自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理課件

自動(dòng)控制原理AutomaticControlTheory1自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1.人類社會(huì)發(fā)展的三個(gè)時(shí)代人力時(shí)代

人類主要依靠自身的肌體來完成能量變換和信息變換，但是人類自身轉(zhuǎn)換的功率和范圍都極其有限，縱有九牛二虎之力，也不能晝夜不停地工作著，因此創(chuàng)造的財(cái)富有限，最高文明只達(dá)到封建社會(huì)。

機(jī)械化時(shí)代

當(dāng)蒸汽機(jī)、發(fā)電機(jī)出現(xiàn)之后，既使用九牛二虎也不夠形容一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之巨大威力了，而且可以不間斷地保持著“精力充沛”的狀態(tài)工作著。人類的“力氣”不知被放大多少億倍！人類的力臂不知不覺被延長(zhǎng)到幾千公里之外！物質(zhì)豐富了，農(nóng)民被改造成為工人，進(jìn)入資本主義社會(huì)。2自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理自動(dòng)化時(shí)代在這個(gè)時(shí)代中，不僅能量變換、而且信息變換都由機(jī)器來完成，在人類活動(dòng)所見的空間，只要需要用“力”的地方，都會(huì)給它配上一個(gè)小的腦袋－－單片機(jī)或微處理器之類的小腦袋。不僅工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化了，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家務(wù)勞動(dòng)、交通運(yùn)輸、人居環(huán)境……凡是已知的規(guī)律，都可以用自動(dòng)化技術(shù)來完成。3自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理4自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

2．自動(dòng)控制原理課程性質(zhì)與地位

自動(dòng)控制原理（自動(dòng)控制理論

自動(dòng)調(diào)節(jié)原理

反饋控制理論，簡(jiǎn)稱自控）是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它是一門技術(shù)基礎(chǔ)理論課，主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、分析和設(shè)計(jì)的理論。

大一公共基礎(chǔ)課：英語數(shù)學(xué)物理政治大二技術(shù)基礎(chǔ)課：電路電子電機(jī)計(jì)算機(jī)編程大三專業(yè)基礎(chǔ)課：自控供電微機(jī)電力電子技術(shù)大四專業(yè)課、設(shè)計(jì)：調(diào)速計(jì)算機(jī)控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制原理是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程，也是信電學(xué)院平臺(tái)課程。同時(shí)也是一些碩士點(diǎn)考研必修課。5自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理上課時(shí)間：一共14周，每周2次星期一1～2

星期三3～4答疑時(shí)間、地點(diǎn)：待定一共64學(xué)時(shí)，講課52學(xué)時(shí)，

習(xí)題2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)

講課地點(diǎn)：教一南408，402每章學(xué)時(shí)安排：第一章

緒論

3學(xué)時(shí)第二章

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述

8學(xué)時(shí)第三章

時(shí)域分析法

11學(xué)時(shí)第四章

根軌跡法

8學(xué)時(shí)第五章

頻率響應(yīng)法

14學(xué)時(shí)第六章

控制系統(tǒng)補(bǔ)償與綜合

8學(xué)時(shí)

3．課程學(xué)時(shí)安排6自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理10學(xué)時(shí)5個(gè)實(shí)驗(yàn)，各班課代表去聯(lián)系。聯(lián)系方式：汪寧老師實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1.典型環(huán)節(jié)（比例、積分、慣性）測(cè)試

2.二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及性能指標(biāo)

3.高階系統(tǒng)階躍響應(yīng)、根軌跡圖繪制

4.頻率特性（Nyquist圖、Bode圖）繪制

5.校正環(huán)節(jié)特性及系統(tǒng)階躍響應(yīng)7自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

4．成績(jī)?cè)u(píng)定出勤

5％作業(yè)

10％

實(shí)驗(yàn)

15％

缺一次扣5分

允許補(bǔ)齊考試

70％但是卷面成績(jī)不得低于55分，否則按不及格處理。作業(yè)缺一半不允許參加考試。5．參考書目１.劉明俊

《自動(dòng)控制原理》國防科技大學(xué)出版社

2.胡壽松《自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)明教程》科學(xué)出版社

3.鄢景華

《自動(dòng)控制原理》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

4.吳

麒

《自動(dòng)控制原理》

清華大學(xué)出版社

5.李友善

《自動(dòng)控制原理》

國防工業(yè)出版社

6.侯夔龍

《自動(dòng)控制原理》

西安交通大學(xué)出版社8自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理第一章

緒論1-1自動(dòng)控制的基本概念1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理1-3閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求1-5自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1-6控制系統(tǒng)舉例1-7自動(dòng)控制理論的發(fā)展史1-8控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)9自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1.1自動(dòng)控制的基本概念◆

被控對(duì)象：控制系統(tǒng)要進(jìn)行控制的受控客體◆被控量：控制對(duì)象要實(shí)現(xiàn)的物理量如冰箱溫度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛機(jī)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。應(yīng)用領(lǐng)域：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電梯、汽車、電廠鍋爐、釀酒過程、航空航天等各種機(jī)器或生產(chǎn)過程控制以及軍事領(lǐng)域。自動(dòng)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(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某一工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。10自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)：為了達(dá)到某一目的，由一些對(duì)象相互作用，相互制約，組成一個(gè)具有一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的整體?？刂葡到y(tǒng)：指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)，由被控對(duì)象和控制器構(gòu)成的整體。自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，在很大程度上取決于系統(tǒng)中的控制器為了產(chǎn)生控制作用而必須接收的信息，這個(gè)信息有兩個(gè)可能的來源：1）來自系統(tǒng)外部，即由系統(tǒng)輸入端輸入的參考輸入信號(hào)。2）來自被控對(duì)象的輸出端，即反映被控對(duì)象的行為或狀態(tài)的信息。11自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

開環(huán)控制按控制方式閉環(huán)控制（反饋控制）復(fù)合控制

按對(duì)象方式運(yùn)動(dòng)控制（電機(jī)調(diào)速、機(jī)器人）過程控制（鍋爐過程、化工過程）把從被控對(duì)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。傳送反饋信息的載體，稱為反饋信號(hào)。是否采用反饋，對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)指標(biāo)（即穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性）影響很大。12自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理開環(huán)控制系統(tǒng)

Open-loopControlSystem◆定義：系統(tǒng)的控制輸入量不受輸出量影響的控制系統(tǒng)◆特點(diǎn)：系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，這種控制方式稱為開環(huán)控制在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不需要對(duì)輸出量進(jìn)行測(cè)量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進(jìn)行比較。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱無反饋控制系統(tǒng)?？刂破鲗?duì)象或過程輸入量輸出量圖1.1開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖（按輸入量控制方式）（被控量）13自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理功率放大SM負(fù)載++++u0nua圖1-2電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)14自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理+-+ugudoMiuin(a)原理圖R

放大

器

負(fù)載

給定信號(hào)ug被控量

擾動(dòng)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(dòng)

機(jī)前饋控制(開環(huán))（按擾動(dòng)量控制方式）(參考輸入量)這種控制方式的前提條件：是干擾能夠被測(cè)量應(yīng)用：交通紅綠燈、自動(dòng)洗衣機(jī)、生產(chǎn)流水線15自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)

Closed-loopControlSystem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(fù)反饋——把取出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過程，稱為負(fù)反饋。反饋控制——采用負(fù)反饋(正反饋較少)并利用偏差進(jìn)行控制的過程（利用偏差修正偏差）。由于引入了被反饋量的反饋信息，整個(gè)控制過程成為閉合的，因此反饋控制也稱為閉環(huán)控制。16自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理熱力系統(tǒng)的人工反饋控制

17自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理熱力系統(tǒng)的自動(dòng)反饋控制

18自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理閉環(huán)控制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抑制干擾能力強(qiáng)對(duì)參數(shù)變化不敏感能獲得滿意的動(dòng)態(tài)特性和控制精度缺點(diǎn)：增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，如果參數(shù)選取不恰當(dāng)，系統(tǒng)可能會(huì)振蕩。所以，參數(shù)選取是控制理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須解決的重要問題。19自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

反饋控制系統(tǒng)是一種能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間的既定關(guān)系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來進(jìn)行控制。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(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和生物學(xué)中，也存在著反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制原理的主要研究對(duì)象20自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理反饋在系統(tǒng)可以分正反饋和負(fù)反饋負(fù)反饋主要通過輸入、輸出之間的差值作用于系統(tǒng)的其他部分。這個(gè)差值反映了我們要求的輸出和實(shí)際的輸出之間的差別?？刂破鞯目刂撇呗允遣煌p小這個(gè)差值，以使差值變小。例如，人打算拿桌上的盒子。目測(cè)距離，確定方向，移動(dòng)，不斷測(cè)距離，腦判斷以消除偏差

正反饋在自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要是用來對(duì)小的變化進(jìn)行放大，從而可以使系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。而且正反饋可以與負(fù)反饋配合使用，以使系統(tǒng)的性能更優(yōu)。例如，鈾－235在中子轟擊下，通常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)中等質(zhì)子數(shù)的核，并放出2－3個(gè)中子和大量能量。放出的中子有的則繼續(xù)引起重核裂變。這樣就會(huì)使系統(tǒng)中的作用越來越劇烈。所以一般在核反應(yīng)堆中通過控制反應(yīng)堆中鉛棒與反應(yīng)物接觸的面積來控制核反應(yīng)的劇烈程度

21自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖輸入量控制器控制對(duì)象測(cè)量元件輸出量反饋回路被控量干擾量22自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理給定電壓熱電偶輸出電壓23自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理當(dāng)爐內(nèi)實(shí)際溫度與給定電位計(jì)表征的希望高度一致時(shí)，熱電偶輸出電壓與給定電壓相等，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)相對(duì)平衡。當(dāng)爐溫因擾動(dòng)出現(xiàn)偏差時(shí)（如爐溫低于希望值），偏差電壓經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將調(diào)壓器電刷向上移動(dòng)，使電阻絲兩端電壓增大，從而使?fàn)t溫升高，趨于希望值。工作原理：24自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動(dòng)影響較小的場(chǎng)合，這種控制方式還有一定的實(shí)用價(jià)值（步進(jìn)電機(jī)，水泵，風(fēng)扇）。

閉環(huán)控制：為偏差控制，可以抑制內(nèi)（系統(tǒng)參數(shù)變化）、外擾動(dòng)（負(fù)載變化）對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響，因此，控制精度高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高（價(jià)格成倍增加，車床、洗衣機(jī)、小轎車）；系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析麻煩。

25自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理復(fù)合控制系統(tǒng)

CompoundControlSystem定義：開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。是構(gòu)成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式，使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復(fù)合控制的兩種基本形式按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按干擾前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制26自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖1.3干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)方塊圖輸入量控制器控制對(duì)象測(cè)量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補(bǔ)償按干擾前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制27自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖1.4輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)方塊圖輸入量控制器控制對(duì)象測(cè)量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補(bǔ)償按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制28自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理用“○”號(hào)代表比較元件，“—”號(hào)代表兩者符號(hào)相反。信號(hào)沿箭頭方向從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱主反饋通路。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反饋通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路。圖1.5閉環(huán)控系統(tǒng)基本組成串聯(lián)校正（補(bǔ)償）元件放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象反饋校正元件測(cè)量元件被控量——1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成輸入量比較元件給定裝置負(fù)反饋29自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理給定裝置：產(chǎn)生給定值或輸入信號(hào)（量）（即參考量或期望值）測(cè)量元件：測(cè)量被控制的物理量（被控量），用于產(chǎn)生反饋信號(hào)各種傳感器：測(cè)速發(fā)電機(jī)、電位計(jì)、熱電偶等。比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的實(shí)際值（被控量）與給定元件給出的參考量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。如差動(dòng)放大器、自整角機(jī)。放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象，如放大器、晶閘管。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。如步進(jìn)電機(jī)，繼電器開關(guān)。補(bǔ)償（校正）元件：結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件或機(jī)構(gòu)，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善控制系統(tǒng)性能。30自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求（三個(gè)方面）穩(wěn)定性（先決條件）

系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏差平衡點(diǎn)恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。一切自動(dòng)控制系統(tǒng)必須滿足的最基本要求。由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定與外界因素?zé)o關(guān)。31自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

穩(wěn)定的控制系統(tǒng)在階躍信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)的作用下，其響應(yīng)的暫態(tài)過程應(yīng)該是收斂的。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，則在階躍信號(hào)下或擾動(dòng)信號(hào)的作用下，相應(yīng)的幅值振蕩可能成為等幅振蕩，甚至成為振幅逐漸增大的發(fā)散振蕩，發(fā)生這種情況的系統(tǒng)稱為不穩(wěn)定系統(tǒng)。系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩個(gè)方面的含義。（1）系統(tǒng)穩(wěn)定，稱為絕對(duì)穩(wěn)定，即通常所說的穩(wěn)定性。（2）輸出響應(yīng)振蕩的強(qiáng)烈程度，稱為相對(duì)穩(wěn)定性。例如系統(tǒng)是絕對(duì)穩(wěn)定的，但是在階躍信號(hào)作用下，響應(yīng)振蕩很強(qiáng)烈，而且振蕩的衰減很慢，則該系統(tǒng)雖然屬于穩(wěn)定系統(tǒng)，但相對(duì)穩(wěn)定性差。32自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理過渡過程性能（快速性要求）：系統(tǒng)受到短暫的擾動(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏差平衡點(diǎn)恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定與外界因素?zé)o關(guān)。描述過渡過程性能可以用平穩(wěn)性和快速性加以衡量，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。如：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、超調(diào)量。穩(wěn)態(tài)誤差（控制精度或準(zhǔn)確性要求）：過渡過程結(jié)束后的輸出響應(yīng)系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差叫穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。

簡(jiǎn)單地說：穩(wěn)、快、準(zhǔn)33自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1-5自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按工作原理分類開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制按數(shù)學(xué)模型分類定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)中各元件輸入輸出特性是線性特性，系統(tǒng)的狀態(tài)和性能以線性微分方程或差分方程來描述時(shí)，這種系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的一個(gè)突出的特點(diǎn)就是滿足疊加定理，所以在判別系統(tǒng)是線性或非線性時(shí)，可運(yùn)用疊加定理來判斷。系統(tǒng)中只要存在一個(gè)元件為非線性元件，系統(tǒng)的微分方程就由非線性方程來描述，這樣的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。由于非線性系統(tǒng)的多樣性，疊加原理也不成立，研究起來也不方便，所以只有在一定條件下用近似分析的方法來處理。

34自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理按系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)特征分類連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中各元件的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，這類系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用微分方程來描述的。連續(xù)系統(tǒng)中各元件傳輸?shù)男畔⒃诠こ躺戏Q為模擬量，多數(shù)實(shí)際物理系統(tǒng)都屬于這一類，其輸入輸出一般用和來表示?？刂葡到y(tǒng)中只要存在一處的信號(hào)脈沖序列或數(shù)碼時(shí)，該系統(tǒng)即為離散系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的狀態(tài)和性能一般用差分方程來描述，實(shí)際物理系統(tǒng)中，信息的表現(xiàn)形式為離散信號(hào)的并不多見，往往是控制上的需要，將連續(xù)系統(tǒng)離散化，即采樣。采樣過程通常是通過采樣開關(guān)把連續(xù)的模擬量變?yōu)槊}沖序列，這樣的系統(tǒng)一般又稱為采樣控制系統(tǒng)。35自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理按輸入量變化規(guī)律的功能分類恒值控制系統(tǒng)：如溫度控制系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)等隨動(dòng)控制系統(tǒng)：如、函數(shù)記錄儀、高射炮等程序控制系統(tǒng)：如數(shù)控機(jī)床、交通燈系統(tǒng)等隨動(dòng)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是輸入給定信號(hào)的變化規(guī)律是事先不能確定的隨機(jī)信號(hào)，這類系統(tǒng)的任務(wù)是使輸出快速、準(zhǔn)確地跟隨給定信號(hào)的變化而變化，故稱作隨動(dòng)控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)與隨動(dòng)控制系統(tǒng)不同之處就是它的給定輸入不是隨機(jī)不可知，而是按事先預(yù)定的規(guī)律變化。這類系統(tǒng)往往適用于特定的生產(chǎn)工藝或工業(yè)過程，按所需要的控制給定輸入，要求輸出按預(yù)定的規(guī)律變化。36自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

1.液位控制系統(tǒng)圖1.6（a）是一個(gè)液位控制系統(tǒng)原理圖。在這里，自動(dòng)控制器通過比較實(shí)際液位與希望液位，并通過調(diào)整氣動(dòng)閥門的開度，對(duì)誤差進(jìn)行修正，從而保持液位不變。圖1.6（b）是該控制系統(tǒng)的方塊圖。1.6自動(dòng)控制系統(tǒng)示例37自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖1.6（a）液位控制系統(tǒng)38自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理控制器：比較、放大的作用浮子：液面高度的反饋元件

Q2為系統(tǒng)的干擾量氣動(dòng)閥門：執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象：水箱圖1.6（b）液位控制系統(tǒng)39自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理希望液位實(shí)際液肌肉、手閥

門水

箱眼

睛（III）

相對(duì)應(yīng)的人工操縱系統(tǒng)方塊圖

腦40自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理2.液位控制系統(tǒng)控制閥減速器電動(dòng)機(jī)電位器浮子用水開關(guān)Q2Q1cifSM41自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)+++++電壓放大u0nuaueut功率放大負(fù)載SMTG3.電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)42自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理4.電動(dòng)機(jī)速度復(fù)合控制系統(tǒng)+++++電壓放大+u0nuaueutR電壓放大功率放大負(fù)載SMTG43自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1.7自動(dòng)控制理論的發(fā)展簡(jiǎn)史人類對(duì)控制系統(tǒng)的基本原理（反饋）早有認(rèn)識(shí)，并利用它創(chuàng)造許多裝置。如2000年前，羅馬人：水位控制系統(tǒng)（淋?。?，神廟（開關(guān)門）英雄裝置。中國能工巧匠（技師、工程師、科學(xué)家）：張衡的地震方向測(cè)定儀，蘇頌的水運(yùn)儀象臺(tái)。1932年，Nyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)(對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入)，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。1868年，英國J.C麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。1892年李雅普諾夫用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析方法論述了穩(wěn)定性問題，至今仍然是分析穩(wěn)定性的重要方法。1787年，JamesWatt為控制蒸汽機(jī)速度設(shè)計(jì)的離心調(diào)節(jié)器，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的第一項(xiàng)重大成果。44自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理從1980－現(xiàn)在，智能控制理論集中于3C控制系統(tǒng)及其相關(guān)課題。20世紀(jì)40年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供了一種可行方法，Evans提出并完善了根軌跡法。1948年，美國數(shù)學(xué)家N.Wiener出版《Cybernetics》是一個(gè)控制科學(xué)里程碑?！犊刂普摗返母睒?biāo)題是關(guān)于人、動(dòng)物及其通訊的科學(xué)。20世紀(jì)50年代末，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)在某種意義上的最佳系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。從1960－1980，確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到充分的研究。45自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理古典（經(jīng)典）控制理論（1787—1960）主要解決單輸入－單輸出定?？刂葡到y(tǒng)分析設(shè)計(jì)問題。主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌跡為基礎(chǔ)的頻域分析方法。此階段所研究的系統(tǒng)大多是線性定常系統(tǒng)，對(duì)非線性系統(tǒng)，分析時(shí)采用的相平面法一般也不超過兩個(gè)變量，經(jīng)典控制理論能夠較好地解決生產(chǎn)過程中的單輸入單輸出問題。這一時(shí)期的主要代表人物有伯德和伊文思。伯德于1945年提出了簡(jiǎn)便而實(shí)用的伯德圖法。1948年，伊文思提出了直觀而又形象的根軌跡法。46自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理現(xiàn)代（近代）控制理論（1960——1980）經(jīng)典控制理論中的高階常微分方程可轉(zhuǎn)化為一階微分方程組，用以描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，即所謂狀態(tài)空間法。這種方法可以解決多輸入多輸出問題，系統(tǒng)既可以是線性的、定常的，也可以是非線性的、時(shí)變的。系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點(diǎn)。

這一時(shí)期的主要代表人物有龐特里亞金、貝爾曼（Bellman）及卡爾曼（R.E.Kalman，1930