課程成果確定方法：本課程將留意過(guò)程，接受過(guò)程評(píng)價(jià)體系。成果主要由平常成果、上機(jī)試驗(yàn)、考試成果三部分組成。每項(xiàng)說(shuō)明如下：1.平常成果：到課率、遲到早退狀況、作業(yè)狀況、回答問(wèn)題狀況、上課狀況等2.試驗(yàn)：試驗(yàn)準(zhǔn)備狀況及平常做試驗(yàn)的完成狀況3.考試：閉卷，卷面考試成果最終成果的給定大約按如下公式得到：平常成果+試驗(yàn)+考試成果三者比重大約分別為：15%、15%、70%上課將會(huì)有提問(wèn)、點(diǎn)名，課堂練習(xí)；課后將會(huì)有作業(yè)，記入平常成果主要教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)學(xué)問(wèn)分析方法基本概念控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型工程控制技術(shù)時(shí)域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)工程應(yīng)用系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正希望和要求:教學(xué)形式:

課堂上，多媒體授課為主，板書(shū)為輔；學(xué)習(xí)模式：預(yù)習(xí)－>聽(tīng)課－>復(fù)習(xí)(作業(yè)等形式)意見(jiàn)要求及時(shí)反饋新生事物大家支持教師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)學(xué)生積極配合師生共同創(chuàng)造佳績(jī)建議希望踴躍發(fā)表限制技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)限制機(jī)床限制生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化限制機(jī)器人限制......限制技術(shù)的應(yīng)用海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的狀況（右）CR-01型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無(wú)纜機(jī)器人（上）和正在下水的狀況（右）瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)船用火力發(fā)電綜合限制系統(tǒng)家用電器冰箱、洗衣機(jī)家庭影院微波爐......限制技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)消費(fèi)類產(chǎn)品U盤、MP3手機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品......限制技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)32、64等合弦音MCU芯片智能樓宇的限制限制技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)可視對(duì)講、室內(nèi)報(bào)警、遠(yuǎn)程家電限制…….樓宇電梯的控制信號(hào)檢測(cè)供電系統(tǒng)電機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu))可編程序限制器ProgrammableLogicController電機(jī)限制器機(jī)電機(jī)電一體化EV充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、空調(diào)、音響、雨刷、安全報(bào)警、電動(dòng)門窗…….電子機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)限制限制由行程開(kāi)關(guān)限制的自動(dòng)來(lái)回起動(dòng)線路典型應(yīng)用一、引言1、限制系統(tǒng)簡(jiǎn)介自動(dòng)限制成為一門科學(xué)是從1945發(fā)展起來(lái)的。起先多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動(dòng)限制。后來(lái)進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)限制。目前滲透到更多領(lǐng)域：大系統(tǒng)、交通管理、圖書(shū)管理等。補(bǔ)充學(xué)問(wèn)自動(dòng)限制理論的發(fā)展自動(dòng)限制理論是探討自動(dòng)限制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。既是一門古老的、已臻成熟的學(xué)科，又是一門正在發(fā)展的、具有強(qiáng)大生命力的新興學(xué)科。從1868年馬克斯威爾（J.C.Maxwell）提出低階系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)至今一百多年里，自動(dòng)限制理論的發(fā)展可分為四個(gè)主要階段：第一階段：經(jīng)典限制理論（或古典限制理論）的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟；其次階段：現(xiàn)代限制理論的興起和發(fā)展；第三階段：大系統(tǒng)限制興起和發(fā)展階段；第四階段：智能限制發(fā)展階段。經(jīng)典限制理論1868年，馬克斯威爾（J.C.Maxwell）提出了低階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。1895年，數(shù)學(xué)家勞斯（Routh）和赫爾威茨（Hurwitz）分別獨(dú)立地提出了高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，即Routh和Hurwitz判據(jù)。二戰(zhàn)期間（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻率響應(yīng)理論1948年，伊萬(wàn)斯（W.R.Evans）提出了根軌跡法。至此，限制理論發(fā)展的第一階段基本完成，形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經(jīng)典限制理論。經(jīng)典限制理論的基本特征（1）主要用于線性定常系統(tǒng)的探討，即用于常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)的分析與綜合；（2）只用于單輸入，單輸出的反饋限制系統(tǒng)；（3）只探討系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，是一種對(duì)系統(tǒng)的外部描述方法?，F(xiàn)代限制理論由于經(jīng)典限制理論只適用于單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，只留意系統(tǒng)的外部描述而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。因而在實(shí)際應(yīng)用中有很大局限性。隨著航天事業(yè)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20世紀(jì)60年頭初，在經(jīng)典限制理論的基礎(chǔ)上，以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代限制理論快速發(fā)展起來(lái)。1954年貝爾曼（R.Belman)提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論1956年龐特里雅金（L.S.Pontryagin）提出極大值原理1960年卡爾曼（R.K.Kalman)提出多變量最優(yōu)限制和最優(yōu)濾波理論

大系統(tǒng)理論20世紀(jì)70年頭起先，現(xiàn)代限制理論接著向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的限制方法和理論。（1）現(xiàn)代頻域方法以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型，探討線性定常多變量系統(tǒng)；（2）自適應(yīng)限制理論和方法以系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ)，在實(shí)時(shí)辨識(shí)基礎(chǔ)上在線確定最優(yōu)限制規(guī)律（3）魯棒限制方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不變的魯棒限制器，以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性。

智能限制是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種限制技術(shù)，是人工智能在限制上的應(yīng)用。智能限制的概念和原理主要是針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境、限制目標(biāo)或任務(wù)的困難性提出來(lái)的，它的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問(wèn)題的技巧，解決那些目前須要人的智能才能解決的困難的限制問(wèn)題。智能限制是從“仿人”的概念動(dòng)身的。一般認(rèn)為，其方法包括學(xué)習(xí)限制、模糊限制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)限制、和專家限制等方法。2、限制的定義:限制:對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。例.[鋼鐵軋制]:軋出厚度一樣的高精度鐵板存在溫度限制,生鐵成分限制,厚度限制,張力限制,等等。自動(dòng)限制:在沒(méi)有人干脆參與的狀況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為限制裝置或限制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（通稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地依據(jù)預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。例.典型限制系統(tǒng)：數(shù)控機(jī)床、機(jī)車、船舶及飛機(jī)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。例.限制實(shí)例-液面限制人工限制自動(dòng)限制3、限制論:定義：關(guān)于限制原理和限制方法的學(xué)科，探討事物變更和發(fā)展的一般規(guī)律。限制三要素：被控對(duì)象、限制目標(biāo)、限制裝置限制論強(qiáng)調(diào)：1)所探討的對(duì)象是一個(gè)系統(tǒng)；2)系統(tǒng)在不斷地運(yùn)動(dòng)（閱歷動(dòng)態(tài)歷程、包括內(nèi)部狀態(tài)和外部行為）；3)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的條件是外因（外界的作用：輸入、干擾）4)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的依據(jù)是內(nèi)因（系統(tǒng)的固有特性）限制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科?？刂普摻?jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論生物控制論工程控制論機(jī)械工程機(jī)械工程控制論共同的本質(zhì)特點(diǎn)：通過(guò)信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行限制。二、機(jī)械工程限制論的探討對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程限制論探討機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。1、系統(tǒng)(廣義系統(tǒng)):按確定的規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合。系統(tǒng)框圖如下:

系統(tǒng)的層次性和相對(duì)性：系統(tǒng)的組成元素也可以是一個(gè)系統(tǒng)（子系統(tǒng)），整個(gè)系統(tǒng)又可以是更上一層系統(tǒng)的組成元素。

廣義系統(tǒng)：具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο?，如機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、思維、學(xué)習(xí)等。

機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設(shè)備、加工過(guò)程、測(cè)量、車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)等。2、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題:系統(tǒng)在外界作用（輸入或激勵(lì)、包括外加限制與外界干擾）下，從確定初始狀態(tài)動(dòng)身，閱歷由其內(nèi)部的固有特性（由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所確定）所確定的動(dòng)態(tài)歷程（輸出或響應(yīng)）。這一過(guò)程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系即為系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。例.彈簧－質(zhì)量－阻尼單自由度系統(tǒng)。分析：這是同一個(gè)系統(tǒng)，不同的外界作用上式中y(t)為微分方程的解，明顯它是由系統(tǒng)的初始條件，系統(tǒng)的固有特性，系統(tǒng)的輸入及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系確定。對(duì)上例，須要探討的問(wèn)題可歸納為以下三類：1)系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響y(t)，三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系。2)系統(tǒng)確定并已知時(shí)，對(duì)系統(tǒng)施加何種輸入，能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)。3)對(duì)于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)?；镜膭?dòng)力學(xué)問(wèn)題。工程限制論的內(nèi)容可歸納為如下5個(gè)方面：（1）已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的輸出，即系統(tǒng)分析問(wèn)題；

（2）已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的志向輸出，設(shè)計(jì)輸入，即最優(yōu)控制問(wèn)題；（3）已知輸入和志向輸出時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，即最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題；（4）輸出已知，確定系統(tǒng)，以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)料問(wèn)題；（5）已知系統(tǒng)的輸入和輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題。

三、系統(tǒng)及其模型

1、系統(tǒng)的特性:（1）系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；

（2）系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)各元素的內(nèi)容要豐富得多；

（3）系統(tǒng)往往具有表現(xiàn)出在時(shí)域、頻域或復(fù)域等域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。

2、機(jī)械系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、輸出確定的機(jī)械能，以及承受確定的機(jī)械載荷為目的的系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，其輸入和輸出分別稱為“激勵(lì)”和“響應(yīng)”。3、系統(tǒng)模型:模型是探討系統(tǒng)、相識(shí)系統(tǒng)與描述系統(tǒng)、分析系統(tǒng)的一種工具。在我們這里模型是指一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象的理論模型，用來(lái)表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間的關(guān)系，故又稱為數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)的模型包括實(shí)物模型、物理模型、和數(shù)學(xué)模型等等。而數(shù)學(xué)模型又包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。動(dòng)態(tài)模型在確定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在限制理論或限制工程中，一般關(guān)切的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此，往往須要接受動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)模型:反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出僅由其現(xiàn)時(shí)輸入所確定，一般以代數(shù)公式描述。

動(dòng)態(tài)模型:反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出還由受其以前輸入的歷史的影響，一般以微分方程或差分方程描述。例:可見(jiàn)書(shū)P6圖1.2.2。四、反饋

1、定義:系統(tǒng)的輸出不斷地，干脆或間接地、全部或部分地返回，并作用于系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)就是信息的傳遞與交互。2、內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)限制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種限制目的而人為加入的反饋，稱為外反饋。內(nèi)反饋：在系統(tǒng)或過(guò)程中存在的各種自然形成的反饋，稱為內(nèi)反饋。它是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間相互耦合的結(jié)果。內(nèi)反饋是造成機(jī)械系統(tǒng)存在確定的動(dòng)態(tài)特性的根本緣由，紛繁困難的內(nèi)反饋的存在使得機(jī)械系統(tǒng)變得異樣困難。例：m-c-k系統(tǒng)明顯這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆](méi)有附加反饋限制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。3、系統(tǒng)方框圖及其組成系統(tǒng)方框圖由很多對(duì)信號(hào)（量）進(jìn)行單向傳遞的元件方框和一些連線組成，表征了系統(tǒng)各元件之間及系統(tǒng)與外界之間進(jìn)行信息交換的過(guò)程。它包括三個(gè)基本的單元，即：1)引出點(diǎn)（分支點(diǎn)）：表示信號(hào)的引出或信號(hào)的分支，箭頭表示信號(hào)的傳遞方向，線上標(biāo)記信號(hào)的名稱。

比較點(diǎn)（相加點(diǎn)）：表示兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行相加或相減運(yùn)算?！?”表示信號(hào)相加；“-”表示信號(hào)相減。

元件方框：方框中寫入元、部件的名稱，進(jìn)入箭頭表示其輸入信號(hào)；引出箭頭表示其輸出信號(hào)。例：見(jiàn)書(shū)P24頁(yè)1.7-1題解：人騎自行車時(shí)，總是希望自行車具有確定的志向狀態(tài)（如速度，方向等），人腦依據(jù)這個(gè)志向狀態(tài)指揮四肢動(dòng)作，使自行車按預(yù)定的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，路面的狀況等因素會(huì)對(duì)自行車的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使得自行車偏離志向狀態(tài)，人的感覺(jué)器官感覺(jué)車子的狀態(tài)，并將此信息返回到大腦，大腦依據(jù)實(shí)際狀態(tài)與志向狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動(dòng)作，如此循環(huán)往復(fù)。其信息流淌與反饋的過(guò)程如下圖所示：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)感覺(jué)器官自行車五、限制系統(tǒng)的工作原理及其組成加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱

溫度計(jì)例：人工限制恒溫箱調(diào)整過(guò)程：觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被限制量）

與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較，得到溫度偏差的大小和方向依據(jù)偏差大小和方向調(diào)整調(diào)壓器，限制加熱電阻絲的電流以調(diào)整溫度回復(fù)到要求值。人工限制過(guò)程的實(shí)質(zhì)：檢測(cè)偏差再訂正偏差。大腦手調(diào)壓器恒溫箱眼睛實(shí)際溫度期望溫度人工控制恒溫箱系統(tǒng)功能框圖溫度計(jì)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動(dòng)機(jī)減速器u2u1++u恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)例：恒溫箱自動(dòng)限制系統(tǒng)工作原理：恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓u2

恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實(shí)際溫度

u2比較得到溫度偏差信號(hào)u＝u1

u2溫度偏差信號(hào)經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電流的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差u＝0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)功能框圖如下所示：給定信號(hào)電壓功率放大器控制電機(jī)減速器調(diào)壓器恒溫箱(控制對(duì)象)熱電偶u1u2uuanvu溫度t(被控量)擾動(dòng)恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)功能框圖從恒溫箱限制系統(tǒng)功能框圖可見(jiàn)：

給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號(hào)）。被限制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量。

輸出量（全部或一部分）通過(guò)測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過(guò)程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱為反饋信號(hào)。綜上所述，限制系統(tǒng)的工作原理：檢測(cè)輸出量（被限制量）的實(shí)際值將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比較得出偏差；用偏差值產(chǎn)生限制調(diào)整作用去消退偏差，使得輸出量維持期望的輸出。由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無(wú)法預(yù)料擾動(dòng)的狀況下，自動(dòng)削減系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量之間的偏差，故稱之為反饋限制。明顯：反饋限制建立在偏差基礎(chǔ)上，其限制方式是“檢測(cè)偏差再訂正偏差”。這種基于反饋原理，能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間既定關(guān)系的系統(tǒng)。稱為反饋限制系統(tǒng)。反饋限制系統(tǒng)具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。留意：反饋限制系統(tǒng)中，反饋信號(hào)是與給定信號(hào)相減，使偏差越來(lái)越小，稱為負(fù)反饋。負(fù)反饋限制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限制最基本的方法。六、系統(tǒng)的分類及對(duì)限制系統(tǒng)的基本要求1、開(kāi)環(huán)限制與閉環(huán)限制實(shí)際的限制系統(tǒng)依據(jù)有無(wú)反饋?zhàn)饔每煞譃槿悾洪_(kāi)環(huán)限制系統(tǒng)閉環(huán)限制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)限制系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)僅受輸入量和擾動(dòng)量限制；輸出端和輸入端之間不存在反饋回路；輸出量在整個(gè)限制過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的限制不產(chǎn)生任何影響。輸入裝置指令系統(tǒng)輸入控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)工作臺(tái)位置系統(tǒng)輸出數(shù)控機(jī)床的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定、牢靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開(kāi)環(huán)限制能夠保持確定的精度。缺點(diǎn)：精度通常較低、無(wú)自動(dòng)糾偏實(shí)力控制器對(duì)象或過(guò)程輸入量輸出量開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)限制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)限制過(guò)程有干脆影響。閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，削減偏差。優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變更不敏感缺點(diǎn)：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問(wèn)題，系統(tǒng)性能分析和設(shè)計(jì)麻煩?？刂破鲗?duì)象或過(guò)程輸入量輸出量測(cè)量元件閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖反饋量3、輸出變更規(guī)律分類恒值限制系統(tǒng)系統(tǒng)輸入量為恒定值。限制任務(wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。如：恒溫箱限制、電網(wǎng)電壓、頻率限制等。程序限制系統(tǒng)輸入量的變更規(guī)律預(yù)先確知，輸入裝置依據(jù)輸入的變更規(guī)律，發(fā)出限制指令，使被控對(duì)象依據(jù)指令程序的要求而運(yùn)動(dòng)。如數(shù)控加工系統(tǒng)。隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）輸入量的變更規(guī)律不能預(yù)先確知，其限制要求是輸出量快速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變更，并能解除各種干擾因素的影響，精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變更規(guī)律。如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等。4、按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類

連續(xù)限制系統(tǒng)系統(tǒng)中各部分傳遞的信號(hào)為隨時(shí)間連續(xù)變更的信號(hào)。連續(xù)限制系統(tǒng)通常接受微分方程描述。離散（數(shù)字）限制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散限制系統(tǒng)通常接受差分方程描述。5、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)由線性元件組成，輸入輸出問(wèn)具有疊加性和勻整性性質(zhì)，以線性微分方程來(lái)表述。

非線性系統(tǒng)系統(tǒng)中有非線性元件，輸入輸出間不具有疊加性和勻整性性質(zhì)。用非線性微分方程來(lái)表述。6、其它分類系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)機(jī)械、電氣、機(jī)電、液壓、氣動(dòng)、熱力等限制系統(tǒng)溫度、壓力、位置等限制系統(tǒng)七、對(duì)限制系統(tǒng)的基本要求1、穩(wěn)定性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向及其復(fù)原平衡狀態(tài)的實(shí)力。穩(wěn)定的系統(tǒng)當(dāng)輸出量偏離平衡狀態(tài)時(shí)，其輸出能隨時(shí)間的增長(zhǎng)收斂并回到初始平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性是限制系統(tǒng)正常工作的先決條件。限制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所確定，與外界因素?zé)o關(guān)。穩(wěn)定性由限制系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件的能量不行能突變所產(chǎn)生的慣性滯后作用所導(dǎo)致。2、精確性限制精度，以穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量。穩(wěn)態(tài)誤差：系統(tǒng)的調(diào)整（過(guò)渡）過(guò)程結(jié)束而趨于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與給定量之間的差值。

3、快速性輸出量和輸入量產(chǎn)生偏差時(shí)，系統(tǒng)消退這種偏差的快慢程度。快速性表征系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。留意：不同性質(zhì)的限制系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定性、精確性和快速性要求各有側(cè)重。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、快速性相互制約，應(yīng)依據(jù)實(shí)際需求合理選擇。八、本課程的任務(wù)及主要內(nèi)容

本課程的任務(wù)限制系統(tǒng)性能分析動(dòng)態(tài)性能：過(guò)渡過(guò)程分析、穩(wěn)定性分析等穩(wěn)態(tài)性能：限制精度（穩(wěn)態(tài)誤差）限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇適當(dāng)?shù)南拗破骷跋拗埔?guī)律以改善限制系統(tǒng)的性能使其滿足限制要求。限制系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)通常是交替進(jìn)行的。限制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)一般包括：建立限制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（線性化模型）

對(duì)象的性能分析、仿真選擇限制方案（開(kāi)環(huán)/閉環(huán)；線性/非線性等）選擇性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)限制器

全系統(tǒng)性能分析、仿真研制限制器，構(gòu)建限制系統(tǒng)

試驗(yàn)驗(yàn)證

本課程主要內(nèi)容介紹經(jīng)典限制理論的基礎(chǔ)學(xué)問(wèn)，包括：限制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立限制系統(tǒng)的時(shí)域分析限制系統(tǒng)的頻域分析限制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正九、習(xí)題自動(dòng)限制系統(tǒng)方框圖的繪制步驟(重點(diǎn)駕馭)：（1）分析限制系統(tǒng)的工作原理，找出被控對(duì)象。（2）分清系統(tǒng)的輸入量、輸出量。（3）依據(jù)限制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的定義，找出相應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。（4）按信息流淌的方向?qū)⒏鱾€(gè)環(huán)節(jié)用元件方框和連線連接起來(lái)例1.1設(shè)電熱水器如下圖所示。為了保持希望的溫度，由溫控開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)電加熱器的電源。在運(yùn)用熱水時(shí)，水箱中流出熱水并補(bǔ)充冷水。試說(shuō)明該系統(tǒng)工作原理并畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。解：在電熱水器系統(tǒng)中，水箱內(nèi)的水溫須要限制，即水箱為被控對(duì)象。水的實(shí)際溫度是被限制量，或稱為系統(tǒng)的輸出量，設(shè)為To；輸入量為用戶希望的溫度（給定值），設(shè)為Ti；由于放出熱水并注入冷水或水箱散熱等緣由而使水箱內(nèi)水溫下降成為該系統(tǒng)的主要干擾。當(dāng)To=Ti時(shí)，水箱的實(shí)際水溫經(jīng)測(cè)溫元件檢測(cè)，并將實(shí)際水溫轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，與溫控開(kāi)關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較而得到的偏差為零，此時(shí)電加熱器不工作，水箱中的水溫保持在希望的溫度上。當(dāng)運(yùn)用熱水并注入冷水時(shí)，水溫下降，此時(shí)To<Ti，則偏差不為零而使溫控開(kāi)關(guān)工作。于是電源接通，電加熱器起先對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱，使水溫上升，直到To=Ti時(shí)為止。系統(tǒng)限制方框圖如下圖所示：例1.2分析圖示液位自動(dòng)限制系統(tǒng)工作原理并繪制系統(tǒng)功能框圖節(jié)流閥節(jié)流閥H(t)放大器+E+E