[工学]CC0-绪论第一讲.ppt

机械工程控制基础 主讲人：车畅 * * 专业技术基础课课程性质: 课程特点： 内容丰富， 技术更新快， 紧密联系实际， 应用非常广泛。 本课是非电专业的机电技术专业基础课，应用广泛， 学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的工作、学 习将会造成影响。 前导课程：复变函数、电路理论、机械制造技术基础 后续课程： 机电一体化控制、 毕业设计等 控制思想、控制方法论 主要教学环节 l习题 独立完成作业，按时交作业。 预习听课复习(作业等形式) 紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方 法和技巧。课堂上，多媒体授课为主，板书为辅 l课堂教学 l实验 注意理论联系实际，掌握软件编制的方法， 仿真调试与物理实验验证相结合。 l课外补充 复习：复变函数Laplace变换 自学：Matlab编程。（测试技术课程涉及有） 课外交流联系方式: 授课人 ：车车 畅畅 办公室 ：5 5教楼教楼-417-417室室 通讯方式EMAIL : 工程控制基础课程说明 教学目标： 1. 对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维 方法进行科学分析，以找出问题本质和有效的解决方法 2. 如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以 达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。 控制论为理论基础，研究机械工程中广 义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法 论。学习本课程的目的在于使学生结合工程实 际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法 来分析、研究和解决其中的问题 。 教学内容： 主要教学内容 基础知识 分析方法 基本概念 控制系统结构体系 控制系统数学模型 工 程 控 制 技 术 时域分析 频域分析 系统稳定性判据 工程应用 系统性能指标 系统校正 学时与学分：36/2.5 基本教学内容与学时安排 一绪论 4 学时 二控制系统的数学模型 6 学时 三系统的时间响应分析 6 学时 四系统的频率特性分析 8 学时 五系统的稳定性 8 学时 六系统的性能指标与校正 4 学时 工程控制基础课程教 材 及 参 考书 l教材： 机械工程控制基础机械工程控制基础（第五版），杨叔子、（第五版），杨叔子、 杨克冲等编著，华中科技大学出版社，杨克冲等编著，华中科技大学出版社，20052005 1.胡寿松胡寿松等编自动控制原理自动控制原理 ，国防工业出版社，国防工业出版社 2.李友善主编自动控制原理国防工业出版社 3.阳含和编著机械控制工程机械工业出版社 l参考书： 1.1 引言（一般概念） 1.2 自动控制技术应用 1.3 自动控制理论的发展 1.5 对控制系统的基本要求 End 第一章第一章 绪论（自动控制的一般概绪论（自动控制的一般概 念）念） 本 章 作 业 1.4 控制系统基本概念 何谓控制(control) 何谓自动控制(automatic control) ：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按照 预定的技术要求进行工作。 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 。 数控加工中心能够按照预先给定的工艺程序自动 进刀切削，加工出预期的几何形状。焊接机器人，温 度控制系统等等。 1.1 1.1 引言（一般概念）引言（一般概念） 热处理炉 温自动控 制系统 手动与自动 v自动控制：是指 在没有人直接参与的 情况下，利用控制装 置使被控对象（如机 器、设备或生产过程 ）的一个或数个物理 量（如电压、电流、 速度、位置、温度、 流量、化学成分等） 自动的按照预定的规 律运行（或变化）。 v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 。它一般由控制装置和 被控对象组成。被控制 对象是指那些要求实现 自动控制的机器、设备 或生产过程。控制装置 是指对被控对象起控制 作用的设备总体。 自动控制系统的功能和组成是 多种多样的，其结构有简单也有复杂。它可以只 控制一个物理量，也可以控制多个物理量甚至一 个企业机构的全部生产和管理过程；它可以是一 个具体的工程系统，也可以是比较抽象的社会系 统、生态系统或经济系统。 自动控制系统自动控制系统 自动控制系统自动控制系统是指能够对被控制对象工作状态进行自是指能够对被控制对象工作状态进行自 动控制的系统。一般由控制装置和被控制对象组成。动控制的系统。一般由控制装置和被控制对象组成。 被控制对象被控制对象是指要求实现自动控制的机器、设备或生是指要求实现自动控制的机器、设备或生 产产过程过程例如船舶、柴油机、发电机、锅炉或热力过程例如船舶、柴油机、发电机、锅炉或热力过程 等。等。控制对象控制对象 控制装置控制装置则是指对被控制对象起控制作用的设备总体则是指对被控制对象起控制作用的设备总体 。包括测量设备、计算处理设备及驱动动作设备。包括测量设备、计算处理设备及驱动动作设备。控控 制装置制装置 返回 返回 控制无处不在 工 业 控 制 国 防 应 用 家 用 电 器 消费类产品 控 制 技 术 应 用 1.2 自动控制技术应用 控制技术 应用举例 (1) 工 业 控 制 电机控制 机床控制 生产过程自动化控 制 机器人控制 . . . . . . 控制技术的应用 海洋探测机器人 1990年日本海洋科技中心 研制的“海沟号”缆控式无 人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右） CR-01型6000米水下无缆机器人 1995年8月我国沈阳自动化所机器人中 心研制的CR-01型6000米水下无缆机 器人（上）和正在下水的情况（右） 瑞典博福斯公司研制的“双鹰”水下扫雷机器人 一个典型的运动控制系统 船用火力发电综合控制系统 家 用 电 器 冰箱、洗衣机 家庭影院 微波炉 . . . . . . 控制技术 应用举例 (2) 消费类产品 WalkMan U盘、 MP3 手机应用产品 . . . . . . 控制技术 应用举例 (3) 32、64等 合弦音MCU芯片 智能楼宇的控制 控制技术 应用举例 (4) 可视对讲、室内报警、远程家电控制. 楼 宇 电 梯 的 控 制 信 号 检 测 供 电 系 统 电机 (执行机构) 可编程序 控制器 Programmable Logic Controller 电机控制器 汽车电子 汽 车 电 子 电源 发动机控制 行驶装置 报警与安全装置 旅居性 仪表 娱乐通讯 收音机、汽车电话、业余电台 点火装置、燃油喷射控制、 发动机电子控制 车速控制、间歇刮水、 除雾装置、车门紧锁. 安全带、车灯未关报警、 速度报警、安全气囊. 空调控制、动力窗控制 里程表、数字式速度表、 出租车用仪表. 控制技术 应用举例 (5) 21世纪 绿色 环保汽车EV 安全、舒适、可靠 无废气排放 ( 零 排放) 高效率 EV? 机 电 机电一体化 EV 充电系统 电池管理系统 汽车照明、 电动转向、空调、 音响、雨刷、安全 报警、电动门窗 . 电 子 机械 驱动控制系统 电机驱动系统 控制 控制 基于CAN总线的汽车内部控制示意图 口语汽车导航系统使用情景示意图 汽车GPS定位，GIS导航，GSM通信 单片机 控制器 应用 1.3 自动控制理论的发展 控制理论的奠基人美国科学家维纳（ Wiener,N.）从1919年开始萌发控制论的思想， 1940年他提出了数字电子计算机设计的5点建议。 二次大战时期，维纳参加了火炮自动控制的研究工 作，他把火炮自动打飞机的动作和人狩猎的行为做 了对比，并且提炼了控制理论中最基本最重要的概 念反馈概念，他提出，准确控制的方法可以把 运动的结果所决定的量，作为信息再反馈回控制仪 器中，这就是著名的负反馈概念。那么象汽车的驾 驶也是由人参与的负反馈调节。 1943年火炮自动控制研制成功。20世纪50年 代之后火炮和导弹技术得到极大的发展。我国是 1954年，科学家钱学森在美国运用控制理论的思想 和方法，用英文出版了工程控制论，首先把控 制论推广到工程技术领域。例如机电行业，机电一 体化的产品。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技 术科学。既是一门古老的、已臻成熟的学科，又是一门 正在发展的、具有强大生命力的新兴学科。从1868年马 克斯威尔（J.C.Maxwell）提出低阶系统稳定性判据至 今一百多年里，自动控制理论的发展可分为四个主要阶 段： 第一阶段：经典控制理论（或古典控制理论）的产生、发 展和成熟； 第二阶段：现代控制理论的兴起和发展； 第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段； 第四阶段：智能控制发展阶段。 经典控制理论 控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动 调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计 和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等 基于反馈原理的军用装备，进一步促进和完善了自动控制理论的 发展。 1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定 性代数判据 。 1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨（Hurwitz）分别 独立地提出了高阶系统的稳定性判据，即Routh和Hurwitz判 据。 二战期间（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频 率响应理论 1948年，伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法 。至此，控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以频率 法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。 经典控制理论的基本特征 （1）主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数 线性微分方程描述的系统的分析与综合； （2）只用于单输入，单输出的反馈控制系统； （3）只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系 统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。 应该指出的是，反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引 入反馈信号后，系统对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝，从 而提高了系统的抗干扰能力和控制精度。与此同时，反馈作用又带来 了系统稳定性问题，正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题激发 了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情，推动了自动控制理论的 发展与完善。因此从某种意义上讲，古典控制理论是伴随着反馈控制 技术的产生和发展而逐渐完善和成熟起来的。 现代控制理论 由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定 常系统，只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。因而在实 际应用中有很大局限性。 随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在 经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础 的现代控制理论迅速发展起来。 1954年贝尔曼（R.Belman)提出动态规划理论 1956年庞特里雅金（L.S.Pontryagin）提出极大值原理 1960年卡尔曼（R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤 波理论 在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统 的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量 的信息。它无论对线性系统或非线性系统，定常系统或时变系统， 单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。 大系统理论 20世纪70年代开始，现代控制理论继续向深度和广度发展，出 现了一些新的控制方法和理论。如（1）现代频域方法 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 以系统辨识和参数估计为基础，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 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。 随着控制理论应用范围的扩大，从个别小系统的控制，发展到 若干个相互关联的子系统组成的大系统进行整体控制，从传统的 工程控制领域推广到包括经济管理、生物工程、能源、运输、环 境等大型系统以及社会科学领域。 大系统理论是过程控制与信息处理相结合的系统工程理论，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。大系统理 论目前仍处于发展和开创性阶段。 智能控制 是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上 的应用。智能控制的概念和原理主要是针对被控对象、环境、控 制目标或任务的复杂性提出来的，它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。智能 控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程，对自主机器人的 控制就是典型的例子而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和 难以辨识。 智能控制是从“仿人”的概念出发的。一般认为，其方法包括 学习控制、模糊控制、神经元网络控制、和专家控制等方法。 小结 控制技术的应用范围广，与我们的 工作、生活密切相关，在现实世界中可 谓无处不在，掌握好控制技术有着非常 重要的意义！ 方框图的有关概 念 v方框 控制装置和被控对象分别用方框表示 v信号线 方框的输入和输出以及它们之间的联接用带箭头 的信 号线表示 v输入信号 进入方框的信号，控制量 v输出信号 离开方框的信号，被控量 注：干扰或者破坏系统预定性能的输入信号称为扰动 。 信号线 方框 信号线 输入信号输入信号输出信号输出信号 1.4 控制系统的基本 概念 一般术语及方框图 人类自然信息状态（不借助 任何工具和技术的原始状态 ） 输入（获取）：看、听、闻、尝、感 存储：大脑 控制：大脑，世间最强大的处理控制 器 传输：声音、手势 输出（表达）：语言、手势、表情 控制技术与工具 和人类发明了机械和交通技术和工具一样 （主要是材料和能量技术），人类也发明了非常丰 富多彩的控制技术和工具： 输入（获取）：望远镜、传感器（发展较晚） 传输：烽火台、旗语、鼓语、邮递、书籍、交 通、电报、电话、无线电、电视、Internet 存储：结绳计数、文字、绘画、纸和印刷（非 常伟大的发明，现代技术很多方面都没有超过它） 、照相、录音、录像、数字存储 输出（表达）：文字、绘画、声音（音响）、 图形、图像（显示技术）（包括电影电视） 处理控制：算筹、算盘、计算器、微处理器 、计算机 控制理论：经典、现代、大系统理论 现象：数字化控制技术大潮 世纪之交的技术大转移：数字化大转移 时间：世纪之交前后50年 50年前开始，50年后成熟，信息领域数字技术 一统天下 目前正是转移的高峰期： Internet、计算机、数字录音、数据通讯（目 前主干，即将用户）、数字电视、数字广播、数字 相机、数字摄像、数字城市、数字流域、数字地球 . 数字化控制、数字化生存 专家预言：50年后，不是数字的信息产品很难 见到（成熟） 数字化控制技术大有用武之地！ 控制技术应用的出发点 所有应用，均基于控制系统的结构与功 能 处理、控制 存储 接口应用输入、输出等 还有一个重要特点： 在于信息量的输出，不在于能量的获取。 1.4 控制系统的基本概 念 1.开环控制与闭环控制 按照有无反馈，把控制系统分为 两种形式：开环控制和闭环控制 1)开环控制 开环控制是没有输出反馈的一类控制 ，指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作 用，而对控制作用不能反施任何影响（没有反馈 ）的控制方式。采用开环控制的系统称为开环控 制系统。 例如：电加热炉 开环控制系统例1 被控制对象：电阻丝 被控制量（输出量）：炉温 控制装置：开关K和电热丝，对 被控制量起控制作用。 图图1 11 1 炉温开环控制 输出量 (手柄位置) 输入量 调压器 加热 电阻丝 电炉 恒温箱 受控对象 (温度) 扰动量 (b) 方块图 控制装置 扰动 输出量输入量 控制装置受控对象 开环控制系统的方框图 开环控制系统方框图 控制装置控制装置被控对象被控对象 输入量输入量 输出量输出量 开环控制系统 例2 如图1-2所 示，为一个典型的液位控制 系统，H为液面高度(又称液 位)，控制的目的在于保持液 面高度不变。 如果由于阀门V1的 开度变化而引起输出流量发 生变化时，必然引起液位H的 变化，为了保持H不变必需人 为地控制阀门V2的开度来改 变输入的流量，以维持液面 高度H不变。 图12 液位控制系统示意图 但是液位H的变化却不会自动使阀门V2开度发 生变化，也就是说系统的输出量(液面高度)对系统 的控制作用(输入流量)没有任何影响 。 这种输出量对控制作用没有任何影响，或者 说控制器与控制对象之间只有单向作用而没有反向 作用的控制系统称为开环控制系统，框图如图1-3 所示。 图13 开环控制系统框图 开环控制的特点 v由于开环控制的特点是控制装置只按照给 定的输入信号对被控制量进行单向控制，而不对 控制量进行测量并反向影响控制作用。这样，当 炉温偏离希望值时，开关K的接通或断开时间不 会相应改变。因此，开环控制不具有修正由于扰 动（使被控制量偏离希望值的因素）而出现的被 控制量与希望值之间偏差的能力，即抗干扰能力 差。 开环系统主要问题：无法自动减小或消除 由于扰动而产生的(实际液位与设定液位之间)误差 。 2).闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量（ 输出量）与控制作用之间存在着反馈反馈的控制 方式。采用闭环控制的系统称为闭环控制系统 或反馈控制系统。闭环控制是一切生物控制自 身运动的基本规律。人本身就是一个具有高度 复杂控制能力的闭环系统。 人作为闭环系统的方框图 反馈的概念 v反馈：把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程 。若反馈信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈 ；反之，则称为正反馈。显然，负反馈控制是一个利 用偏差进行控制并最后消除偏差的过程 ，又称偏差控制。同时，由于有反馈的存在，整个控制 过程是闭合的，故也称为闭环控制。 开环向闭环控制的转换例1 在 上述图1-2的 开环液位控制 系统中，加上 一个液位的自 动测量与比较 装置，如右图 所示. 液位控制闭环系统示意图 开环向闭环控制的转换 例2 可以看到:控制系统的输出量对系统的控 制作用有影响，或控制器与控制对象之间既有 顺向作用又有反向联系，故这种控制系统称为 闭环控制系统。说明的是：输出量对系统的控 制作用的影响称为“反馈” 。 那么，阀门那么，阀门V1V1开度变化引起输出流量和液位变开度变化引起输出流量和液位变 化时，该装置通过测量和比较，得到实际液位化时，该装置通过测量和比较，得到实际液位 与给定值的偏差，这个偏差信号通过与给定值的偏差，这个偏差信号通过执行部件执行部件 ( (图中的伺服电动机图中的伺服电动机) )反过来使控制输入流量的反过来使控制输入流量的 阀门阀门V2V2开度自动作相应的变化，把液位又调整开度自动作相应的变化，把液位又调整 到原来的高度到原来的高度。 闭环系统:控制的是控制对象的输出 量 (被控量)，测量的是输出量与给定值之间 的偏差。 因此只要出现偏差，就能自动纠偏， 用它可以实现准确的控制,因此,它是自动控 制系统工作的主要方式。闭环的作用就是： 应用反馈来减少偏差。 闭环控制框图 如上图所示：闭环控制系统的控制信号沿 前向通道和反馈通道闭路不断传送，往复循环，所 以又称反馈控制系统。 闭环控制框图 前向通道 反馈通道 闭环控制的电加热炉方框图 开环控制直流电动机速度调节系统示 意图 图图1 18 8 闭环控制直流电动机调速系统 图图1 19 9 开环与闭环的比较 闭环控制系统典型方框图 3).开环和闭环控制系统的 特点 v开环系统：结构简单，稳定性好，容易设 计和调整以及成本较低的优点，对那些负载恒定 ，扰动小，控制精度要求不高的实际系统，是有 效的控制方式。 v闭环系统：由于增加了检测装置和反馈环 节，结构较复杂，成本有所增加；但它提高了系 统的控制精度和抗干扰能力；同时负反馈对系统 稳定性产生不利影响。 2. 反馈控制系统的组成、名词术语和定 义（1） 反馈控制系统的概念反馈控制系统的概念 反馈是控制系统中一个最基本、反馈是控制系统中一个最基本、 最重要的概念。下面以液面高度自动控制最重要的概念。下面以液面高度自动控制 为例说明反馈控制系统的一些基本概念。为例说明反馈控制系统的一些基本概念。 让水箱液面始终保持给定的高度。让水箱液面始终保持给定的高度。 上图是液面高度自动控制系统，系统由水箱、齿轮减速器、电 动机、浮子和电位器等组成。自动控制器通过比较实际液位与 希望液位，然后通过电机来调整阀门的开度，对夜面误差（夜 面高度转换位电压）进行修正，从而达到保持液位不变的目的 。 从从液面高度自动控制反馈控制系统实例，我们可以引出下列一反馈控制系统实例，我们可以引出下列一 些概念些概念。 (1)控制对象(或称调节对象)：指被控制的设 备与机器，在上述系统中控制对象指的是水箱。控 制对象的输出量就是控制系统的被控制量(或称被 控量)。在上述系统中水箱的夜面高度，便是输出 量。 (2)控制器(或称调节器)：具有比较、放大、 判断决策与发出指令的功能。在上述系统中便是电 动机和减速器。 控制器有两个输入量：一个称为给定值；另 一个输入量来自测量变送器的信号，这个信号的传 递方向是从其输出端回到输入端，所以称为反馈信 号。 这两个信号在控制器中比较得到输出量与给 定值之间的一个偏差信号(正或负)， 控制器对该 偏差信号按设定的控制规律进行运算，然后发出控 制指令信号，送入执行器。 (3)执行器：接受控制器来的控制信号，经过功率 放大后产生控制作用，驱动调节机构，改变进入控制对 象的物质流或能量流，使输出量向着给定值的方向发生 变化。在上述系统中阀门便构成了执行器。 (4)测量变送器：测量输出量的大小和变化，并把 被控量大小与变化变成与给定值相同类型的信号送人控 制器。上述系统中的浮子、杠杆和电位器。 测量变送器送出的信号称为反馈信号。为防止输出 量过调，使系统稳定，取反馈信号符号与给定值的相反 ，称为负反馈。从而自动控制系统也称为负反馈控制系 统。 如果反馈信号符号取得与给定值同向，便是正反馈 ，它不能减少或消除偏差，系统也不能稳定工作，因此 ，自动控制系统中几乎不用正反馈。 液面控制 输出量 环节名称 (或特性) 输入量 (a) (-) e=r-b r (+) (-) b (b) r e=r-b b 或 (c) c 引出点 c c 闭环控制系统的方 框图 方框图中的几种表示法： 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 参考(给定)输入r: 输入到 控制系统中的指令信号； 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) (主)反馈b: 与输出成正比 或某种函数关系且与参考 输入量纲相同的反馈信号 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 控制量u: 从控制器输出并作 用于被控制对象的信号； 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 扰动n：来自系统内部或外部 ，对系统输出产生不利影响 的信号； 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 输出c：反馈控制系统的被控制量 ，即被控制对象的输出量； 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 比较环节：将参考输入与主反馈 信号进行比较的环节，它的输出 等于参考输入与主反馈信号的差 值，即偏差e,比较环节又称为偏差 检测器。 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 控制对象：被控制的机器，设备， 过程或系统； 闭环控制系统的方 框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 控制器：用来对被控制对象施加控制 作用的装置；反馈环节：将输出量转 化为主反馈信号的装置；反馈环节中 通常含有信号检测装置。 反馈控制系统的组成、名词术语和定义 (2) v参考(给定)输入r: 输入到控制系统中的指令信 号； v(主)反馈b: 与输出成正比或某种函数关系且与 参考输入量纲相同的反馈信号； v偏差e: 参考输入与主反馈之差，即e=r-b; v控制量u: 从控制器输出并作用于被控制对象的 信号； v扰动n：来自系统内部或外部，对系统输出产生 不利影响的信号； 反馈控制系统的组成、名词术语、 定义（2） 输出c：反馈控制系统的被控制量，即被控制对 象的输出量； 比较环节：将参考输入与主反馈信号进行比较 的环节，它的输出等于参考输入与主反馈信号的差值 ，即偏差e,比较环节又称为偏差检测器。 控制对象：被控制的机器，设备，过程或系统 ； 控制器：用来对被控制对象施加控制作用的装 置；反馈环节：将输出量转化为主反馈信号的装置； 反馈环节中通常含有信号检测装置。 3. 反馈控制系统的分类 外反馈（人为的反馈） 为达到一定的控制目的而有意设计的反馈。 例如：炉温、水温控制系统等 内反馈(自然形成的反馈) 例如： 4. 反馈控制系统的分类（1） 恒值系统和随动系统（按参考输入形式分类） 恒值系统是指参考输入量保持常值的系 统。其任务是消除或减少扰动信号对系统输出的影 响，使被控制量（即系统的输出量）保持在给定或 希望的数值上。例如： 随动系统是指参考输入量随时间任 意变化的系统。其任务是要求输出量以一定的精度 和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和