第1章 自动控制概论

1、2020/7/4，1，1，第一章自动控制概论，里德为什么要介绍本章？ 自动化技术渗透到国民经济的各个领域和社会生活的各个方面，是现代发展最快、应用最广泛、最引人注目的高科技，是推进新技术革命和新产业革命的关键技术，在一定程度上，自动化是现代化的同义词。 自动控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。 本章主要讲什么？从介绍自动控制的发展历史，引出自动控制理论的分析，设计自动控制系统的基本思想，介绍了自动控制的基本概念和对自动控制系统的基本要求，对自动控制理论的整体目标有了大致的了解。 2020/7/4，2，2，2，第一章自动控制绪论，控制系统的基本概念控制系统对分类控制系统的基本要求，主要

2、内容：2020/7/4，3，1.1自动控制系统的基本概念，在没有人直接涉及的情况下，通过控制器自动控制系统是能自动控制被控制对象的动作状态的系统，由被控制对象和控制装置构成。 2020/7/4，4，1.1自动控制系统的基本概念，控制系统的基本结构1，测量元件：传感器2，比较元件：比较控制量和基准输入量，多与测量或放大元件耦合3，放大元件：使微弱信号具有足够的振幅和功率4，致动器：偏差信号的控制产生动作补偿元件：为了消除或减弱系统在控制过程中发生的振动，在2020/7/4,5、5、5、反馈控制系统的基本构成、提供与期望的输出相对应的系统输入量的、产生系统控制指令的装置(或软件接口)中在工程上被称

3、为调节器和控制器。 放大比较微弱的偏差信号，以充分的电力推进驱动器和被控制对象，其功能直接推进被控制对象，使被控制量变化。 一般的执行元件有阀、伺服电机等，用于检测控制量的实际值。 测量、变更环节一般也称为反馈环节。 此外，通常是设备、物体或过程(一般受控制的运行状态被称为过程)，其角色是完成特定操作。 这是控制系统进行控制操作的对象，接收控制量并输出控制量。 另外，CPU 201用来将测量元件检测到的实际输出值与所提供的输入值进行比较，并求出它们的偏差。 一般的电量比较元件有差动放大器、桥接电路等。 1.1自动控制系统的基本概念、2020/7/4、7、7、6、1.1自动控制系统的基本概念、2

4、020/7/4、7、受控量(即，系统输出)是测量和控制的量或状态。 控制量：控制量也称为控制量，是控制器变化的量和状态，影响控制量的值。 通常，被控制量是系统的输出量。 控制意味着测量系统的控制量的值，并使控制量作用于系统以修正或限制测量值与预期值的偏差。 参考输入：人为提供的，使系统具有规定性能或规定输出的激励信号，表示输出的期望值。 因此，也被称为规定的输入、规定的值、规定的输出等。 名词术语：1.1自动控制系统的基本概念，2020/7/4，8，8，反馈：转换、处理系统(或环节)的输出量，传输给系统(或环节)的输入端，称为反馈。 偏差：规定的输入量和主反馈量之差。 误差：系统输出量的实际值

5、和期望值之差。 系统的希望值是被理想化了的系统的输出，实际上难以实现，用与控制输入量有比例关系的信号来表示。 对于单位反馈，期望值是系统的输入量，误差量等于偏差量。 扰动：扰动是一种对系统功率产生不良影响的信号。如果干扰发生在系统内部，则称为内部干扰。相反，如果干扰发生在系统外部，则称为外部干扰。 外部干扰也是系统的输入量。 1.1自动控制系统的基本概念、2020/7/4、9、1.2自动控制的基本方式、开环控制(信号单向流动)、控制装置和被控制对象之间只有正向作用，没有导致反向的控制。2020/7/4、10、1.2自动控制的基本方式、输入量、2020/7/4、11、1.2自动控制的基本方式、控

6、制方式：以规定值进行操作。 信号从预定值向一个方向传送到输出量。 一定的规定值与一定的输出量对应。 系统的控制精度取决于系统的预调整精度。 无法自动修正作业中受到的干扰和特性参数的变化。 结构简单，成本低廉，系统结构参数稳定，经常用于扰动信号弱的情况。 开环控制系统的特点：从信号输入到输出没有反馈，单向传输结构的简单控制精度不高，不能抑制干扰，2020/7/4，12，闭环控制(信号有反作用)，闭环控制系统的原理框图反馈：输出返回输入并与输入信号进行比较的过程负反馈：反馈信号从输入信号中减去以减小偏差的2020/7/4、13、1.2自动控制的基本方式是闭环控制：控制器和控制对象之间具有正向作用的

7、反向关系的控制过程中特征：输出影响输入，所以能减弱或抑制噪声的低精度元件，能构成高精度系统，可能发生过冲、抖动，所以稳定性很重要。2020/7/4、14、复合控制(前向联系、反向作用)、复合控制是闭环控制和开环控制组合的方式。 除了实质上的闭环控制电路之外，还添加输入信号(给定或扰动)的顺向路径，以补偿该信号引起的干扰，从而实现精确的控制效果。1.2自动控制的基本方式、2020/7/4、15、单变量系多变量系、给定的信号的形式，系统参数是否随时间变化，输入输出变量的数量，分类，系统是否满足叠加定理，信号传输的形式，定值系跟踪如果稳态系时变系、连续系离散系1.3控制系的分类、2020/7/4、1

8、6、值调整系统、反馈控制系统的参考输入信号是一定的常数，则将这样的反馈控制系统称为值调整系统。 在1.3控制系统的分类、2020/7/4、17、跟踪系统和闭环控制系统中，如果参考输入信号是任意的时间函数，而没有预先确定变化规则，则将这种输入信号的闭环控制称为跟踪系统。 1.3控制系统的分类，2020/7/4，18，1.4控制系统的基本要求，稳定性被控制信号跟踪变化的输入信号，认为该系统在从一个状态到另一个状态(如果可能)时是稳定的，并向反馈控制系统提供最基本的迅速性对迁移过程的形式和速度提出要求，一般称为动态性能。 稳定高射角追踪系统，炮身最终能追踪目标，但如果目标变动快，炮身行动慢的话，还无

9、法掌握目标。 控制系统的基本要求：对2020/7/4，19，1.4控制系统的基本要求，准确性用稳态误差表示。 当系统由于基准输入信号而达到稳定状态时，该稳定输出与基准输入所要求的期望输出之间的差称为规定的稳定误差。 显然，该误差越小，表示系统输出跟踪参考输入的精度越高。 稳定性：是保证控制系统正常工作的前提条件。 迅速性：有动态性能、指标。 正确性：稳态(过度终止后)值必须尽可能与期望值一致。 另外，对2020/7/4、20、1.4控制系统的基本要求是自动控制系统不仅应该满足稳定的性能，还应该满足动态过程的性能要求。动态过程的基本特性取决于系统的结构和参数，其基本形态如下： (1)单调过程(2)衰减振动过程(3)等幅振动过程(4)发