控制工程基礎(chǔ)緒論第1頁(yè)/共58頁(yè)自動(dòng)控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用自動(dòng)控制裝置（或稱為控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱為被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（稱為被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)是指由控制裝置與被控對(duì)象結(jié)合起來的，能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的一些物理量進(jìn)行自動(dòng)控制的一個(gè)有機(jī)整體。自動(dòng)控制理論：是研究有關(guān)自動(dòng)控制共同規(guī)律的一門技術(shù)科學(xué)，是自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論，根據(jù)發(fā)展的不同階段，其內(nèi)容可分為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。第4頁(yè)/共59頁(yè)第2頁(yè)/共58頁(yè)1.1自動(dòng)控制理論的產(chǎn)生和基本概念1.2控制理論的發(fā)展歷史及其在工程中的應(yīng)用1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本類型1.4課程主要內(nèi)容及章節(jié)安排第5頁(yè)/共59頁(yè)第3頁(yè)/共58頁(yè)1.1自動(dòng)控制理論的產(chǎn)生和基本概念1765年，俄國(guó)人波爾祖諾夫發(fā)明了控制鍋爐水位的自動(dòng)裝置；1768年，英國(guó)人瓦特發(fā)明了飛球調(diào)速器；1868年，物理學(xué)家麥克斯韋以調(diào)速器為背景，研究反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，發(fā)表論文《論調(diào)速器》，控制理論最早的成果論文。20世紀(jì)初，美國(guó)數(shù)學(xué)家維納研究火炮自動(dòng)控制中，提出了控制理論中最為基本的反饋概念。1948年，出版《控制論》，標(biāo)志自動(dòng)控制學(xué)科的正式誕生。第6頁(yè)/共59頁(yè)第4頁(yè)/共58頁(yè)（以恒溫系統(tǒng)為例）有兩種控溫方法：人工控制 自動(dòng)控制1.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的所有物理部件的有機(jī)組合體。被控制的設(shè)備或過程稱為被控對(duì)象；被控制的物理量稱為被控量或系統(tǒng)輸出量；決定被控量的物理量稱為控制量或輸入量；妨礙控制量對(duì)被控量進(jìn)行正?？刂频乃幸蛩胤Q為擾動(dòng)量。給定和擾動(dòng)都可以看作自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入。第7頁(yè)/共59頁(yè)第5頁(yè)/共58頁(yè)[動(dòng)態(tài)過程]觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）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根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值[實(shí)質(zhì)]檢測(cè)偏差再糾正偏差。1.人工控制恒溫箱123第8頁(yè)/共59頁(yè)第6頁(yè)/共58頁(yè)控制過程：測(cè)量，求偏差，控制以糾正偏差

若能找到一個(gè)控制器代替人的職能，就變成了自動(dòng)控制。第9頁(yè)/共59頁(yè)第7頁(yè)/共58頁(yè)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)。[動(dòng)態(tài)過程]2.恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)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第10頁(yè)/共59頁(yè)第8頁(yè)/共58頁(yè)系統(tǒng)原理方塊圖[實(shí)質(zhì)]檢測(cè)偏差糾正偏差第11頁(yè)/共59頁(yè)第9頁(yè)/共58頁(yè)從恒溫箱控制系統(tǒng)可見：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)）。被控制量位于系統(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)。第12頁(yè)/共59頁(yè)第10頁(yè)/共58頁(yè)綜上所述控制系統(tǒng)的工作原理：檢測(cè)輸出量（被控制量）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)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。第13頁(yè)/共59頁(yè)第11頁(yè)/共58頁(yè)由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自動(dòng)減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。顯然：反饋控制建立在偏差基礎(chǔ)上，其控制方式是“檢測(cè)偏差再糾正偏差”。第14頁(yè)/共59頁(yè)第12頁(yè)/共58頁(yè)按照有無反饋測(cè)量裝置分類，控制系統(tǒng)分為兩種基本形式，即開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.1.2開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)第15頁(yè)/共59頁(yè)第13頁(yè)/共58頁(yè)示例——直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)

給定電壓ug經(jīng)放大后得到電樞電壓ua，改變ug可得不同的轉(zhuǎn)速n，該系統(tǒng)只有輸入量ug對(duì)輸出量n的單向控制作用。輸出端和輸入端之間不存在反饋回路。+_電壓放大器功率放大器Mc負(fù)載n電動(dòng)機(jī)+_+_+電位器1開環(huán)控制系統(tǒng)第16頁(yè)/共59頁(yè)第14頁(yè)/共58頁(yè)輸入、輸出之間無反饋回路，輸出對(duì)系統(tǒng)的控制作用無影響。稱為開環(huán)控制系統(tǒng)（Open-LoopControlSystem）。擾動(dòng)控制信號(hào)

被控制量

給定電壓ug轉(zhuǎn)速n被控對(duì)象控制裝置Mc電壓放大器功率放大器直流電動(dòng)機(jī)控制器被控對(duì)象控制量擾動(dòng)被控制量開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，調(diào)試方便，成本低。開環(huán)控制的缺點(diǎn)——抗干擾性能差，精度低。

第17頁(yè)/共59頁(yè)第15頁(yè)/共58頁(yè)2閉環(huán)控制系統(tǒng)電壓放大器功率放大器Mc負(fù)載n電動(dòng)機(jī)+_+_+_uf電位器測(cè)速發(fā)電機(jī)+_ue=ug-uf偏差第18頁(yè)/共59頁(yè)第16頁(yè)/共58頁(yè)

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖

設(shè)上述系統(tǒng)原已在某個(gè)給定電壓ug相對(duì)于的轉(zhuǎn)速n狀態(tài)下運(yùn)行，若一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速下降時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整過程。Mc↑→n↓→uf↓→ue（ue=ug-uf

）↑→ua↑→n↑nue輸入量Mc擾動(dòng)輸出量功

率放大器直

流電動(dòng)機(jī)＋ugua測(cè)

速發(fā)電機(jī)uf－電

壓放大器第19頁(yè)/共59頁(yè)第17頁(yè)/共58頁(yè)

閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close-LoopControlSystem）又稱反饋控制系統(tǒng)（FeedbackControlSystem），是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，把輸出量檢測(cè)出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定值（參考輸入）進(jìn)行比較（相減），并利用比較后的偏差信號(hào)，以一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作用，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，逐步減小以至消除這一偏差，從而實(shí)現(xiàn)要求的控制性能。

+

反饋信號(hào)

輸出

控制指令

參考輸入控制器

受控對(duì)象

傳感器

-第20頁(yè)/共59頁(yè)第18頁(yè)/共58頁(yè)

閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)——抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，與開環(huán)控制相比，對(duì)參數(shù)變化不敏感，并能獲得滿意的動(dòng)態(tài)特性和控制精度。閉環(huán)控制的缺點(diǎn)——引入反饋增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，如果閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的選取不適當(dāng)，系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生振蕩，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)而無法正常工作，這是自動(dòng)控制理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須解決的重要問題。自動(dòng)控制理論主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng)

第21頁(yè)/共59頁(yè)第19頁(yè)/共58頁(yè)1.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型組成和基本概念輸入信號(hào)串聯(lián)校正元件放大元件執(zhí)行元件被控對(duì)象擾動(dòng)并聯(lián)校正元件反饋元件輸出量比較元件e(t)偏差信號(hào)主反饋信號(hào)b(t)測(cè)量反饋元件主反饋局部反饋＋＋－－給定元件第22頁(yè)/共59頁(yè)第20頁(yè)/共58頁(yè)被控對(duì)象（或過程）——又稱控制對(duì)象或受控對(duì)象，指需要對(duì)它的某個(gè)特定的量進(jìn)行控制的設(shè)備或過程。被控對(duì)象的輸出變量是被控變量，常常記作輸出信號(hào)或輸出量。被控對(duì)象除了受到控制作用外，還受到外部擾動(dòng)作用。給定元件——主要用于產(chǎn)生給定信號(hào)或輸入信號(hào)，例如，調(diào)速系統(tǒng)的給定電位計(jì)。測(cè)量反饋元件——如傳感器和測(cè)量?jī)x表，感受或測(cè)量被控變量的值并把它變換為與輸入量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。第23頁(yè)/共59頁(yè)第21頁(yè)/共58頁(yè)比較元件——比較輸入信號(hào)與反饋信號(hào)，以產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號(hào)。放大元件——將微弱的信號(hào)作線性放大。校正元件——也叫補(bǔ)償元件，它是按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號(hào)，以利于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。執(zhí)行元件——根據(jù)偏差信號(hào)的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，以便使被控制量按期望值變化。如電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)控制閥等。

第24頁(yè)/共59頁(yè)第22頁(yè)/共58頁(yè)輸入信號(hào)：是指參考輸入，又稱給定量或給定值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號(hào)。輸出信號(hào)：是指被控對(duì)象中要求按一定規(guī)律變化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。反饋信號(hào)：由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（或元件）輸入端的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。反饋分為主反饋和局部反饋。偏差信號(hào)：它是指參考輸入與主反饋信號(hào)之差。偏差信號(hào)簡(jiǎn)稱偏差。誤差信號(hào)：它是指系統(tǒng)輸出量的期望值與實(shí)際值之差，簡(jiǎn)稱誤差。在單位反饋情況下，誤差值也就是偏差值，二者是相等的。擾動(dòng)信號(hào)：簡(jiǎn)稱擾動(dòng)或干擾，它與控制作用相反，是一種不希望的、影響系統(tǒng)輸出的不利因素。擾動(dòng)信號(hào)既可來自系統(tǒng)內(nèi)部，又可來自系統(tǒng)外部，前者稱為內(nèi)部擾動(dòng)，后者稱為外部擾動(dòng)。外部擾動(dòng)是不希望的輸入信號(hào)。第25頁(yè)/共59頁(yè)第23頁(yè)/共58頁(yè)1.1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定準(zhǔn)確快速第26頁(yè)/共59頁(yè)第24頁(yè)/共58頁(yè)1、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性就是指系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。輸出量偏離平衡狀態(tài)后應(yīng)隨著時(shí)間收斂并且回到初始的平衡狀態(tài)。

穩(wěn)定性是系統(tǒng)工作的首要條件。第27頁(yè)/共59頁(yè)第25頁(yè)/共58頁(yè)穩(wěn)定不穩(wěn)定第28頁(yè)/共59頁(yè)第26頁(yè)/共58頁(yè)2、快速性這是在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提出的。指當(dāng)系統(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差過程的快速程度。3、準(zhǔn)確性指調(diào)整過程結(jié)束后，輸出量與給定的輸入量之間的偏差，即靜態(tài)精度，這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標(biāo)。第29頁(yè)/共59頁(yè)第27頁(yè)/共58頁(yè)

由于受控對(duì)象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求各有側(cè)重，例如，隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)快速性要求較高，而調(diào)速系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確性提出較嚴(yán)格的要求；對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，首要的是穩(wěn)定性，因?yàn)檫^大的振蕩將會(huì)使部件過載而損壞。同一系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快是相互制約的?？焖傩院?，可能會(huì)有強(qiáng)烈振蕩；改善穩(wěn)定性，控制過程又可能過于遲緩，精度也可能變壞。

第30頁(yè)/共59頁(yè)第28頁(yè)/共58頁(yè)控制理論的發(fā)展主要分為三個(gè)階段：從控制技術(shù)產(chǎn)生到20世紀(jì)50年代末為經(jīng)典控制理論的成熟和發(fā)展期。所謂經(jīng)典控制論是采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在頻率域?qū)屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的理論問題研究。20世紀(jì)60年代為局部自動(dòng)化時(shí)期。航空航天領(lǐng)域?qū)\(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)等各類飛行器進(jìn)行精確控制的需求導(dǎo)致了現(xiàn)代控制論的形成和發(fā)展。現(xiàn)代控制論中的數(shù)學(xué)模型描述主要采用狀態(tài)空間方程，研究多輸入多輸出系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的控制和設(shè)計(jì)問題。20世紀(jì)70年代末至今為綜合自動(dòng)化時(shí)期，控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，控制要求也越來越高，促進(jìn)了智能控制、復(fù)雜控制、大系統(tǒng)控制等先進(jìn)控制理論的發(fā)展。

1954年，我國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森在美國(guó)運(yùn)用控制論的思想和方法，用英文出版了《工程控制論》，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。1.2控制理論的發(fā)展歷史及其在工程中的應(yīng)用第31頁(yè)/共59頁(yè)第29頁(yè)/共58頁(yè)中國(guó)，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺(1400BC-1100BC)。亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動(dòng)裝置(100年)。中國(guó)張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動(dòng)測(cè)量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀(132年)。希臘Philon發(fā)明了采用浮球調(diào)節(jié)器來保持燃油液面高度的油燈。(BC250年)。第32頁(yè)/共59頁(yè)第30頁(yè)/共58頁(yè)中國(guó)馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車(235年)中國(guó)明代宋應(yīng)星所著《天工開物》記載有程序控制思想(CNC)的提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖(1637年)第33頁(yè)/共59頁(yè)第31頁(yè)/共58頁(yè)1788年：JamesWatt發(fā)明飛球調(diào)節(jié)器，用來控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速。第34頁(yè)/共59頁(yè)第32頁(yè)/共58頁(yè)美國(guó)N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出PID控制方法(1922)。美國(guó)E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)。第35頁(yè)/共59頁(yè)第33頁(yè)/共58頁(yè)現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)代控制（1950-Now）第36頁(yè)/共59頁(yè)第34頁(yè)/共58頁(yè)美國(guó)MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(1952)第37頁(yè)/共59頁(yè)第35頁(yè)/共58頁(yè)美國(guó)GeorgeDevol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954)，兩年后，被稱為機(jī)器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司Unimation。第38頁(yè)/共59頁(yè)第36頁(yè)/共58頁(yè)※世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)第39頁(yè)/共59頁(yè)第37頁(yè)/共58頁(yè)蘇聯(lián)東方-１號(hào)飛船進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開始了(1961)。第40頁(yè)/共59頁(yè)第38頁(yè)/共58頁(yè)美國(guó)的M.E.Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(1969)第41頁(yè)/共59頁(yè)第39頁(yè)/共58頁(yè)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(1976)第42頁(yè)/共59頁(yè)第40頁(yè)/共58頁(yè)中國(guó)批準(zhǔn)863高技術(shù)計(jì)劃，包括自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能機(jī)器人兩個(gè)主題(1986)。第43頁(yè)/共59頁(yè)第41頁(yè)/共58頁(yè)第一臺(tái)火星探測(cè)器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)旅行者Voyager一號(hào)，二號(hào)開始走出太陽(yáng)系，對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索。第44頁(yè)/共59頁(yè)第42頁(yè)/共58頁(yè)日本SONY公司二足步行機(jī)械人SDR-4X(2002)日本安川公司娛樂機(jī)械狗(2001)第45頁(yè)/共59頁(yè)第43頁(yè)/共58頁(yè)例1.2.1轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制是電機(jī)控制研究的重要組成部分。瓦特的飛球調(diào)速器是最初的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。

機(jī)械裝置用來測(cè)量驅(qū)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)速并利用飛球的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制閥門，進(jìn)而控制進(jìn)入蒸汽機(jī)的蒸汽流量。飛球調(diào)節(jié)器第46頁(yè)/共59頁(yè)第44頁(yè)/共58頁(yè)設(shè)計(jì)要求（1）水箱水位低于指定高度（H1）自動(dòng)開始進(jìn)水。（2）水箱水位高于指定高度（H2）自動(dòng)停止進(jìn)水。（3）控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性無特別要求。例1.2.2液位控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中，液位控制是常見的控制問題之一，廣泛用于遠(yuǎn)程供水、蒸汽鍋爐汽包水位控制、企業(yè)或家庭用水的水塔控制等場(chǎng)合。下面是抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第47頁(yè)/共59頁(yè)第45頁(yè)/共58頁(yè)

設(shè)計(jì)分析（1）系統(tǒng)選擇：閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）確定被控對(duì)象：抽水馬桶水箱確定被控量：水箱水位高度確定控制量：進(jìn)水管的水流量（3）確定干擾量：出水流量第48頁(yè)/共59頁(yè)第46頁(yè)/共58頁(yè)給定水位杠桿比較水位進(jìn)水閥門水箱浮球進(jìn)水量控制量被控對(duì)象被控量給定量反饋量出水干擾量方案構(gòu)思（1）控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）控制方案：閉環(huán)控制系統(tǒng)第49頁(yè)/共59頁(yè)第47頁(yè)/共58頁(yè)抽水馬桶示意圖第50頁(yè)/共59頁(yè)第48頁(yè)/共58頁(yè)例1.2.3自動(dòng)駕駛儀在航空航天領(lǐng)域，最初為了減輕駕駛員長(zhǎng)期駕駛的疲勞，在20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)了自動(dòng)駕駛儀，其功能是保持或改變飛機(jī)飛行狀態(tài)的自動(dòng)裝置，輔助駕駛員操縱飛機(jī)。俯仰角穩(wěn)定控制系統(tǒng)原理圖第51頁(yè)/共59頁(yè)第49頁(yè)/共58頁(yè)給定裝置放大器舵機(jī)飛機(jī)反饋電位器

垂直陀螺儀θ0θ擾動(dòng)俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖飛機(jī)方塊圖第52頁(yè)/共59頁(yè)第50頁(yè)/共58頁(yè)按輸入信號(hào)的特征分1.恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號(hào)為一常數(shù)，擾動(dòng)使被控量偏離理想值而出現(xiàn)偏差，利用偏差該系統(tǒng)可使被控量回復(fù)到理想值或接近理想值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)、水位控制系統(tǒng)均屬于此類系統(tǒng)。2.程序控制系統(tǒng)：輸入信號(hào)為已知的時(shí)間函數(shù)，如機(jī)械加工中的數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)系統(tǒng)。

3.隨動(dòng)系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的給定量是時(shí)間的未知函數(shù)，系統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確、快速地跟隨給定量變化。隨動(dòng)系統(tǒng)又稱伺服系統(tǒng)?；鹋谧詣?dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、船舶自動(dòng)舵均屬此類系統(tǒng)。1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本類型第53頁(yè)/共59頁(yè)第51頁(yè)/共58頁(yè)1.線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性都是線性的，系統(tǒng)的性能可用線性微分方程（或差分方程）來描述。（滿足均勻性與疊加性）2.非線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非線性元件。系統(tǒng)的性能需用非線性微分方程（或差分方程）來描述。注意：在實(shí)際中，絕大多數(shù)對(duì)象都具有非線性特性，而大多數(shù)儀器儀表也是非線性的，所以很少有真正意義上線性系統(tǒng)，一般是