控制系统的一般概念

控制系统的一般概念第1页，课件共27页，创作于2023年2月本章主要内容

本章介绍了自动控制理论的应用领域、发展过程和分类。通过一些控制系统实例讨论了手动控制、自动控制、自动控制系统的工作原理、方框图、系统分类等相关基本概念。最后介绍了本课程将要介绍的主要内容，以利于读者从总体上把握本课程的相关知识。本章重点

要求掌握手动控制与自动控制、自动控制系统及其工作原理与组成、方框图、开环控制与闭环控制、系统输入量与输出量的相关基本概念。了解本课程将要学习的内容。2第2页，课件共27页，创作于2023年2月1.1引言产生的背景工业过程中需要更快更准确更安全的控制方式，科学的发展促使了自动控制理论的应用。自动控制在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预订要求变化。自动控制科学研究的内容在惰性和扰动存在的客观条件下控制某些物理量按照指定的规律变化。3第3页，课件共27页，创作于2023年2月人工控制和自动控制的举例人工控制自动控制煎鸡蛋的油温控制电饭煲自行车的速度控制空调汽车驾驶抽水马桶收音机音量调节导弹飞行控制普通电灯开关声控光控路灯4第4页，课件共27页，创作于2023年2月经典控制和现代控制的区别研究对象数学工具常用分析方法局限性经典控制理论单输入-单输出线性定长系统微分方程，传递函数时域分析法，频域分析法，根轨迹法对复杂多变量系统，时变和非线性系统无能为力现代控制理论多输入-多输出变系数，非线性系统线性代数，矩阵理论状态空间法比较繁琐（但由于现代计算机技术的发展，局限性已得到改善）5第5页，课件共27页，创作于2023年2月1.2开环控制与闭环控制◆开环控制◆闭环控制◆复合控制

6第6页，课件共27页，创作于2023年2月开环控制系统

Open-loopControlSystem◆定义：系统的控制输入不受输出影响的控制系统◆特点：系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制方式称为开环控制

控制器被控制对象给定值输出量按给定值控制的原理方框图7第7页，课件共27页，创作于2023年2月自控起源—计时装置8第8页，课件共27页，创作于2023年2月开环系统——沙漏计时9第9页，课件共27页，创作于2023年2月闭环控制系统

Closed-loopControlSystem闭环控制系统又称反馈控制系统反馈——把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。反馈控制——采用负反馈(正反馈较少)并利用偏差进行控制的过程（利用偏差修正偏差）。反馈控制也称为闭环控制。10第10页，课件共27页，创作于2023年2月手臂,手人眼输入信号大脑人眼输出信号用自动装置代替人工操作11第11页，课件共27页，创作于2023年2月闭环控制系统框图反馈回路被控量输入量控制器控制对象测量元件输出量干扰量12第12页，课件共27页，创作于2023年2月闭环控制——之水钟计时延祐铜漏壶是依据水流量计时的仪器。中国元代延祐三年（1316年）铸造，现藏中国历史博物馆。13第13页，课件共27页，创作于2023年2月闭环控制——之水钟计时原理14第14页，课件共27页，创作于2023年2月自动控制标志—之飞轮调速器15第15页，课件共27页，创作于2023年2月自动控制标志之飞轮调速16第16页，课件共27页，创作于2023年2月闭环与开环控制系统的比较

开环控制系统：

1.结构简单经济

2.调试方便

3.抗干扰能力差，控制精度不高。

闭环控制系统：

1.系统具有纠正偏差的能力。

2.抗扰性好，控制精度高。

3.包含元件多，结构复杂，价格高。

4.参数应选择适当。

开环＋闭环＝复合控制系统17第17页，课件共27页，创作于2023年2月复合控制系统

CompoundControlSystem定义：开环和闭环控制相结合的一种控制方式构成高精度控制系统的一种有效控制方式，使控制系统具有良好的控制性能。复合控制的两种基本形式按输入前馈补偿的复合控制按干扰前馈补偿的复合控制18第18页，课件共27页，创作于2023年2月干扰补偿的复合控制系统框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量前馈补偿19第19页，课件共27页，创作于2023年2月输入补偿的复合控制系统框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量前馈补偿20第20页，课件共27页，创作于2023年2月1.3控制系统举例随动系统保持被控制量等于某一个不能预知的变化量。克服被控对象的惰性。恒值控制系统保持被控制量等于某一整定的恒值。各种使被控量偏离整定值的扰动。21第21页，课件共27页，创作于2023年2月1.4控制器的组成与对控制系统的要求输出量串联补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输入量主反馈反馈控制系统基本组成22第22页，课件共27页，创作于2023年2月23第23页，课件共27页，创作于2023年2月24第24页，课件共27页，创作于2023年2月控制系统的基本要求之稳定性

1.稳定性系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致。稳定性的要求是系统工作的首要条件。25第25页，课件共27页，创作于2023年2月2.精确性控制精度，是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差。以稳态误差来衡量。控制系统的基本要求之精确性t01输入r(t)t01输入c(t)12