自動(dòng)控制基本理論

1、自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理主要內(nèi)容主要內(nèi)容l自動(dòng)控制的歷史l自動(dòng)控制理論的基本概念自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史l前期控制(1400BC1900)l經(jīng)典控制(19351950)l現(xiàn)代控制(1950Now)自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史l公元前公元前330330年古希臘，水鐘運(yùn)用浮球控制器年古希臘，水鐘運(yùn)用浮球控制器l公元前公元前250250年，在油泵中保持液位恒定年，在油泵中保持液位恒定l16001600年左右，荷蘭人發(fā)明了溫度控制器年左右，荷蘭人發(fā)明了溫度控制器l16811681年，壓力控制器年，壓力控制器自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史1818世紀(jì)，瓦特的離心調(diào)速器世紀(jì)，瓦特

2、的離心調(diào)速器 尾 羽 空氣阻力 箭蔟 飛行方向 我國古代的弓箭我國古代的弓箭l控制系統(tǒng)的形成僅靠直覺和發(fā)明，未形成系統(tǒng)理論控制系統(tǒng)的形成僅靠直覺和發(fā)明，未形成系統(tǒng)理論l1818世紀(jì)，世紀(jì)，James Watt James Watt 為控制蒸汽機(jī)速度設(shè)計(jì)的離為控制蒸汽機(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。心調(diào)節(jié)器，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的第一項(xiàng)重大成果。l19221922年，年，MinorskyMinorsky研制出船舶操縱自動(dòng)控制器，并研制出船舶操縱自動(dòng)控制器，并證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法。證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法。l19321932年，年，Ny

3、quistNyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)響應(yīng)( (對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入) )，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。法。自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史l19341934年，年，HezenHezen提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機(jī)提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號(hào)的構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號(hào)的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。l1919世紀(jì)世紀(jì)4040年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供了年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供了一種可行方法，一種可行方法，EvansEvans提出并完善了根軌跡法

4、。提出并完善了根軌跡法。l1919世紀(jì)世紀(jì)5050年代末，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)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)。上的最佳系統(tǒng)。自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史美國美國MIT的的N. Wiener于于1948發(fā)表發(fā)表控制論控制論(Cybernetics)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史l1919世紀(jì)世紀(jì)6060年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的基年代，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。于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論提

5、供了可能。l從從19601960年到年到19801980，確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控，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。的研究。l從從19801980年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論進(jìn)展集中于魯棒控年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論進(jìn)展集中于魯棒控制、制、HH控制及其相關(guān)課題控制及其相關(guān)課題。自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史l控制理論發(fā)展控制理論發(fā)展l1.1.經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論l40405050年代形成年代形成 適用于適用于SISOSISO（單輸入單輸出）系統(tǒng)（單輸入單輸出）系統(tǒng) l基于：二戰(zhàn)軍工技術(shù)基于：二戰(zhàn)軍工技術(shù)l目

6、標(biāo)：反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定目標(biāo)：反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定 l基本方法：傳遞函數(shù)，頻率法，基本方法：傳遞函數(shù)，頻率法，PIDPID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 ( (頻域頻域) )l2.2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論l60607070年代形成年代形成 適用于適用于MIMO MIMO （多輸入多輸出）系統(tǒng)（多輸入多輸出）系統(tǒng) l基于：基于： 冷戰(zhàn)時(shí)期空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)冷戰(zhàn)時(shí)期空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)l目標(biāo)：最優(yōu)控制目標(biāo)：最優(yōu)控制l基本方法：狀態(tài)空間表達(dá)式基本方法：狀態(tài)空間表達(dá)式自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史瓦特瓦特(1736-1819)(1736-1819)自動(dòng)控制的歷史自動(dòng)控制的歷史牛頓牛頓(1642-1727)(1642-1

7、727)拉普拉斯拉普拉斯(1749-1827)(1749-1827)李亞普諾夫李亞普諾夫(1857-1918)(1857-1918)我國歷史和現(xiàn)狀我國歷史和現(xiàn)狀l我國起步晚，在現(xiàn)代科學(xué)史上沒有占據(jù)一我國起步晚，在現(xiàn)代科學(xué)史上沒有占據(jù)一席之地，席之地，19541954年年錢學(xué)森錢學(xué)森創(chuàng)立并引入工程控創(chuàng)立并引入工程控制論，制論，8080年代普遍開展教學(xué)和研究，但基年代普遍開展教學(xué)和研究，但基礎(chǔ)工業(yè)落后，以原料到生產(chǎn)，各方面落后，礎(chǔ)工業(yè)落后，以原料到生產(chǎn)，各方面落后，從自動(dòng)化的材料、元件、系統(tǒng)和技術(shù)各方從自動(dòng)化的材料、元件、系統(tǒng)和技術(shù)各方面都與發(fā)達(dá)國家有較大差距。面都與發(fā)達(dá)國家有較大差距。自動(dòng)控制的

8、基本概念自動(dòng)控制的基本概念l什么是自動(dòng)控制l自動(dòng)控制理論的內(nèi)容l自動(dòng)控制的基本方式l自動(dòng)控制系統(tǒng)示例l自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類l對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)l控制的本意：控制的本意：為了達(dá)到某種目的對(duì)事物進(jìn)行支配、為了達(dá)到某種目的對(duì)事物進(jìn)行支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。l自動(dòng)控制：自動(dòng)控制：在沒有人直接參與的情況下，利用外加在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀

9、態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。l自動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。體，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。 l人工控制與自動(dòng)控制人工控制與自動(dòng)控制X電飯煲電飯煲X空調(diào)空調(diào)X抽水馬桶抽水馬桶X汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制X導(dǎo)彈飛行控制導(dǎo)彈飛行控制X聲控光控路燈聲控光控路燈XX煤氣灶上油煎雞煤氣灶上油煎雞蛋時(shí)的油溫控制蛋時(shí)的油溫控制X自行車速度控制自行車速度控制l汽車駕駛汽車駕駛X收

10、音機(jī)音量調(diào)節(jié)收音機(jī)音量調(diào)節(jié) 自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)l自動(dòng)控制學(xué)科的特點(diǎn)自動(dòng)控制學(xué)科的特點(diǎn): :l應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛l日益重要日益重要l發(fā)展迅速發(fā)展迅速自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自自動(dòng)動(dòng)控控制制理理論論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論(19(19世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉-2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代) )線性線性非線性非線性波波夫法波波夫法李雅普諾夫法李雅普諾夫法描述函數(shù)法描述函數(shù)法相平面法相平面法采樣控制采樣控制Z Z變換法變換法現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制理論理論(60(60年代以來年代以來) )狀態(tài)反饋控制狀態(tài)反饋控制自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制時(shí)域法時(shí)域法頻域法頻域法最優(yōu)控制最優(yōu)控

11、制智能控制智能控制模糊控制模糊控制根軌跡法根軌跡法預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制大系統(tǒng)多層分散控制大系統(tǒng)多層分散控制自動(dòng)控制理論的內(nèi)容自動(dòng)控制理論的內(nèi)容研究對(duì)象研究對(duì)象數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)工具常用分析方法常用分析方法局局 限限 性性經(jīng)經(jīng)典典控控制制單輸入單輸入- -單單輸出輸出線性定常線性定常系統(tǒng)系統(tǒng)微分方程微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)時(shí)域分析法，頻時(shí)域分析法，頻域分析法域分析法, ,根軌根軌跡分析法跡分析法對(duì)復(fù)雜多變量對(duì)復(fù)雜多變量系統(tǒng)、時(shí)變和系統(tǒng)、時(shí)變和非線性系統(tǒng)無非線性系統(tǒng)無能為力能為力現(xiàn)現(xiàn)代代控控制制多輸入多輸入- -多多輸出變系輸出變系數(shù)，非線數(shù)，非線性等系統(tǒng)性等系統(tǒng)線性代數(shù)線性代數(shù)矩陣?yán)碚摼仃嚴(yán)碚摖顟B(tài)空間法狀

12、態(tài)空間法比較繁瑣比較繁瑣（計(jì)算機(jī)技術(shù)的（計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，這一迅速發(fā)展，這一局限性已克服局限性已克服) )自動(dòng)控制理論的內(nèi)容自動(dòng)控制理論的內(nèi)容自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l開環(huán)控制l閉環(huán)控制l復(fù)合控制 輸入補(bǔ)償 擾動(dòng)補(bǔ)償開環(huán)控制開環(huán)控制定義：定義：輸出量與輸入量之間沒有反向聯(lián)系，只靠輸輸出量與輸入量之間沒有反向聯(lián)系，只靠輸入量對(duì)輸出量單向控制的系統(tǒng)叫開環(huán)控制系統(tǒng)。入量對(duì)輸出量單向控制的系統(tǒng)叫開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制又可稱為前饋控制，因?yàn)榭刂谱鏖_環(huán)控制又可稱為前饋控制，因?yàn)榭刂谱饔檬怯奢斎胄盘?hào)直接向前輸送，而不是由輸出用是由輸入信號(hào)直接向前輸送，而不是由輸出信號(hào)回輸?shù)捷斎胄盘?hào)來進(jìn)行控

13、制的，故稱為前信號(hào)回輸?shù)捷斎胄盘?hào)來進(jìn)行控制的，故稱為前饋控制。饋控制。控制裝置控制裝置被控對(duì)象被控對(duì)象控制量控制量擾動(dòng)擾動(dòng)被控制量被控制量自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電位器（產(chǎn)生給定電電位器（產(chǎn)生給定電壓壓ur）如果）如果010V轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速01000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)可可控控硅硅功功放放直直流流放放大大器器M負(fù)載負(fù)載nP+ +電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓uruauk方框圖為：方框圖為：電位器電位器電壓電壓放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)Purukn擾動(dòng)擾動(dòng)ua開環(huán)控制開環(huán)控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1

14、.1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)2.2.調(diào)試方便調(diào)試方便3.3.抗干擾能力差，控制精度不高。抗干擾能力差，控制精度不高。自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式電位器電位器電壓電壓放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)Purukn擾動(dòng)擾動(dòng)ua定義：定義：輸出量與輸入量之間有反向聯(lián)系，靠輸入量與主輸出量與輸入量之間有反向聯(lián)系，靠輸入量與主反饋信號(hào)之間的偏差對(duì)輸出量進(jìn)行控制的系統(tǒng)叫閉環(huán)反饋信號(hào)之間的偏差對(duì)輸出量進(jìn)行控制的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。反饋：反饋：是把系統(tǒng)輸出量全部或一部分回送到輸入端，以是把系統(tǒng)輸出量全部或一部分回送到輸入端，以增強(qiáng)或減弱輸入信號(hào)的效應(yīng)。增強(qiáng)或減弱輸入信號(hào)的

15、效應(yīng)。 閉環(huán)控制又可稱為反饋控制，因?yàn)榭刂谱鏖]環(huán)控制又可稱為反饋控制，因?yàn)榭刂谱饔檬怯奢斎胄盘?hào)和輸出信號(hào)回輸?shù)捷斎氲男盘?hào)用是由輸入信號(hào)和輸出信號(hào)回輸?shù)捷斎氲男盘?hào)共同來進(jìn)行控制的，故稱為反饋控制。共同來進(jìn)行控制的，故稱為反饋控制。閉環(huán)控制閉環(huán)控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l鍋爐設(shè)備的壓力和溫度自動(dòng)保持恒定鍋爐設(shè)備的壓力和溫度自動(dòng)保持恒定l數(shù)控機(jī)床按照預(yù)定的程序自動(dòng)地切削工件數(shù)控機(jī)床按照預(yù)定的程序自動(dòng)地切削工件l導(dǎo)彈發(fā)射與制導(dǎo)系統(tǒng)，自動(dòng)使導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)導(dǎo)彈發(fā)射與制導(dǎo)系統(tǒng)，自動(dòng)使導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)l無人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行無人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行l(wèi)人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定

16、軌道運(yùn)行并回收人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收l自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活領(lǐng)域中，自動(dòng)控制已成經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活領(lǐng)域中，自動(dòng)控制已成為現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)中不可缺少的重要組成部分。為現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)中不可缺少的重要組成部分。閉環(huán)控制的應(yīng)用閉環(huán)控制的應(yīng)用自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l引入閉環(huán)控制后的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。引入閉環(huán)控制后的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。+ +可可控控硅硅功功放放直直流流放放大大器器M負(fù)載負(fù)載n電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓uuaukur測(cè)速測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)Gub+ +- -閉環(huán)控制閉環(huán)

17、控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式閉環(huán)控制的方框圖閉環(huán)控制的方框圖電位器電位器電壓電壓放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)Purukn擾動(dòng)擾動(dòng)ua電位器電位器電壓電壓放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)- -urukn擾動(dòng)擾動(dòng)ua測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)uub自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l同開環(huán)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)由于干擾引起的轉(zhuǎn)速同開環(huán)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)由于干擾引起的轉(zhuǎn)速誤差要小得多。誤差要小得多。l只有負(fù)反饋控制系統(tǒng)才能完成自動(dòng)控制的任務(wù)只有負(fù)反饋控制系統(tǒng)才能完成自動(dòng)控制的任務(wù)l負(fù)反饋控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)：檢測(cè)偏差，糾正偏差負(fù)反饋控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)：檢測(cè)偏

18、差，糾正偏差 按偏差控制按偏差控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式電位器電位器電壓電壓放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)- -urukn擾動(dòng)擾動(dòng)ua測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)uub閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。2.2.抗擾性好，控制精度高?？箶_性好，控制精度高。3.3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。 4.4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l兼有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的優(yōu)兼有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，精度很高點(diǎn)，精度很高復(fù)合控制

19、復(fù)合控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式l復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)（按補(bǔ)償對(duì)象不同，可分為）（按補(bǔ)償對(duì)象不同，可分為） 按給定補(bǔ)償按給定補(bǔ)償 按擾動(dòng)補(bǔ)償按擾動(dòng)補(bǔ)償 控控 制制 裝裝 置置 被被 控控 對(duì)對(duì) 象象 補(bǔ)補(bǔ) 償償 裝裝 置置 輸輸出出量量 輸輸入入量量 + 按給定補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按給定補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式 控 制 裝 置 被 控 對(duì) 象 補(bǔ) 償 裝 置 輸輸出出量量 輸輸入入量量 + 擾擾動(dòng)動(dòng)量量 + 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制的基本方式自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例鍋爐氣鼓水位控制系統(tǒng)鍋爐氣鼓水位控制系統(tǒng)眼眼

20、腦腦手手手閥手閥氣鼓氣鼓蒸汽蒸汽水位計(jì)水位計(jì)給水給水測(cè)量變送器測(cè)量變送器控制器控制器給定值給定值執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)控制閥控制閥手閥手閥氣鼓氣鼓蒸汽蒸汽給給水水控制閥控制閥水位變送器水位變送器執(zhí)行器執(zhí)行器給定值給定值控制器控制器 電電 位位 器器 V+ 功功率率 放放大大器器 電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 負(fù)負(fù)載載 測(cè)測(cè)速速發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī) 被控對(duì)象被控對(duì)象被控量被控量反饋量反饋量給定量給定量控制量控制量擾動(dòng)量擾動(dòng)量自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖圖控制器控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量變速器測(cè)量變速器-r給定值給定值e偏

21、差偏差擾動(dòng)擾動(dòng)被控量被控量nc測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào) 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例閉環(huán)控制系統(tǒng)中的基本術(shù)語閉環(huán)控制系統(tǒng)中的基本術(shù)語l(1) 被控對(duì)象被控對(duì)象l(2) 被控量或輸出量被控量或輸出量l(3) 控制量控制量l(4) 設(shè)定量或輸入量設(shè)定量或輸入量l(5) 擾動(dòng)量擾動(dòng)量l(6) 反饋量反饋量l(7) 偏差量偏差量l(8) 前向通道或正向通道前向通道或正向通道l(9) 反饋通道或反向通道反饋通道或反向通道l(10) 理想輸出理想輸出l(11) 實(shí)際輸出實(shí)際輸出自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類l1.1.根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分 a.a.負(fù)反饋系統(tǒng)（閉環(huán)系統(tǒng)）負(fù)反饋系統(tǒng)（閉環(huán)系統(tǒng)） b.b.

22、前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)系統(tǒng)）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)系統(tǒng)） c.c.復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)l2.2.根據(jù)系統(tǒng)功能劃分根據(jù)系統(tǒng)功能劃分 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng) 位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng) l3.3.按給定值的形式劃分按給定值的形式劃分 a.a.定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)（輸入量是恒定的常值，任務(wù)：（輸入量是恒定的常值，任務(wù)：在各種擾動(dòng)作用下都能使輸出量保持在恒定希望在各種擾動(dòng)作用下都能使輸出量保持在恒定希望值附近，如恒溫、水位、恒壓控制系統(tǒng)）值附近，如恒溫、水位、恒壓控制系統(tǒng)） b.b.隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)（也叫伺服系統(tǒng)，跟蹤系統(tǒng)）（也叫伺服系統(tǒng)，跟蹤系統(tǒng)） 這種控制系統(tǒng)的輸入量是事

23、先不知道的任意時(shí)這種控制系統(tǒng)的輸入量是事先不知道的任意時(shí)間函數(shù)。任務(wù)：使輸出量迅速而準(zhǔn)確地跟隨輸入間函數(shù)。任務(wù)：使輸出量迅速而準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化。比如：飛機(jī)和艦船的操舵系統(tǒng)，量的變化而變化。比如：飛機(jī)和艦船的操舵系統(tǒng)，雷達(dá)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。雷達(dá)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。 c.c.程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)（輸入量按照給定的程序變化。（輸入量按照給定的程序變化。任務(wù)：使輸出量按預(yù)先給定的程序指令而動(dòng)作）任務(wù)：使輸出量按預(yù)先給定的程序指令而動(dòng)作）最典型的就是數(shù)控車床和機(jī)器人控制系統(tǒng)。最典型的就是數(shù)控車床和機(jī)器人控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類l4.4.按系統(tǒng)的特性分類按系統(tǒng)的特性分類 a.a

24、.線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)( (具有疊加性和齊次性，可以用線性具有疊加性和齊次性，可以用線性微分方程來描述微分方程來描述) ) b.b.非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)（不適用疊加原理，用非線性方（不適用疊加原理，用非線性方程來描述）程來描述）l5.5.按信號(hào)的形式分類按信號(hào)的形式分類 a.a.連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng) b.b.離散控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求l輸入信號(hào)和擾動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)典型的外作用，但希望輸入信號(hào)和擾動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)典型的外作用，但希望系統(tǒng)只受輸入信號(hào)的控制，而絲毫不受擾動(dòng)的影響，系統(tǒng)只受輸入信號(hào)的控制，而絲毫不受擾動(dòng)的影響，

25、所以我們只研究在輸入信號(hào)作用下，對(duì)系統(tǒng)性能的所以我們只研究在輸入信號(hào)作用下，對(duì)系統(tǒng)性能的要求。要求?？刂破骺刂破鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量變速器測(cè)量變速器-r給定值給定值e偏差偏差被控量被控量c測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào) 去掉擾動(dòng)后的自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖去掉擾動(dòng)后的自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖l當(dāng)輸入信號(hào)突然發(fā)生跳變時(shí)，這時(shí)輸出量還處當(dāng)輸入信號(hào)突然發(fā)生跳變時(shí)，這時(shí)輸出量還處在原有的平衡狀態(tài)，這樣就出現(xiàn)了偏差，這個(gè)在原有的平衡狀態(tài)，這樣就出現(xiàn)了偏差，這個(gè)偏差控制輸出量達(dá)到新的平衡，這就是一個(gè)調(diào)偏差控制輸出量達(dá)到新的平衡，這就是一個(gè)調(diào)節(jié)過程。節(jié)過程。t01輸入輸入r(t)t01輸入輸入c(t)12理想的理想的

26、調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程實(shí)際實(shí)際對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求整個(gè)調(diào)節(jié)過程分為兩個(gè)階段整個(gè)調(diào)節(jié)過程分為兩個(gè)階段: :la.a.過渡過程過渡過程 反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。（輸出量處于激反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。（輸出量處于激烈變化之中）烈變化之中）lb.b.穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程 反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。（輸出量穩(wěn)定在反映系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。（輸出量穩(wěn)定在新的平衡狀態(tài)，并保持不變。）新的平衡狀態(tài)，并保持不變。） t01輸入輸入c(t)12理想的理想的調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程實(shí)際實(shí)際對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求典型外作用：典型外作用： 為了能對(duì)不同的控制系統(tǒng)的性能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來恒為了能對(duì)不同的控制系

27、統(tǒng)的性能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來恒量，通常需要選擇量，通常需要選擇幾種典型幾種典型的外作用。的外作用。選取原則選取原則（1）在現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)中容易產(chǎn)生）在現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)中容易產(chǎn)生（2）系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是）系統(tǒng)在工程中經(jīng)常遇到，并且是最不利的外作用。最不利的外作用。（3）數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單，便于理論分析）數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單，便于理論分析對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求l對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求 階躍輸入是變化最劇烈，對(duì)系統(tǒng)最不利的外作用，階躍輸入是變化最劇烈，對(duì)系統(tǒng)最不利的外作用，如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下能滿足自動(dòng)控制任務(wù)。如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下能滿足自動(dòng)控制任務(wù)。那么，系統(tǒng)在其它緩慢變化的外作用下更能滿足要那么，系統(tǒng)在其它緩慢變化的外作用下更能滿足要求。所以，常選用階躍函數(shù)作用典型輸入來研究系求。所以，常選用階躍函數(shù)作用典型輸入來研究系統(tǒng)的性能。階躍響應(yīng)的某些特征值，就是性能指標(biāo)，統(tǒng)的性能。階躍響應(yīng)的某些特征值，就是性能指標(biāo)，可以統(tǒng)一評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。總的來說，希望實(shí)際的可以統(tǒng)一評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。總的來說，希望實(shí)際的調(diào)節(jié)過程盡可能接近于理想的調(diào)節(jié)過程。工程上把調(diào)節(jié)過程盡可能接近于理想的調(diào)節(jié)過程。工程上把它歸結(jié)為它歸結(jié)為穩(wěn)、準(zhǔn)、快穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)