1自动控制的一般概念.ppt

专业基础课程：专业基础课程：自动控制原理自动控制原理主主 讲：黄讲：黄 辉辉 先先Linkage：email: mobile:[phone]Assistant lecturer:email: mobile:[phone] 周日周日1 1自动控制原理自动控制原理 参参 考考 书书1 1、高国燊主编，自动控制原理，广州：华南理工大学出版社，高国燊主编，自动控制原理，广州：华南理工大学出版社，高国燊主编，自动控制原理，广州：华南理工大学出版社，高国燊主编，自动控制原理，广州：华南理工大学出版社，200320032 2、胡寿松主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社、胡寿松主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社、胡寿松主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社、胡寿松主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社,2001 2001 3 3、李有善主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社李有善主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社李有善主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社李有善主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社,200520054 4、卢伯英主编，现代控制工程，北京：科学出版社，卢伯英主编，现代控制工程，北京：科学出版社，卢伯英主编，现代控制工程，北京：科学出版社，卢伯英主编，现代控制工程，北京：科学出版社，199619965 5、陈来好、彭康拥，自动控制原理学习指导与精选题型详解，、陈来好、彭康拥，自动控制原理学习指导与精选题型详解，、陈来好、彭康拥，自动控制原理学习指导与精选题型详解，、陈来好、彭康拥，自动控制原理学习指导与精选题型详解，华南理工大学出版社华南理工大学出版社华南理工大学出版社华南理工大学出版社注：双周星期五交作业本注：双周星期五交作业本注：双周星期五交作业本注：双周星期五交作业本2024/5/5 2024/5/5 周日周日2 2自动控制原理自动控制原理本课程与其它课程的关系本课程与其它课程的关系自动控制原理自动控制原理大学物理（力学、热力学）微积分(含微分方程)线性代数复变函数、积分变换电路理论电力电子技术模拟电子技术运动控制基础各类控制系统课程各类控制系统课程2024/5/5 周日3自动控制原理第一章自 动 控 制 概 论1.1 引言1.2 自动控制系统的分类1.3 对自动控制系统的基本要求1.4 本课程的学习要求2024/5/5 2024/5/5 周日周日4 4自动控制原理自动控制原理1.1 引言引言什么是自动控制理论什么是自动控制理论 自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门科学，它包自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门科学，它包自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门科学，它包自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门科学，它包括工程控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。括工程控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。括工程控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。括工程控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。什么是自动控制什么是自动控制 自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用控制自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用控制自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用控制自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用控制装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态或功能。或功能。或功能。或功能。自动控制的应用领域自动控制的应用领域 自动控制技术应用于工农业生产、军事领域、航空航天、科自动控制技术应用于工农业生产、军事领域、航空航天、科自动控制技术应用于工农业生产、军事领域、航空航天、科自动控制技术应用于工农业生产、军事领域、航空航天、科学研究等。学研究等。学研究等。学研究等。自动控制的作用自动控制的作用 改善劳动条件、保证安全生产、提高产品质量、提高劳动生产改善劳动条件、保证安全生产、提高产品质量、提高劳动生产改善劳动条件、保证安全生产、提高产品质量、提高劳动生产改善劳动条件、保证安全生产、提高产品质量、提高劳动生产率、节约能源、增强国家防御能力等。率、节约能源、增强国家防御能力等。率、节约能源、增强国家防御能力等。率、节约能源、增强国家防御能力等。控制论是控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科学关于在动物和机器中控制和通讯的科学”。2024/5/5 2024/5/5 周日周日5 5自动控制原理自动控制原理控制理论的发展控制理论的发展1818世纪，世纪，世纪，世纪，James WattJames Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调为控制蒸汽机速度设计的离心调为控制蒸汽机速度设计的离心调为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。节器，是自动控制领域的第一项重大成果。节器，是自动控制领域的第一项重大成果。节器，是自动控制领域的第一项重大成果。19221922年，年，年，年，MinorskyMinorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证研制出船舶操纵自动控制器，并证研制出船舶操纵自动控制器，并证研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。19321932年，年，年，年，NyquistNyquist提出了一种根据系统的开环频率响应提出了一种根据系统的开环频率响应提出了一种根据系统的开环频率响应提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入对稳态正弦输入对稳态正弦输入对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。，确定闭环系统稳定性的方法。，确定闭环系统稳定性的方法。，确定闭环系统稳定性的方法。19341934年，年，年，年，HezenHezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的提出了用于位置控制系统的伺服机构的提出了用于位置控制系统的伺服机构的提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。服机构。服机构。服机构。2024/5/5 2024/5/5 周日周日6 6自动控制原理自动控制原理1919世纪世纪世纪世纪4040年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，种可行方法，种可行方法，种可行方法，EvansEvans提出并完善了根轨迹法。提出并完善了根轨迹法。提出并完善了根轨迹法。提出并完善了根轨迹法。1919世纪世纪世纪世纪5050年代末，控制系统设计问题重点从设计许多年代末，控制系统设计问题重点从设计许多年代末，控制系统设计问题重点从设计许多年代末，控制系统设计问题重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上最佳可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上最佳可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上最佳可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上最佳系统（庞德里亚金极大值原理、系统（庞德里亚金极大值原理、系统（庞德里亚金极大值原理、系统（庞德里亚金极大值原理、BellmanBellman动态规划）。动态规划）。动态规划）。动态规划）。1919世纪世纪世纪世纪6060年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能（时域分析的现代控制理论提供了可能（时域分析的现代控制理论提供了可能（时域分析的现代控制理论提供了可能（KalmanKalman状态状态状态状态空间分析法）。空间分析法）。空间分析法）。空间分析法）。从从从从19601960年到年到年到年到19801980，确定性系统、随机系统的最佳控制，确定性系统、随机系统的最佳控制，确定性系统、随机系统的最佳控制，确定性系统、随机系统的最佳控制及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分研究。及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分研究。及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分研究。及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分研究。从从从从19801980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、HH控制及其相关课题。控制及其相关课题。控制及其相关课题。控制及其相关课题。2024/5/5 2024/5/5 周日周日7 7自动控制原理自动控制原理古典控制理论古典控制理论古典控制理论古典控制理论 以传递函数为基础，以传递函数为基础，研究单输入研究单输入-单输出单输出一类线性定常控制系一类线性定常控制系统的分析与设计问题。统的分析与设计问题。这些理论由于其发展这些理论由于其发展较早，现已臻成熟。较早，现已臻成熟。现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论 以状态空间法为基础，以状态空间法为基础，研究多输入研究多输入-多输出、多输出、时变、非线性一类控制时变、非线性一类控制系统分析与设计问题。系统分析与设计问题。系统具有高精度和高效系统具有高精度和高效能的特点。能的特点。控制理论的两个重要组成部分控制理论的两个重要组成部分2024/5/5 2024/5/5 周日周日8 8自动控制原理自动控制原理1.2 自动控制系统的分类自动控制系统的分类一、基本术语一、基本术语二、控制系统的分类二、控制系统的分类2024/5/5 2024/5/5 周日周日9 9自动控制原理自动控制原理一、基本术语一、基本术语控制控制控制控制对象对象对象对象 过程过程过程过程 系统系统系统系统 扰动扰动扰动扰动 反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制系统反馈控制系统反馈控制系统反馈控制系统 随动控制系统随动控制系统随动控制系统随动控制系统 自动调整系统自动调整系统自动调整系统自动调整系统 过程控制系统过程控制系统过程控制系统过程控制系统2024/5/5 2024/5/5 周日周日1010自动控制原理自动控制原理1 1 控制的本意控制的本意控制的本意控制的本意 为了达到某种目的对事务为了达到某种目的对事务为了达到某种目的对事务为了达到某种目的对事务进行支配、管束、管制、进行支配、管束、管制、进行支配、管束、管制、进行支配、管束、管制、管理、监督、镇压。管理、监督、镇压。管理、监督、镇压。管理、监督、镇压。2 2 对象对象对象对象 是一个设备，它是由一些是一个设备，它是由一些是一个设备，它是由一些是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一机器零件有机地组合在一机器零件有机地组合在一机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个起的，其作用是完成一个起的，其作用是完成一个起的，其作用是完成一个特定动作。在下面的讨论特定动作。在下面的讨论特定动作。在下面的讨论特定动作。在下面的讨论中，称任何被控物体（如中，称任何被控物体（如中，称任何被控物体（如中，称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇加热炉、化学反应器或宇加热炉、化学反应器或宇加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。宙飞船）为对象。宙飞船）为对象。宙飞船）为对象。3 3 过程过程过程过程 称任何被控制的运行状态称任何被控制的运行状态称任何被控制的运行状态称任何被控制的运行状态为过程，具体例子如化学为过程，具体例子如化学为过程，具体例子如化学为过程，具体例子如化学过程、经济学过程、生物过程、经济学过程、生物过程、经济学过程、生物过程、经济学过程、生物学过程。学过程。学过程。学过程。4 4 系统系统系统系统 完成一定任务的一些元、完成一定任务的一些元、完成一定任务的一些元、完成一定任务的一些元、部件的组合。部件的组合。部件的组合。部件的组合。2024/5/5 2024/5/5 周日周日1111自动控制原理自动控制原理5 扰动扰动6 反馈控制反馈控制 扰动扰动扰动扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。是一种对系统的输出产生不利影响的信号。是一种对系统的输出产生不利影响的信号。是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。量。量。量。反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰是这样一种控制过程，它能够在存在扰是这样一种控制过程，它能够在存在扰是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望状态）量（也称参据量）（或者任意变化的希望状态）量（也称参据量）（或者任意变化的希望状态）量（也称参据量）（或者任意变化的希望状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。之上的。之上的。之上的。2024/5/5 2024/5/5 周日周日1212自动控制原理自动控制原理 反馈控制反馈控制系统是一种能对输出量与参考系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。的偏差来进行控制。应当指出，反馈控制系统不限于工程范应当指出，反馈控制系统不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学中，也存在着反馈控制系统。生物学中，也存在着反馈控制系统。7 反馈控制系统反馈控制系统2024/5/5 2024/5/5 周日周日1313自动控制原理自动控制原理 随动控制系统是一种反馈控制系统，在这种随动控制系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。因此，随动系统这个术语，与位置（或度。因此，随动系统这个术语，与位置（或速度或加速度）控制系统是同义语。在现代速度或加速度）控制系统是同义语。在现代工业中，广泛采用着随动系统。工业中，广泛采用着随动系统。8 8 随动控制系统随动控制系统9 过程控制过程控制 在工业生产过程中，诸如对压力、温度、在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，称为过程控制。例等方面的控制，称为过程控制。2024/5/5 2024/5/5 周日周日1414自动控制原理自动控制原理控制系统的组成：控制系统的组成：输入部分、控制系统部分和输出部分。输入部分、控制系统部分和输出部分。从物理角度上看，从物理角度上看，自动控制研究的是特定激励作用下的系统响应变化情况；从数学角度上看，从数学角度上看，研究的是输入与输出之间的映射关系。2024/5/5 2024/5/5 周日周日1515自动控制原理自动控制原理热力系统的例子热力系统的例子热力系统人工反馈控制热力系统人工反馈控制2024/5/5 2024/5/5 周日周日1616自动控制原理自动控制原理热力系统自动反馈控制热力系统自动反馈控制 2024/5/5 2024/5/5 周日周日1717自动控制原理自动控制原理按控制方式分类按控制方式分类按元件类型分按元件类型分类类按系统功用分类按系统功用分类按系统性能分类按系统性能分类按参量变化规律分类按参量变化规律分类二、控制系统的分类二、控制系统的分类2024/5/5 2024/5/5 周日周日1818自动控制原理自动控制原理开环控制开环控制闭环控制闭环控制(反馈控制反馈控制)复合控制复合控制 按控制方式分类按控制方式分类2024/5/5 2024/5/5 周日周日1919自动控制原理自动控制原理 1、开环控制开环控制 如果控制系统的输出量与输入量间不存在反馈如果控制系统的输出量与输入量间不存在反馈如果控制系统的输出量与输入量间不存在反馈如果控制系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制方式称为开环控制。的通道，这种控制方式称为开环控制。的通道，这种控制方式称为开环控制。的通道，这种控制方式称为开环控制。图图图图1 13 3 开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统控制量控制量2024/5/5 2024/5/5 周日周日2020自动控制原理自动控制原理2 2、闭环控制、闭环控制 图图1-4 1-4 闭环控制系统闭环控制系统 能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为反馈控制系统。由于引入了被反馈量的反馈信称为反馈控制系统。由于引入了被反馈量的反馈信称为反馈控制系统。由于引入了被反馈量的反馈信称为反馈控制系统。由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制。为闭环控制。为闭环控制。为闭环控制。控制量控制量反馈量反馈量2024/5/5 2024/5/5 周日周日2121自动控制原理自动控制原理1）正负正负反馈反馈反馈反馈 把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。反馈；反之，则称为正反馈。反馈；反之，则称为正反馈。反馈；反之，则称为正反馈。2 2）闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统 凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都称为闭环控制系统。都称为闭环控制系统。都称为闭环控制系统。都称为闭环控制系统。输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误差，并使系统的输出量趋于所希望的值。差，并使系统的输出量趋于所希望的值。差，并使系统的输出量趋于所希望的值。差，并使系统的输出量趋于所希望的值。2024/5/5 2024/5/5 周日周日2222自动控制原理自动控制原理用用用用“”号代表比较元件；号代表比较元件；号代表比较元件；号代表比较元件；“”“”号代表两者符号相反，号代表两者符号相反，号代表两者符号相反，号代表两者符号相反，“+”“+”号代表两者符号相同。号代表两者符号相同。号代表两者符号相同。号代表两者符号相同。信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路前向通路前向通路前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称主反馈通路主反馈通路主反馈通路主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成前向通路与主反馈通路共同构成前向通路与主反馈通路共同构成前向通路与主反馈通路共同构成主回路主回路主回路主回路。此外，还有局部反馈通路以及由它构成的此外，还有局部反馈通路以及由它构成的此外，还有局部反馈通路以及由它构成的此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路内回路内回路内回路。图图1 15 5 控制系统的基本组成控制系统的基本组成3 3）反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成 2024/5/5 2024/5/5 周日周日2323自动控制原理自动控制原理3 3）反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成 被控对象：工作机械或生产过程。被控对象：工作机械或生产过程。被控对象：工作机械或生产过程。被控对象：工作机械或生产过程。控制装置：由具有一定职能的各种基本元件组成。控制装置：由具有一定职能的各种基本元件组成。控制装置：由具有一定职能的各种基本元件组成。控制装置：由具有一定职能的各种基本元件组成。测量元件：其职能是测量被控制的物理量。测量元件：其职能是测量被控制的物理量。测量元件：其职能是测量被控制的物理量。测量元件：其职能是测量被控制的物理量。给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参（即参（即参（即参考考考考量）。量）。量）。量）。比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参参参参考考考考量进行比较，求出它们之间的偏差。量进行比较，求出它们之间的偏差。量进行比较，求出它们之间的偏差。量进行比较，求出它们之间的偏差。放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。件去控制被控对象。件去控制被控对象。件去控制被控对象。执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。2024/5/5 2024/5/5 周日周日2424自动控制原理自动控制原理3、闭环与开环控制系统的比较闭环与开环控制系统的比较闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点 偏差控制，可以抑制内、外扰动对被偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。设计、分析麻烦。开环控制系统的特点开环控制系统的特点 顺向作用，没有反向的联系，没有修顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。调整方便、成本低。2024/5/5 2024/5/5 周日周日2525自动控制原理自动控制原理机械系统机械系统恒张力系统恒张力系统电气系统电气系统机电系统机电系统全自动照相机，光机电结合全自动照相机，光机电结合液压系统液压系统伺服液压缸，汽车发动机，伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟台大型的仿真模拟台气动系统气动系统 生物系统生物系统经济系统经济系统社会系统社会系统按元件类按元件类型分型分类类2024/5/5 2024/5/5 周日周日2626自动控制原理自动控制原理按系统功用分类按系统功用分类温度控制系统温度控制系统压力控制系统压力控制系统位置控制系统位置控制系统 2024/5/5 2024/5/5 周日周日2727自动控制原理自动控制原理线性系统线性系统非线性系统非线性系统连续系统连续系统定常系统定常系统时变系统时变系统确定性系统确定性系统不确定性系统不确定性系统按系统性能分类按系统性能分类离散系统离散系统2024/5/5 2024/5/5 周日周日2828自动控制原理自动控制原理恒值控制系统恒值控制系统随动控制系统随动控制系统程序控制系统程序控制系统按参量变化规律分类按参量变化规律分类2024/5/5 2024/5/5 周日周日2929自动控制原理自动控制原理稳定性：稳定性：1 对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。时间的调整能够回到原来的期望值。2 对随动系统，被控制量始终跟踪参考量的变化。对随动系统，被控制量始终跟踪参考量的变化。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。现预定任务。稳定性通常由系统的结构与参数决定，与外界因素稳定性通常由系统的结构与参数决定，与外界因素无关。无关。1.3 对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求可以归结为可以归结为稳稳定性（长期稳定性）、定性（长期稳定性）、准准确性确性（精度）和（精度）和快快速性（相对稳定性）。速性（相对稳定性）。稳稳 准准 快快2024/5/5 2024/5/5 周日周日3030自动控制原理自动控制原理 准确性：准确性：用稳态误差来表示。用稳态误差来表示。在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。输入的精度越高。快速性：快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。称为动态性能。稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然无法跟踪目标。行动迟缓，仍然无法跟踪目标。2024/5/5 2024/5/5 周日周日3131自动控制原理自动控制原理 根据对系统性能的要求，如何合理地设根据对系统性能的要求，如何合理地设计校正装置，使系统的性能能全面地满足计校正装置，使系统的性能能全面地满足技术上的要求。技术上的要求。1.4 本课程的学习要求本课程的学习要求1、本课程所要研究的两大课题：系统分析、系统综合、本课程所要研究的两大课题：系统分析、系统综合对于一个具体的控制系统，如何从理对于一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态性能和稳态精度进行论上对它的动态性能和稳态精度进行定性的分析和定量的计算。定性的分析和定量的计算。2 2、本课程的学习要求、本课程的学习要求、本课程的学习要求、本课程的学习要求巩固前期所学知识：高等数学、工程数学、电路等巩固前期所学知识：高等数学、工程数学、电路等巩固前期所学知识：高等数学、工程数学、电路等巩固前期所学知识：高等数学、工程数学、电路等课前预习、课后复习、及时独立完成作业课前预习、课后复习、及时独立完成作业课前预习、课后复习、及时独立完成作业课前预习、课后复习、及时独立完成作业2024/5/5 2024/5/5 周日周日3232自动控制原理自动控制原理作业作业 11、12、142024/5/5 2024/5/5 周日周日3333自动控制原理自动控制原理 图1-6（）是一个液位控制系统原理图。在这里，自动控制器通过比较实际液位与希望液位，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位不变。图1-6（）是该控制系统的方框图。试画出相应的人工操纵液位控制系统方块图。例题1-1举举 例例 分分 析析2024/5/5 2024/5/5 周日周日3434自动控制原理自动控制原理2024/5/5 2024/5/5 周日周日3535自动控制原理自动控制原理控制器：比较、放大的作用控制器：比较、放大的作用 气动阀门：执行机构气动阀门：执行机构 浮子：液面高度的测量反馈元件浮子：液面高度的测量反馈元件 Q2Q2为系统的干扰量为系统的干扰量水箱：被控对象水箱：被控对象给定量：给定量：被控量：被控量：干扰量：干扰量：2024/5/5 2024/5/5 周日周日3636自动控制原理自动控制原理2024/5/5 2024/5/5 周日周日3737自动控制原理自动控制原理 有一发电机有一发电机-电动机调速系统如图电动机调速系统如图1-71-7所示。其工作原理是所示。其工作原理是操纵者转动操纵电位计的手柄，可使电位计的输出电压操纵者转动操纵电位计的手柄，可使电位计的输出电压UrUr改变改变大小和方向。经前置放大器和直流发电机两极放大，使加在伺大小和方向。经前置放大器和直流发电机两极放大，使加在伺服电机上的端电压也随之改变大小和方向。从而使负载具有所服电机上的端电压也随之改变大小和方向。从而使负载具有所要求的转速。试说明该系统的给定值、被控量和干扰量，并画要求的转速。试说明该系统的给定值、被控量和干扰量，并画出方块图。出方块图。例题1-22024/5/5 2024/5/5 周日周日3838自动控制原理自动控制原理给定值：操纵电位器转角被控量：负载转角干扰量：电源波动、负载变化等发电机发电机-电动机调速系统方框图电动机调速系统方框图2024/5/5 2024/5/5 周日周日3939自动控制原理自动控制原理车辆冲红灯监测系统：违章行驶造成惨剧车辆冲红灯监测系统：违章行驶造成惨剧2024/5/5 2024/5/5 周日周日4040自动控制原理自动控制原理大棚浇灌系统2024/5/5 2024/5/5 周日周日4141自动控制原理自动控制原理冶炼车间冶炼车间2024/5/5 2024/5/5 周日周日4242自动控制原理自动控制原理轧钢车间轧钢车间2024/5/5 2024/5/5 周日周日4343自动控制原理自动控制原理G Globallobal P Positioning ositioning S Systemystem2024/5/5 2024/5/5 周日周日4444自动控制原理自动控制原理2024/5/5 2024/5/5 周日周日4545自动控制原理自动控制原理月球近照2024/5/5 2024/5/5 周日周日4646自动控制原理自动控制原理2024/5/5 2024/5/5 周日周日4747自动控制原理自动控制原理 火星上的火星上的马力内尼斯峡谷。这个峡谷比美国马力内尼斯峡谷。这个峡谷比美国大峡谷还要大，图像显示它是被流水冲出来的。大峡谷还要大，图像显示它是被流水冲出来的。2024/5/5 2024/5/5 周日周日4848自动控制原理自动控制原理火星大峡谷火星大峡谷2024/5/5 2024/5/5 周日周日4949自动控制原理自动控制原理http:/ 2024/5/5 周日周日5050自动控制原理自动控制原理