第一章自动控制的一般概念

1、自动控制原理自动控制原理自动化系自动化系自动控制原理自动控制原理自动化系自动化系 自自 动动 控控 制制 原原 理理 教教 学学 组组自动控制原理自动控制原理 自自 动动 控控 制制 原原 理理 教教 学学 组组自动控制原理自动控制原理（第（第 1 讲）讲）第一章第一章 自动控制的一般概念自动控制的一般概念 1.1 1.1 引言引言 1.2 1.2 自动控制理论发展概述自动控制理论发展概述 1.3 1.3 自动控制和自动控制系统的基本概念自动控制和自动控制系统的基本概念 1.4 1.4 自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成 1.5 1.5 控制系统示例控制系统示例 自动控制原理自动控制

2、原理1 1，2，3，4本次课程作业本次课程作业（1）自动控制理论发展简史自动控制理论发展简史 经典控制理论经典控制理论 ( 19世纪初世纪初 ) 时域法时域法 复域法复域法 (根轨迹法根轨迹法) 频域法频域法 现代控制理论现代控制理论 ( 20世纪世纪60年代年代 ) 线性系统线性系统 自适应控制自适应控制 最优控制最优控制 鲁棒控制鲁棒控制 最佳估计最佳估计 容错控制容错控制 系统辨识系统辨识 集散控制集散控制 大系统复杂系统大系统复杂系统 智能控制理论智能控制理论 ( 20世纪世纪70年代年代 ) 专家系统专家系统 模糊控制模糊控制 神经网络神经网络 遗传算法遗传算法调速器工作原理图调速器

3、工作原理图自动控制原理自动控制原理自动控制理论自动控制理论 是研究自动控制系统组成，进行系统是研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论分析设计的一般性理论 是研究自动控制过程共同规律的技术是研究自动控制过程共同规律的技术学科学科自动控制自动控制 在无人直接参与的情况下，利用在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）（被控对象）的某一个物理量的某一个物理量（被控（被控量）量）按预定的规律按预定的规律（给定量）（给定量）运行。运行。基本控制方式基本控制方式 1. 1. 开环控制开环控制 2. 2. 闭环控制闭环控制 3. 3.

4、 复合控制复合控制 例例 1 炉温控制系统炉温控制系统 炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图方框图中各符号的意义方框图中各符号的意义 元部件元部件 方框（块）图方框（块）图 信号（物理量）及传递方向信号（物理量）及传递方向 中的符号中的符号 比较点比较点 引出点引出点 表示负反馈表示负反馈 例例 2 函数记录仪函数记录仪 函数记录仪方框图函数记录仪方框图 负反馈原理负反馈原理 将系统的输出信号引回输入端，与输将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。控制，达到减

5、小偏差、消除偏差的目的。 _ 构成闭环控制系统的核心构成闭环控制系统的核心 闭环闭环(反馈反馈)控制系统的特点：控制系统的特点： (1) 系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路 (2) 偏差起调节作用偏差起调节作用 控制系统的组成控制系统的组成 (1) 被控对象被控对象控制系统控制系统 测量元件测量元件 比较元件比较元件 控制装置控制装置 放大元件放大元件 执行机构执行机构 校正装置校正装置 给定元件给定元件控制系统的组成控制系统的组成 (2) 课课 程程 小小 结结1. 自动控制的一般概念自动控制的一般概念 基本控制方式基本控制方式 控制系统的基本组成控制系

6、统的基本组成 控制系统的分类控制系统的分类 对控制系统的要求对控制系统的要求 课程研究的内容课程研究的内容2. 要求掌握的知识点要求掌握的知识点 负反馈控制系统的特点及原理负反馈控制系统的特点及原理 由系统工作原理图绘制方框图由系统工作原理图绘制方框图自动控制原理自动控制原理1 1，2，3，4本次课程作业本次课程作业（1）自动控制原理自动控制原理（第（第 2 讲）讲）第一章第一章 自动控制的一般概念自动控制的一般概念 1.5 1.5 控制系统示例控制系统示例 1.6 1.6 自动控制系统的分类自动控制系统的分类 1.7 1.7 对控制系统性能的基本要求对控制系统性能的基本要求 1.8 1.8

7、本课程的研究内容本课程的研究内容 自动控制原理自动控制原理1 7，10，11本次课程作业本次课程作业（2）自动控制自动控制 在无人直接参与的情况下，利用在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）（被控对象）的某一个物理量的某一个物理量（被控（被控量）量）按预定的规律按预定的规律（给定量）（给定量）运行。运行。基本控制方式基本控制方式 1. 1. 开环控制开环控制 2. 2. 闭环控制闭环控制 3. 3. 复合控制复合控制 例例 2 函数记录仪函数记录仪 函数记录仪方框图函数记录仪方框图 负反馈原理负反馈原理 将系统的输出信号引回输入

8、端，与输将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。 _ 构成闭环控制系统的核心构成闭环控制系统的核心 闭环闭环(反馈反馈)控制系统的特点：控制系统的特点： (1) 系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路 (2) 偏差起调节作用偏差起调节作用 控制系统的组成控制系统的组成 (1) 被控对象被控对象控制系统控制系统 测量元件测量元件 比较元件比较元件 控制装置控制装置 放大元件放大元件 执行机构执行机构 校正装置校正装置 给定元件给

9、定元件控制系统的组成控制系统的组成 (2) 水温调节系统水温调节系统水温调节系统工作原理图水温调节系统工作原理图水温调节系统水温调节系统水温调节系统方框图水温调节系统方框图控制系统的分类控制系统的分类1.按给定信号的形式按给定信号的形式 恒值系统恒值系统 / 随动系统随动系统 2.按系统是否满足叠加原理按系统是否满足叠加原理 线性系统线性系统 / 非线性系统非线性系统3.按系统参数是否随时间变化按系统参数是否随时间变化 定常系统定常系统 / 时变系统时变系统4.按信号传递的形式按信号传递的形式 连续系统连续系统 / 离散系统离散系统5.按输入输出变量的多少按输入输出变量的多少 单变量系统单变量

10、系统 / 多变量系统多变量系统对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求1. 稳：稳：（基本要求）（基本要求） 要求系统要稳定要求系统要稳定2. 准：准：（稳态要求）（稳态要求） 系统响应达到稳态时，系统响应达到稳态时， 输出跟踪精度要高输出跟踪精度要高3. 快：快：（动态要求）（动态要求） 系统阶跃响应的过渡过程系统阶跃响应的过渡过程 要平稳，要平稳， 快速快速演示演示自动控制原理课程的任务与体系结构自动控制原理课程的任务与体系结构自动控制原理自动控制原理教学过程方框图教学过程方框图课课 程程 小小 结结1. 自动控制的一般概念自动控制的一般概念 基本控制方式基本控制方式 控制系统的基本组成控制系统的基本