*改變幅值，范圍0~10V*/…

r[i]=amplitude;/*改變信號類型*/…}采樣時間作法：main(){…sample_time=10/*根據系統(tǒng)參數適當調整*/…}系統(tǒng)的控制2023/7/2971控制系統(tǒng)的概念在工業(yè)生產過程中，為了提高產品質量和勞動生產率，對生產設備、機器和生產過程需要控制，使之按預定要求運行。無處不在的控制系統(tǒng)：人、電梯、自動門、防盜系統(tǒng)、洗衣機、電冰箱、微波爐、飛機、輪船、汽車、數控車床、恒溫車間、自動化生產線等等。分類：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。2023/7/2972開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制器與被控對象之間只有順向作用，沒有反向作用，即系統(tǒng)的輸出量對控制作用沒有影響。2023/7/2973開環(huán)控制例子普通電風扇、洗衣機磁盤驅動器中磁頭小車尋找磁道：步進電機、絲杠螺母、導軸氣動機械手（CCLink總線）放任式的管理部分中學生、大學生和成年人的學習資助完全自由的獨立科學研究活動風險基金運作某些敵后特種作戰(zhàn)2023/7/2974開環(huán)控制系統(tǒng)結構及特點信息單方向流動，沒有反饋；有干擾時，被控量誤差無法修正；被控量多為“有”或“無”、“開關”或“起?！钡冗壿嫚顟B(tài)，一般都是開關控制，依順序、時間、布爾邏輯條件等給出控制信號；用于系統(tǒng)模型精度高且參數穩(wěn)定，或擾動影響不嚴重，或被控量精度要求低、或執(zhí)行器的動作簡單的對象。2023/7/2975開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：簡單（不對被控對象的實際輸出量進行測量）缺點：當干擾出現(xiàn)使輸出量產生偏差時，系統(tǒng)沒有自動修正偏差的能力；精度較差，不適合干擾很強的系統(tǒng)。2023/7/2976閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號直接或間接全部或部分對控制作用產生影響的系統(tǒng)。2023/7/2977閉環(huán)控制例子不勝枚舉!!!操控機械手、示教-再現(xiàn)機器人自動火炮、空-空導彈（炮瞄雷達、制導雷達給出的目標坐標）自導航飛機、車輛flybywire旋轉拋物面太陽能采集系統(tǒng)大型船舶舵機、重型汽車方向系統(tǒng)獵豹、牧羊狗航天運載火箭飛行、航天器軌道及姿態(tài)、彈道導彈飛行印制板表面裝貼工藝溫度焊接機器人按規(guī)定焊縫直流穩(wěn)壓電源（78、79系列）人體溫、恒溫槽、恒濕槽、恒壓艙定風速風洞靜止衛(wèi)星、飛艇磁盤驅動器中主軸轉速抽水馬桶水位壓力鍋氣壓2023/7/2978閉環(huán)控制系統(tǒng)結構閉環(huán)系統(tǒng)是借助輸出信號的反饋，在存在擾動的情況下，減小輸出與給定輸入之間的偏差。閉環(huán)系統(tǒng)控制器的工作正是基于這一偏差進行的。2023/7/2979閉環(huán)控制系統(tǒng)特點存在信息反饋，信息流構成閉環(huán)回路；一般基于誤差對運動進行校正；控制對象一般為位置、速度、加速度、溫度、壓力、流量等模擬量，有“度”的概念，為數值控制。性能要求：響應速度、穩(wěn)定性、精度；有的系統(tǒng)被控量難以通過測量獲取，反饋通道（即測量系統(tǒng)）對品質有重要影響。2023/7/2980閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：采用計算機作為控制器能夠實現(xiàn)自動控制，控制精度高、抗干擾能力強；缺點：對于慣性系統(tǒng)，參數配置不當，即反饋不當容易產生振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定；在閉環(huán)控制中，系統(tǒng)的響應速度與穩(wěn)定性之間存在矛盾。2023/7/2981其他系統(tǒng)恒值調節(jié)系統(tǒng)(regulation)：設定值r恒定，使被控量y保持恒定。 發(fā)電機轉速、電動機轉速、恒溫槽溫度、穩(wěn)壓電源、磁帶張力、液位、靜止衛(wèi)星的拋物面接收天線、程序控制系統(tǒng)(programmedcontrol)：設定值r(t)(t1<t<t2)事先已知，使被控量y(t)復現(xiàn)r(t)。 地對地導彈、金屬熱處理爐、印制板表面貼裝爐、數控機床、焊接機器人、某些化工冶煉過程、太陽能拋物面集熱器隨動系統(tǒng)(servo-mechanism)：設定值r(t)(t1<t<t2)事先未知，使被控量y(t)跟隨r(t)。 自動火炮、攻擊活動目標的導彈或魚雷（地對空、空對空、地對艦、艦對艦、坦克）、操控機器人、2023/7/2982控制器的含義控制器的本質：依據當前的狀態(tài)（實際輸出量y）求取最佳的控制量u，使實際輸出量y更好地跟隨設定輸入r。2023/7/2983工控機作為控制器被控系統(tǒng)控制輸出u實際輸出y實際輸出y理想輸出r控制輸出u實際輸出y誤差e=r-y尋找合適的u，使y更好地逼近r2023/7/2984閉環(huán)控制系統(tǒng)理想輸出r控制輸出u實際輸出y誤差e=r-yuyr？u=f

(r,y)e=r-yu=f

(e)尋找合適的u，使y更好地逼近r2023/7/2985控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準系統(tǒng)的穩(wěn)定性響應的快速性響應的準確性