自动控制原理作业课本

自动控制原理西南林学院计科系2006，921-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式

开环控制方式反馈控制方式复合控制方式31-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式开环控制（open-loopcontrol）：控制系统的输出量对系统没有控制作用。特点：输入量与输出量一一对应。信号传递是单方向的，即只有输入量对输出量产生控制作用。系统没有抗干扰能力。41-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式按给定值操纵的开环控制原理方框图51-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式开环控制应用实例：自动售货机；自动洗衣机；产品自动生产线；数控车床；交通红绿灯；。。。。。。61-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式按扰动补偿的开环控制原理方框图71-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式反馈（闭环）控制

(close-loop(feedback)control)

闭环控制把系统的输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到系统的输入端去与给定量进行比较（形成偏差），利用偏差量作为控制信号来纠正偏差。特点：输入量与输出量一一对应。信号传递是双方向的：既有输入量对输出量的作用，又有输出量对输入量的作用。系统具有抗干扰能力。81-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式闭环控制典型原理方框图91-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式按输入补偿的复合控制101-1自动控制的基本原理与方式

5.自动控制系统基本控制方式按扰动补偿的复合控制原理方框图11复合控制方式121-2自动控制系统示例

函数记录仪飞机自动驾驶仪系统电阻炉微型计算机温度控制系统锅炉液位控制系统。。。。。。131-2自动控制系统示例

1.函数记录仪141-2自动控制系统示例

1.函数记录仪151-2自动控制系统示例

2.飞机自动驾驶仪系统16俯仰角控制系统方块图给定装置放大器舵机飞机

反馈电位器

垂直陀螺仪θ0θ扰动171-2自动控制系统示例

3.锅炉液位控制系统181-2自动控制系统示例

4.火炮自动跟踪系统——“火炮打飞机”

191-3自动控制系统的分类

按控制方式---开环控制、反馈控制、复合控制等；按元件类型---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---温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等；

按系统性能---线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统等；

按参量变化规律---恒值控制系统、随动系统和程序控制系统等。。。。。。。201-3自动控制系统的分类

1.线性连续控制系统变量时间211-3自动控制系统的分类

1.线性连续控制系统

恒值控制系统随动系统程序控制系统trtrtr221-3自动控制系统的分类

1.线性连续控制系统恒值控制系统恒值控制系统的参量是一个常值。由于扰动的影响，被控量会偏离参考量而出现偏差，控制系统便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。此外，还有温度控制系统、压力控制系统、液位控制系统等。在工业控制中，如果被控量是温度、流量、压力、液位等生产过程参量时，这种控制系统则称为过程控制系统，它们大多都属于恒值控制系统。

231-3自动控制系统的分类

1.线性连续控制系统随动系统随动系统的参据量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据量的变化，故又称为跟踪系统。

在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为饲服系统。

241-3自动控制系统的分类

1.线性连续控制系统程序控制系统程序控制系统的参据量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。程序控制系统和随动系统的参据量都是时间函数，不同之处在于前者是已知的时间函数，后者则是未知的任意时间函数，而恒值控制系统也可视为程序控制系统的特例。

251-3自动控制系统的分类

2.线性定常离散控制系统变量时间261-3自动控制系统的分类

3.非线性控制系统271-4对自动控制系统的基本要求

1.自动控制系统基本要求

稳定性快速性准确性健壮性28

当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。t01输入r(t)t01输入c(t)12理想的调节过程实际29

理想的调节过程是：出现偏差后，执行机构突然动作，使输出量立即达到新的平衡状态，调节过程瞬时完成，实际上这是不可能的，因为什么呢？对，惯性。所以当输出量发生跳变时，任何实际系统从原平衡状态到达新的平衡状态都要经历一个过渡过程，过渡过程的曲线形状随系统的不同而有所差异，有的是单调增长到稳定值（曲线1），有的是衰减到稳定值（曲线2）。30整个调节过程分为两个阶段:a.过渡过程反映系统的动态特性。（输出量处于激烈变化之中）b.稳态过程反映系统的稳态特性。（输出量稳定在新的平衡状态，并保持不变。）阴影部分表示的是实际调节过程与理想调节过程的差异，差异越小，系统的调节质量越高。为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来恒量，通常需要选择几种典型的外作用。

311-4对自动控制系统的基本要求

2.典型外作用选取原则:（1）在现场及实验中容易产生（2）系统在工程中经常遇到，并且是最不利的外作用。（3）数学表达式简单，便于理论分析。321-4对自动控制系统的基本要求

2.典型外作用

阶跃函数斜坡函数加速度函数脉冲函数正弦函数331-4对自动控制系统的基本要求

2.1典型外作用(阶跃函数)表示在t=0时刻出现了幅值为R的跳变，是最不利的外作用。R=1时的阶跃函数叫单位阶跃函数，用1(t)表示。

R0

tf(t)341-4对自动控制系统的基本要求

2.1典型外作用(阶跃函数)351-4对自动控制系统的基本要求

2.2典型外作用(斜坡函数)表示从t=0时刻，以恒速R变化。如R=1,叫单位速度函数。0

t

f(t)361-4对自动控制系统的基本要求

2.2典型外作用(斜坡函数)371-4对自动控制系统的基本要求

2.3典型外作用（加速度函数）表示从t=0时刻开始，以恒加速度R变化。R=1叫单位加速度函数。0

tf(t)381-4对自动控制系统的基本要求

2.3典型外作用（加速度函数）391-4对自动控制系统的基本要求

2.4典型外作用(脉冲函数)脉冲函数是对ε趋于0，求极限得到的。f(t)0t401-4对自动控制系统的基本要求

2.4典型外作用(脉冲函数)

脉冲函数数学表达式为

脉冲函数在现实中是不存在的，只是数学上的定义，在现实系统中常把作用时间很短，幅值很大而强度有限的一些外作用近似看作脉冲函数。当A=1时，称为单位脉冲函数，记作δ(t),

强度为A的脉冲函数r(t)表示成r(t)=Aδ(t)411-4对自动控制系统的基本要求

2.4典型外作用(脉冲函数)421-4对自动控制系统的基本要求

2.5典型外作用(正弦、余弦函数)很多实际的随动系统就是经常在这种正弦函数作用下工作的。系统在正弦函数作用下的响应，即频率特性，是自动控制理论中研究系统性能的重要依据。f(t)tA431-4对自动控制系统的基本要求

2.5典型外作用(正弦、余弦函数)441-4对自动控制系统的基本要求

2.5典型外作用(正弦、余弦函数)45阶跃输入是变化最剧烈，对系统最不利的外作用，如果系统在阶跃函数作用下能满足自动控制任务。那么，系统在其它缓慢变化的外作用下更能满足要求。所以，常选用阶跃函数作用典型输入来研究系统的46

性能。阶跃响应的某些特征值，就是性能指标，可以统一评价系统的性能。总的来说，希望实际的调节过程尽可能接近于理想的调节过程。工程上把它归结为稳、准、快三个方面1.稳定性：就是指系统重新恢复平稳状态的能力，即过渡过程的收敛情况。47

1、2、5最终趋于平衡状态，这类系统是稳定的。3振荡发散，4单调发散。这类系统的过渡过程随时间的推移而发散，无法正常工作，不稳定。稳定性是对控制系统的最基本要求。2.