电班用11年自动控制原理简介及第一章一般概念.ppt

自动控制原理,任课教师及答疑安排,任课教师： 任丽红 办公室： 自动化教研室 主楼4204 联系方式：8129 2149 答疑安排：周四下午 4204,教材及参考书目,教材： 胡寿松 主编.自动控制原理(第五版). 北京: 科学出版社 参考书： 1、自动控制原理 清华大学 哈尔滨工业大学等 特点：传统教材，有利于考研。 2、自动控制系统（第八版）（Automatic Control Systems) 美 Benjamin C. Kuoden等著 高等教育出版社 2004.7. 特点：经典与现代结合，把控制理论、实际例子与计算机工具有机结合，给出了计算软件和虚拟实验室。47. 9元 3、现代控制系统（第八版）（Modern Control Systems) 美 Richard C. Dorf等著 高等教育出版社 2001.6. 特点： 给出了大量的实际例子，特别是以磁盘驱动控制系统作为“循序渐进设计示例”，每章分别研究了磁盘驱动控制系统设计的不同方面。55. 00元 4、现代控制工程 (第三版)（Modern Control Engineering) 美 Katsuhiko Ogata著 电子工业出版社 2000.5. 特点：经典与现代结合，引入Matlab，国外电子信息科学经典教材系列。90.00元,学时安排与成绩评定,总学时：64学时（其中实验8学时：4*2学时） 成绩评定： 闭卷 17周周一、 期末闭卷考试（70%） +实验成绩（20%） +平时成绩（10%） 作业： 每星期二 交作业（准备两个作业本）,课程简介,自动控制原理是信息工程学院专业基础平台课程，电气信息类专业标志性课程，必修课，核心课，是多个专业的考研课程之一。 考研：自动控制原理：经典（本课程） +现代（下学期开）,电气信息类专业：自动化、电气工程及其自动化 计算机科学与技术、通信工程、电子信息工程、 电子科学与技术、生物医学工程等7个专业。 教育部普通高等学校本科专业设置（2001版）,怎样学好理论课,研究共性的问题，是指具有严格的理论体系，需要定量描述和抽象思维的一类课程 。 (1)广泛阅读参考书，相互印证，深刻理解理论体系。 (2)完成大量练习，积极讨论问题。在试做习题之前，一定要对有关理论内容，有初步的理解，不然则是事倍功半。个人的理解有时会出现偏差，通过集体讨论可以纠正错误理解或相互补充。 (3)理论联系实际，演绎归纳并重。许多理论课程采用的是演绎体系，即由一般到个别的过程。但是，工程实践类的知识往往是归纳体系，即由个别到一般的过程。 在学习理论课时，需要正确把握演绎方法和归纳方法的正确运用。,学习方法,1、 注意与已修课程的联系,2、数学应用较多，课程有一定难度，要下工夫， 多做题，一定要独立完成作业,学习方法,3、重视系统思维方式的建立，建立的越早对课程的理解越容易。系统地认识和影响事物。 4、每章结束，一定要写小结，这是固定作业。,本课程是一门比较抽象、涉及面广的专业基础课。学习它既不能陷于专业技术中，仅研究专业技术问题，但又必须紧密结合工程实践。课程以数学、物理及有关科学为其理论基础，运用信息的传递、处理与反馈进行控制这一正确的思维方法与观点，在数理基础课程与专业课程之间架起一道桥梁。,本课程几乎要涉及到工科专业学生在学习本课程前所学的全部数学知识，特别是高等数学、复变函数和积分变换、线性代数等，以及必要的电学、力学基础知识。应当指出，在学习本课程时，不必过分追求数学论证上的严密性，但一定要充分注意到数学结论的准确性与物理概念的明晰性。,控制理论不仅是一门重要的学科，而且是一门卓越的方法论。在学习本课程时，既要十分重视抽象思维，了解一般规律，又得充分注意结合实际，联系专业，努力实践。要重视实验，要重视习题，仔细研读教材，独立完成作业，这些都有助于对基本概念的理解与基本方法的运用。,课程特点和学习方法,第一章 自动控制的一般概念,1.1 自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,第一章 自动控制的一般概念,1.1 自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,完整的自动控制理论形成于20世纪40年代末 四个阶段： 经典控制理论阶段 现代控制理论阶段 大系统控制理论阶段 智能控制理论阶段 但自动控制技术却早有应用，其广泛应用开始于欧洲工业革命时期。,1. 1 自动控制理论的发展过程,自动控制技术的广泛应用,1. 1 自动控制理论的发展过程,公元1788年 ，James Watt 为控制蒸汽机转速设计了离心式调速器，将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统 。是自动控制领域的第一项重大成果,19世纪60年代开始进入控制系统高速发展的时期 1868年：以离心式调速器为背景，麦克斯韦尔 （J.C.Maxwell）基于线性微分方程的描述给 出了反馈系统的稳定性条件 1877年：劳斯（Routh） 1895年：霍尔维茨（Hurwitz） 分别给出了高阶线性系统的代数稳定性判据 1892年：李亚普诺夫（Lyapunov）提出李亚普诺夫稳 定性理论，给出了线性、非线性系统稳定性判据,1. 1 自动控制理论的发展过程,1922年：米罗斯基(Minorsky)给出了位置控制系统的分 析，并对PID三作用控制给出了控制规律公式 1942年：齐格勒（Zigler）和尼克尔斯（Nichols） 给出了PID参数的整定方法 1925年 英国电气工程师亥维赛Heaviside应用拉普拉斯 变换求解电网络，创立了运算微积分，不久被应 用到自动控制系统的分析中。在拉普拉斯变换基 础上引入传递函数来描述系统。,1. 1 自动控制理论的发展过程,20世纪20年代以前 时域分析法占主要地位,1932年： Nyquist提出了著名的基于频率特性判断闭环系 统稳定性的乃奎斯特稳定性判据 1940年： Bode提出频率特性的对数坐标图描述方法， 使频域特性的绘制更适用于工程设计 频率响应法为闭环控制系统工程设计提供了一种可行方法。 1948年， N. Wiener发表了著名的控制论， 标志经典控制理论的形成。 1948年： Evans提出根轨迹法，进一步充实经典控制论。 而后又添加了非线性系统控制和离散系统控制理论，形成了 完整的经典控制理论体系,1. 1 自动控制理论的发展过程,经典控制理论（本课程学习的内容） 研究对象：单输入单输出、线性、定常系统 数学模型：微分方程、传递函数、频率特性 分析设计方法：时域法、根轨迹法、频域法， 常采用图解法 设计的系统强调 稳定性 ，并满足一组适当的性能 要求，但不是某种意义上的最优系统,1. 1 自动控制理论的发展过程,现代控制理论阶段 20世纪50年代末，控制系统设计问题的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的最优系统。 科学技术发展的需要、设备复杂、工艺要求高，多输入多输出的问题开始需要。 20世纪60年代，数字计算机技术的迅速发展为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。,1. 1 自动控制理论的发展过程,在现代控制理论发展中，特别应该提到三位学者的重大贡献： 1956年，前苏联科学家Pontryagin 提出的极大值原理； 1957年，美国学者Bellman提出动态规划； 1960年，美国的Kalman提出了Kalman滤波理论和状态空间 分析方法； 他们的工作对现代控制理论的建立有着特别重要的作用。,现代控制理论 时域分析中主要以状态空间法为基础， 研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。 系统具有高精度和高效能的特点。,1. 1 自动控制理论的发展过程,20世纪70年代开始，计算机技术不断发展，并在自动控制系统中应用 大系统控制理论（理论的广度拓展） （1）现代频域方法，该方法以传递函数矩阵为数学模型，研究线性定常多变量系统；（2）自适应控制理论和方法，该方法以系统辨识和参数估计为基础，处理被控对象不确定和缓时变，在实时辨识基础上在线确定最优控制规律；（3）鲁棒控制方法，该方法在保证系统稳定性和其它性能基础上，设计不变的鲁棒控制器，以处理数学模型的不确定性； （4）预测控制方法，该方法为一种计算机控制算法，在预测模型的基础上采用滚动优化和反馈校正，可以处理多变量系统。 大系统理论是过程控制与信息处理相结合的综合自动化理论基础，是动态的系统工程理论，具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。,1. 1 自动控制理论的发展过程,智能控制理论（理论的深度拓展） 智能控制的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。被控对象的复杂性体现为:模型的不确定性，高度非线性，分布式的传感器和执行器，动态突变，多时间标度，复杂的信息模式，庞大的数据量，以及严格的特性指标等。而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和难以辨识。试图用传统的控制理论和方法去解决复杂的对象，复杂的环境和复杂的任务是不可能的。 智能控制的方法包括模糊控制，神经元网络控制，专家控制等方法。 自动控制理论的建立和发展，不仅推动了自动控制技术的发展，而且还向多学科综合应用方面发展。不仅应用在工程领域，还应用在经济、社会系统等领域，已成为现代社会不可缺少的组成部分,1. 1 自动控制理论的发展过程,建立系统数学模型 系统分析： 指定一个具体系统，如何建立该系统的数学模型，并从理论上对系统的动态性能和稳态性能进行定性和定量的分析计算。 系统校正和设计： 指已知对系统的各种性能要求，如何根据已知的实际情况，合理地确定控制装置的结构和参数，使得系统达到性能要求。,自动控制原理课程的主要任务,本课程内容-经典控制理论,主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统的分析等。 重点掌握：控制系统的数学建模； 线性系统的时域分析及稳定性分析：劳斯判据；根轨迹画法；系统的频率特性，幅相曲线、对数幅频相频曲线的绘制，奈奎斯特判据；线性系统的校正；线性离散系统中的信号采样与保持，Z变换及性能分析；非线性系统的相平面分析法及描述函数法分析法等。,第一章 自动控制的一般概念,1.1 自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,人工（手动）控制 控制水槽液位保持一定,1. 2 自动控制的一般概念,人在参与控制中起了以下三方面的作用： 1) 测量过程：测量实际液面高度h1用眼睛。 2) 决策过程：将测得实际液面h1与希望液面的高度h0相比较，发出控制命令 用脑。 3) 执行过程：根据控制命令，改变进水阀的开度，改变进水流量用手。,人工控制的特点： 1、人直接参与控制 2、控制精度低 3、劳动强度大，劳动效率低 4、危险性 。,由于有人直接参与控制，所以称为人工控制。,利用外加的设备取代人的劳动，设备应具有类似于人的眼睛、大脑、手的功能，依其功能分别称为测量元件、比较元件和执行元件，统称控制装置,液位(自动)反馈控制系统,自动控制 是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的工作状态或参数（即被控量）按照预定的技术要求进行工作。 控制装置：外加的设备、装置 被控对象：被控制的设备、装置或生产过程,1.2 自动控制的一般概念,自动控制的作用,保证控制精度，提高劳动生产率， 改善生活质量，探索未知世界。,自动控制系统 是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。,控制装置：对被控对象起控制作用的设备总体 由具有一定职能的各种基本元件组成的。 控制装置主要包括： 测量元件、给定元件、比较元件、 放大元件、执行元件、校正元件,1. 2 自动控制的一般概念,被控对象：被控制的设备、装置或生产过程,测量元件测量被控变量。传感器，测量仪表 如果被控量为电信号，一般不需要专门的元件进行测量。如果被控量是非电量，则需要专门的元件进行测量，并转换为电信号，以便处理。 例如：测速电机：检测电动机轴的速度并转换为电压 热电偶：测温度并转换为电压 电位器：将位置、角度转换为电压 给定元件给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （电位器中点）。,比较元件对测量元件与给定元件给出的信号进行比较，给出二者的差值。 差动放大器、差动变压器、差动齿轮组和电桥等都是常用的比较元件。电信号可通过反向串联得到偏差电压。（电位器） 放大元件比较元件给出的偏差信号通常微弱，不足以驱动执行元件动作时，一般都需要放大元件进行电压和功率放大，来推动执行元件去控制被控对象 各种电子放大器是最常用的放大元件,执行元件直接推动被控对象或其某一部件，使被控量发生改变 电动机、阀、液压马达等是常用的执行元件 （电机、减速器和阀） 校正元件（补偿元件）为了改善控制系统的动、静态性能而加上的某种形式的校正装置。有的自动控制系统中也可没有校正元件,分析系统的功能，常将系统抽象成 功能方块图 表示,方块（框）图： 用方块表示系统中的各个元件（硬件）部分，方块内写出元件的名称。用箭头表示信号线的流向。进入方块的箭头表示各元件的输入量，离开方块的箭头表示方块的输出量。,方框图中的几种表示法：,比较环节,1. 2 自动控制的一般概念,自动控制系统的基本组成方块图,反馈控制系统的基本组成,反馈控制系统的基本组成,1. 2 自动控制的一般概念,反馈控制系统 的基本组成,常用术语：,被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。 是控制系统的主体。如水槽、锅炉、电炉、机器人、电冰箱等,控制装置：则指对被控对象起控制作用的设备总体。 组成,输入量：也叫给定值、给定信号、输入信号、参考输入、参据量 作用于系统输入端并作为控制依据的物理量，是有用输入， 一般放在方块图的最左端,输出量：也叫被控变量、输出信号、输出变量、 是被控对象的输出，是要被控制的参数变量，也是系统的输出 一般放在方块图的最右端,干扰：又称扰动，会破坏输入量对系统的控制。 是系统不希望的外部作用。 除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。 偏差信号：输入信号与主反馈信号的差 ，常用 e(t) 表示 误差信号：输出的期望值与实际值的差， 当主反馈为单位反馈时，误差信号等于偏差信号 控制量（信号）：控制器的输出（送到执行元件的信号） 操作变量：执行元件的输出,反馈控制系统的基本组成,前向通路：信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路,主反馈通路：系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路,主回路：前向通路与主反馈通路共同构成 此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。,单回路系统：只包含一个主反馈通路的系统,多回路系统：有两个或两个以上反馈通路的系统,第一章 自动控制的一般概念,1.1自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,三种基本的控制方式 开环控制方式 反馈控制方式（闭环控制） 复合控制方式,1. 3 自动控制系统的基本控制方式,开环控制,可按给定量控制方式组成，也可以按扰动控制方式组成。 输入量（或干扰）和输出量之间只有前向通道，没有反馈通道。不对输出量进行检测，或者虽然进行检测，但对系统工作不起控制作用,按给定量控制的开环控制：其控制作用直接由系统的输入量产生，给定一个输入量，就有一个输出量与之相对应，控制精度完全取决于所用的元件及校准的精度。没有自动修正偏差的能力，抗扰动性较差。但其结构简单、成本低，适用于在精度要求不高或扰动影响较小的场合。,按扰动控制的开环控制系统：是利用可测的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响，这种控制方式也称顺馈控制、前馈控制。直接从扰动取得信息来改变被控量，因此抗干扰性强，控制精度较高，但只适用于扰动可测的场合。,自动售货机、自动洗衣机、产品自动生产线、数控车床、指挥交通的红绿灯的控制都属于这种开环控制,开环控制例题3：电炉温度开环控制系统,例题4 电动机转速开环控制系统,开环控制例题5：按扰动开环控制的速度控制系统（前馈）,一般的直流速度控制系统中，转速常常随负载的增加而下降，且其转速的下降是由于电枢回路的电压降引起的。如果设法将负载引起的电流变化测量出来，并按其大小产生一个附加的控制作用，用以补偿由它引起的转速下降，这样就可以构成按扰动控制的开环控制系统，如右上图所示。可见，这种按扰动控制的开环控制方式是直接从扰动取得信息，并据以改变被控量，因此，其抗扰动性好，控制精度也较高，但它只适用于扰动是可测量的场合。,反馈控制（闭环控制）组成及工作原理,反馈（闭环）控制系统的方框图,四大基本组成：被控对象、测量变送器、控制器、执行器,反馈（闭环）控制系统的方框图,反馈控制原理： 把输出量检测出来，经过变换，再反馈到输入端； 和给定值进行比较，得到偏差信号； 根据偏差的大小，产生控制作用； 控制信号通过执行器的操作，逐步减少或消除偏差， 从而实现控制目标,反馈（闭环）控制系统的方框图,反馈：被控量经测量后的信号回送到输入端 分为正反馈和负反馈 负反馈：控制作用的方向与偏差的方向相反， （如：偏差增大，控制作用应使偏差减小） 使被控对象输出趋于希望值 自动控制系统中主要讨论负反馈,偏差=给定值反馈信号值 负反馈闭环控制的本质：按偏差进行控制。 只要出现偏差，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除偏差，使被控量与期望值趋于一致。 优点：1、能抑制各种扰动对被控量产生影响的能力 2、控制精度较高 3、系统使用元件较多，结构复杂，系统的性能分析和设计 也较麻烦。 闭环控制在自动控制系统中广泛应用,反馈（闭环）控制系统的方框图,闭环控制系统的例题1,液位(自动)反馈控制系统,被控对象：水槽 被控变量：液位的高度 给定值（参据量）：与期望液位对应的给定电压（电位器 中点电压，为0） 测量变送元件：浮子、杠杆、电位器触头（电刷） 执行元件：电动机、减速器、阀 工作原理： 当电位器电刷位于中点位置时，反馈信号等于给定值，偏差为0，电动机电枢电压为0，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度h0上。 一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。如当液面升高时，浮子位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。这样，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度h0 。,闭环控制系统的例题2：电动机速度闭环控制系统,复合控制,是把 按偏差的闭环控制 和 按扰动的开环控制 结合起来的控制方式 对于主要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时，再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。这样，系统的主要扰动已被补偿，反馈控制系统就比较容易设计，控制效果也会更好。,复合控制的例题6：电动机速度复合控制,第一章 自动控制的一般概念,1.1自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,分析自动控制系统的工作原理， 画出原理方块图,读懂题意，明确控制的目的，并做如下分析： 1、被控对象？ 被控变量（输出量）？ 2、控制装置？具体 P4 ： 测量变送元件？ 给定元件？ 系统的输入量（给定值、期望值）？ 比较元件？ 控制器：校正元件？放大元件？ 执行元件？ 3 、开环控制？ 闭环控制？ 复合控制？ 画出方块图 4、分析工作原理,闭环控制系统基本组成方块图,说明： 1、输入量在最左端，输出在最右端 2、比较元件一般不用方块表示，而用图中的比较环节单独表示 3、负反馈：要在反馈信号线附近标注负号“” 4、四大组成：被控对象、测量变送、控制器、执行器 5、若存在干扰，可如图表示 6、注意信号线的方向,被控对象,给定元件,校正元件,开环控制系统基本组成方块图,复合控制系统基本组成方块图,复合控制图： 按可测扰动开环控制+闭环控制,1、液位控制系统 2、发电机-电动机调速系统 3、液位控制系统（已讲过） 4、电炉微型计算机温度控制系统 5、谷物湿度控制系统 6、热处理炉温度控制系统 被控对象？被控变量？测量元件？给定值？执行元件？ 系统方块图？开环控制？闭环控制？复合控制？系统工作原理？,1. 4 自动控制系统示例,一个液位控制系统原理图如下。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。试画出相应的控制系统的方框图及人工操纵液位控制系统方块图。,例题1-1,控制器：比较、放大的作用 浮子：液面高度的反馈元件 Q2为系统的干扰量 气动阀门：执行机构 被控对象：水箱,有一发电机-电动机调速系统如图所示。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Ur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，并画出方块图。,例题1-2,例题1-3,炉温,ug,uf,(-),放大,电机、减速器,变压器,电炉,热电偶,给定电位计,例题1-4,例题1-5,例题1-6,第一章 自动控制的一般概念,1.1自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,1. 5 自动控制系统的分类,按控制方式可分为：开环控制、反馈控制、复合控制等 按元件类型可分为：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等 按系统功用可分为：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等 按系统性能分类：1）线性自动控制系统：线性定常自动控制系统；线性时变自动控制系统；2）非线性自动控制系统 按系统中传递信号的性质分类：1）连续系统；2）离散系统 按输入信号变化规律分类：1）恒值控制系统（自动调节系统或镇定系统）； 2）程序控制系统；3）随动系统,开环控制 闭环控制(负反馈控制、偏差控制) 复合控制,按控制方式分,1. 5 自动控制系统的分类(重点分类),工作原理？ 特点？,线性系统（定常，时变） 非线性系统,按系统性能，分,1. 5 自动控制系统的分类(重点分类),连续系统 离散系统,按信号类型，分,本课程只研究线性定常连续系统,线性连续系统（只考虑集中参数系统）,组成系统的全部元件都是线性的。数学模型如下：,方程左端为输出变量及其各阶导数的线性组合，右端为输入变量及其各阶导数的线性组合 定常（时不变）系统：各系数为常数，不随时间变化 时变：系数随时间变化,线性连续系统,满足叠加性和齐次性 即：设系统的输入分别为 r1(t) 和 r2(t) 时， 对应的系统输出分别为 c1(t) 和 c2(t) ， 则当输入为 r(t) =a1r1(t) +a2r2(t) 时， 系统输出为 c(t) =a1c1(t) +a2c2(t) 其中：a1和a2为常数 可用来判断是否为线性系统,非线性连续系统,系统中含有非线性元件（元件的输入输出特性是非线性的） 如果可用非线性方程微分方程描述，则有下面特点： 方程的系数与输入输出变量有关 或 方程中含有输入输出变量及其各阶导数的高次幂或乘积项,1. 5 自动控制系统的分类(重点分类),恒值控制系统 随动系统 程序控制系统,按给定值变化规律，分,按给定值变化情况,（1）恒值控制系统 参考输入为常值，要求被控量也等于常值。 扰动的存在，会被控量偏离参考量而出现偏差， 控制系统根据偏差产生控制作用，以克服扰动 的影响，使被控量恢复到给定的常值。 主要研究各种扰动对被控对象的影响以及抗干扰 措施,按给定值变化情况,（2）随动系统 参考输入是预先未知的随时间任意变化的函数 要求被控量以尽可能小的误差跟随参考输入的变化 也称跟踪系统 主要研究被控量跟随的快速性和准确性 伺服系统：当随动系统的被控量为机械位置或其导 数时，此随动系统称为伺服系统,按给定值变化情况,（3）程序控制系统 参考输入是按预定规律随时间变化的函数 要求被控量迅速、准确地加以复现 程序控制与随动系统： 给定值都是时间的函数， 程序控制系统：已知的时间函数 随动系统： 未知 恒值控制系统 是 特殊的 程序控制系统,1. 5 自动控制系统的分类,按控制方式可分为：开环控制、反馈控制、复合控制等 按元件类型可分为：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等 按系统功用可分为：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等 按系统性能分类：1）线性自动控制系统：线性定常自动控制系统；线性时变自动控制系统；2）非线性自动控制系统 按系统中传递信号的性质分类：1）连续系统；2）离散系统 按输入信号变化规律分类：1）恒值控制系统（自动调节系统或镇定系统）； 2）程序控制系统；3）随动系统,第一章 自动控制的一般概念,1.1自动控制理论的发展过程及本课程内容 1.2 一般概念： 自动控制、自动控制系统及组成、 系统方块图表示、常用术语 1.3 基本控制方式及工作原理 1.4 自动控制系统典型示例 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本性能指标,控制系统的性能,通常研究： 典型输入信号作用下，系统输出（被控量）变化的全过程 包括：动态（暂态）过程和稳态（静态）过程 动态过程：典型输入信号作用下，输出从初始状态到最终状态所经过的响应过程 稳态过程：典型输入信号作用下，当时间t趋于无穷时，输出的表现方式,典型输入信号,（一）阶跃信号 阶跃信号的表达式为： 当A=1时，称为单位阶跃信号， 常用 1(t) 表示 r(t)= 1(t),阶跃信号、斜坡信号、 抛物线信号、脉冲信号、 正弦信号,一般：给定输入电压的接通，指令的突然转换，负荷的突变 都可视为阶跃输入,（二）斜坡信号 在t =0时为零，并随时间线性增加，所以也叫速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式为： A=1,称为单位斜坡信号 r(t)=t,典型输入信号,阶跃信号、斜坡信号、 抛物线信号、脉冲信号、 正弦信号,（三）抛物线信号 也叫加速度信号，可以通过对斜坡信号的积分而得。抛物线信号的表达式为： 当A =1时，则称为单位抛物线信号,典型输入信号,阶跃信号、斜坡信号、 抛物线信号、脉冲信号、 正弦信号,（四）脉冲信号： 单位脉冲信号的表达式为： 如上图，脉冲信号是一宽度为e ，高度为1e 的矩形脉冲，当e 趋于零时就得理想的单位脉冲信号(亦称 d(t) 函数)。,典型输入信号,阶跃信号、斜坡信号、 抛物线信号、脉冲信号、 正弦信号,脉冲电压信号，冲击力，阵风等都可近似为脉冲作用,（五）正弦信号 正弦信号的表达式为 : 其中A为幅值，w 为角频率。 图3-5 正弦信号,典型输入信号,阶跃信号、斜坡信号、 抛物线信号、脉冲信号、 正弦信号,海浪对舰艇的扰动力，伺服振动台的输入指令， 电源及机械振动的噪声都可近似为正弦作用,对控制系统的要求,