自動(dòng)控制技術(shù)1-1人工控制和自動(dòng)控制第一章自動(dòng)控制的基本概念主要內(nèi)容：

1.人工控制與自動(dòng)控制

2.開環(huán)控制

3.閉環(huán)控制

4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

5.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類21-1人工控制和自動(dòng)控制1.1人工控制與自動(dòng)控制1.1.1自動(dòng)控制問題的提出

一個(gè)簡(jiǎn)單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望液面高度h維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，水箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。水箱流出流入h

當(dāng)水的流出量增大或流入量減小，平衡則被破壞，液面的高度不能自然地維持恒定。31-1人工控制和自動(dòng)控制

這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)生的。這使得這種“水位恒定的要求”變得難以實(shí)現(xiàn)了。所謂控制就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（進(jìn)水量），而使另外某些特定的物理量（如被控量液面高度h）維持在某種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。人工控制的例子。水箱（控制對(duì)象）流出流入h

這種人為地強(qiáng)制性地改變進(jìn)水量，而使液面（被控量）高度維持恒定的過程，即是人工控制過程。41-1人工控制和自動(dòng)控制1.2.2自動(dòng)控制的定義及基本職能元件

1.自動(dòng)控制的定義自動(dòng)控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對(duì)象（或過程）的某些物理量（或狀態(tài)）自動(dòng)地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。水箱流出流入h控制器浮子

當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡被破壞時(shí)，水箱水位下降(或上升)，出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子檢測(cè)出來，自動(dòng)控制器在偏差的作用下，控制閥門開大(或關(guān)小)，對(duì)偏差進(jìn)行修正，從而保持液面高度不變。51-1人工控制和自動(dòng)控制2.自動(dòng)控制的基本職能元件自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn),實(shí)際上是由自動(dòng)控制裝置來代替人的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。畫出以上人工控制與自動(dòng)控制的功能方框圖進(jìn)行對(duì)照。水箱流出流入h水箱流出流入h控制器浮子

眼睛

浮子

大腦

自動(dòng)控制器肌肉、手執(zhí)行元件61-1人工控制和自動(dòng)控制

比較兩圖可以看出，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能，存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件：氣動(dòng)閥門希望液位實(shí)際液位浮子控制器水箱肌肉和閥門希望液位實(shí)際液位大腦水箱眼睛71-1人工控制和自動(dòng)控制執(zhí)行元件參考輸入輸出測(cè)量變送元件控制器對(duì)象擾動(dòng)輸入

測(cè)量元件與變送器（代替眼睛）；自動(dòng)控制器（代替大腦）；執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。這些基本元件與被控對(duì)象相連接，一起構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖。81-1人工控制和自動(dòng)控制案例自動(dòng)調(diào)溫空調(diào)1-1人工控制和自動(dòng)控制調(diào)節(jié)風(fēng)門希望溫度實(shí)際溫度溫度傳感器控制器空調(diào)101-1人工控制和自動(dòng)控制小結(jié)人工控制自動(dòng)控制控制量和被控對(duì)象自動(dòng)控制的基本元件111-1人工控制和自動(dòng)控制作業(yè)電飯煲

1-1人工控制和自動(dòng)控制1.2開環(huán)控制1.2開環(huán)控制開環(huán)控制是最簡(jiǎn)單的一種控制方式，我們可以給出開環(huán)控制的一般定義：定義：控制量與被控量之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系。開環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。控制器被控對(duì)象控制量被控量

交通指揮紅綠燈，自動(dòng)洗衣機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等。131-1人工控制和自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速滑臂位置功率放大器電位器下圖是一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。

當(dāng)調(diào)節(jié)電位器滑臂位置時(shí)，改變功率放大器的輸入電壓，從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，最終改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上的控制過程，用方框圖簡(jiǎn)單直觀地表示出來。

141-1人工控制和自動(dòng)控制

開環(huán)控制的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。（2）給定一個(gè)輸入，有相應(yīng)的一個(gè)輸出。（3）在系統(tǒng)方框圖中，作用信號(hào)是單方向傳遞的，形成開環(huán)。（4）輸出不影響輸入。（5）若系統(tǒng)有外界擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)輸出量不可能有準(zhǔn)確的數(shù)值，即開環(huán)控制精度不高，或抗干擾能力差。1.3閉環(huán)控制定義：凡是系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)，都叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。151-1人工控制和自動(dòng)控制

在控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象所施加的控制作用，若能取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實(shí)際輸出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反饋信息，使整個(gè)控制過程成為閉合的。因此，按反饋原理建立起來的控制系統(tǒng)，叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，其控制作用的基礎(chǔ)是被控量與給定值之間的偏差。

人本身就是一個(gè)具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)系統(tǒng)。比如，人可以用手拿到放在桌上的書等物，體現(xiàn)了閉環(huán)控制的原理。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的例子。161-1人工控制和自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速給定位置功率放大器電位器+-負(fù)載擾動(dòng)測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)ufureuaM功率放大器電動(dòng)機(jī)負(fù)載電位器F測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)171-1人工控制和自動(dòng)控制

閉環(huán)控制的特點(diǎn)：①控制作用不是直接來自給定輸入，而是系統(tǒng)的偏差信號(hào)，由偏差產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)被控量的控制；②系統(tǒng)被控量的反饋信息又反過來影響系統(tǒng)的偏差信號(hào)，即影響控制作用的大小。這種自成循環(huán)的控制作用，使信息的傳遞路徑形成了一個(gè)閉合的環(huán)路，稱為閉環(huán)。③提高了控制精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示?？刂破鞅豢貙?duì)象反饋元件輸入輸出+-偏差181-1人工控制和自動(dòng)控制三.開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均相當(dāng)不敏感。這樣，對(duì)于給定的控制對(duì)象，有可能采用不太精密且成本較低的元件構(gòu)成精密的控制系統(tǒng)。在開環(huán)情況下，就不可能做到這一點(diǎn)。從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，開環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建造，因?yàn)閷?duì)開環(huán)系統(tǒng)來說，不存在穩(wěn)定性的問題。但是在閉環(huán)系統(tǒng)中，穩(wěn)定性則始終是一個(gè)重要問題。因?yàn)殚]環(huán)