《控制工程基礎(chǔ)》大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院主講教師：孫偉聯(lián)系電話(huà)：84707510Email:sunwei@教材：《控制工程基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社祝守新主編《控制工程基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社燕山大學(xué)王益群孔祥東主編參考教材：《控制工程基礎(chǔ)》浙江大學(xué)出版社張尚才主編第一節(jié)概述--控制理論的發(fā)展史第一章緒論第二節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念前言自動(dòng)控制是人類(lèi)在認(rèn)識(shí)世界和發(fā)明創(chuàng)新的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一門(mén)重要的科學(xué)技術(shù)。依靠它，人類(lèi)可以從笨重，重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來(lái)，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。自動(dòng)化也即現(xiàn)代化?？刂评碚摰陌l(fā)展史

--自動(dòng)控制技術(shù)與人類(lèi)進(jìn)步

AutomaticControl&HumanCivilization第一節(jié)概述I.前期控制(公元前1400–公元1900)工業(yè)機(jī)器II.經(jīng)典控制前期

(1900年-1935年)III.經(jīng)典控制(1935年-1950年)空間技術(shù)Ⅳ.現(xiàn)代控制

(1950年-)控制理論控制理論的發(fā)展史I.前期控制(EarlyControl)(公元前1400–公元1900)(0)具有反饋控制原理的控制裝置在古代就有了。這方面最有代表性的例子當(dāng)屬古代的計(jì)時(shí)器“水鐘”(在中國(guó)叫作“刻漏”，也叫“漏壺”)。據(jù)古代鍥形文字記載和從埃及古墓出土的實(shí)物可以看到，巴比倫和埃及在公元前1500年以前便已有很長(zhǎng)的水鐘使用歷史了。(1)戰(zhàn)國(guó)秦昭王時(shí)期，蜀郡守李冰于公元前227年創(chuàng)建的都江堰，是中國(guó)最古老的水利工程，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的觀(guān)念。西漢漏壺都江堰(3)公元132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。(2)公元100年亞歷山大的希羅發(fā)明開(kāi)閉廟門(mén)和分發(fā)圣水等自動(dòng)裝置，把硬幣投入儲(chǔ)錢(qián)箱，大門(mén)就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。在裝置中投入一個(gè)硬幣，就會(huì)有圣水從洞中噴出。(4)公元235年中國(guó)馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車(chē)(5)1637年中國(guó)明代宋應(yīng)星所著《天工開(kāi)物》記載有程序控制思想(CNC)的提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖指南車(chē)模型圖指南車(chē)結(jié)構(gòu)圖(6)英國(guó)瓦特（J.Watt）1765年發(fā)明了蒸汽機(jī)，1788年發(fā)明了離心式飛球調(diào)速器，通過(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)蒸汽量，從而保證蒸汽機(jī)在不同的工作負(fù)荷時(shí)，保持一定的轉(zhuǎn)速。(7)1868年英國(guó)麥克斯威爾（J.C.Maxwell）發(fā)表“論調(diào)速器”(OnGovernors)文章；從理論上加以提高，并首先提出了“反饋控制”的概念”

(8)1875年英國(guó)勞斯（E.J.Routh

）建立Routh判據(jù)(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(9)1892年俄國(guó)李雅普諾夫（A.M.Lyapunov）在博士論文“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題”中提出了穩(wěn)定性理論(10)1866年英國(guó)格雷（J.M.Gray）設(shè)計(jì)出第一艘全自動(dòng)蒸汽輪船“東方”號(hào)(GreatEastern)格雷的蒸氣操縱引擎全自動(dòng)蒸汽輪船“東方”號(hào)(11)1866年由中國(guó)近代化學(xué)的先驅(qū)者徐壽設(shè)計(jì)的中國(guó)第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(hào)(L20m,W25T,10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水。次年，中國(guó)第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古”號(hào)在江南造船廠(chǎng)下水。II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900年-1935年)(1)1913年美國(guó)福特(FordMotor)汽車(chē)公司建成最早的汽車(chē)裝配流水線(xiàn)(2)1922年美國(guó)米羅斯基(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(3)1928年美國(guó)MIT的萬(wàn)尼瓦爾.布什(VannevarBush)研制成第一臺(tái)大型模擬計(jì)算機(jī)(DifferentialAnalyzer)V.Bush大型模擬計(jì)算機(jī)汽車(chē)裝配流水線(xiàn)(4)1927年美國(guó)布雷克

(H.S.Black)提出放大器性的負(fù)反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)H.S.Black(5)閉環(huán)控制(反饋）--自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。控制論的奠基人維納(N.Wiener)1948年對(duì)此給出的定義為：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”“反饋是一種控制系統(tǒng)的方法，該方法將系統(tǒng)的輸出作用于系統(tǒng)的輸入。”

閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：(6)1925年美國(guó)斯佩雷（E.Sperry）研制出火炮控制器，1929年梅森（C.Mason）研制出氣壓反饋控制器火炮控制器氣壓反饋控制器III.經(jīng)典控制(ClassicalControl)(1935年-1950年)N.B.NicholsN.Wiener(1)1938年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的波德（H.Bode），1940年奈奎斯特（Nyquist）提出頻率響應(yīng)法(2)1942年美國(guó)泰勒（Taylor）儀器公司的齊格勒

（J.G.Ziegler）和尼科爾斯（N.B.Nichols）提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法(3)美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的維納（N.Wiener）研究隨機(jī)過(guò)程的預(yù)測(cè)，1942年提出Wiener濾波理論，1948年發(fā)表《控制論》（《Cybernetics》）一書(shū)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。(4)1934年美國(guó)的哈仁（H.L.Hazen）發(fā)表了“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(TheoryofServome-chanism)，并于1939年在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(ServomechanismLaboratory)H.Hazen伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(5)1937年英國(guó)圖靈（A.M.Turine）提出圖靈計(jì)算機(jī)的設(shè)想(6)在貝爾實(shí)驗(yàn)室Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的申龍（C.Shannon）1938年提出繼電器邏輯自動(dòng)化理論，1948年發(fā)表專(zhuān)著《通信的數(shù)字理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication)，奠定了信息論的基礎(chǔ)C.E.Shannon兩士兵在用裝載有火炮控制系統(tǒng)的裝置追蹤發(fā)射炮彈軌跡(7)MIT輻射實(shí)驗(yàn)室（RadiationLaboratory）在研究SCR-584雷達(dá)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，創(chuàng)立了尼科爾斯圖解設(shè)計(jì)方法（NicholsChartDesignMethod），菲利普（R.S.Philips）的噪音伺服系統(tǒng)（OnNoiseinServomechanisms），以及霍爾維茲（Hurewicz

）(1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(SampledDataSystem)(8)1948年美國(guó)尹文思（W.Evans）提出根軌跡法(RootLocusMethod)，完成了以單輸入線(xiàn)性系統(tǒng)為對(duì)象的經(jīng)典控制研究工作。(9)多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，包括1942年史密斯（Ed.S.Smith）的《自動(dòng)控制工程學(xué)》（《AutomaticControlEngineering》），1945年H.Bode的《回路分析和反饋放大器》（《NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier》），1945年麥科爾（L.A.MacColl）的《伺服系統(tǒng)基本原理》（《FundamentalTheoryofServomechanisms》），以及1954年錢(qián)學(xué)森的《工程控制論》(《EngineeringCybernetics》)Ⅳ現(xiàn)代控制(ModernControl)(1950年-)二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達(dá)，飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(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)，并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代控制理論發(fā)展很快。導(dǎo)彈衛(wèi)星航天器(2)1957年美國(guó)貝爾曼（R.Bellman）發(fā)表著名的動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DynamicProgramming），建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(3)1957年國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)成立，中國(guó)為發(fā)起國(guó)之一，第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議于1960年在莫斯科召開(kāi)(1)1956年蘇聯(lián)龐特里亞金（L.S.Pontryagin）發(fā)表“最優(yōu)過(guò)程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)L.S.Pontryagin地對(duì)空導(dǎo)彈F4幻影飛機(jī)(4)1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院的伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（ServomechanismLaboratory）研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(5)1957年世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功1957.Laika.Sputnik二號(hào)Sputnik一號(hào)為第一個(gè)向太空發(fā)射的人造衛(wèi)星1957年10月4日，火箭將第一顆人造衛(wèi)星Sputnik送往太空。升空照片至今沒(méi)有向世人公開(kāi)。右面的這張照片是從1967年的一部蘇聯(lián)記錄片中剪輯出來(lái)的?？屏_廖夫（S.Korolev）

(1906-1966),俄國(guó)太空船設(shè)計(jì)者，東方號(hào)飛船和上升號(hào)飛船的總設(shè)計(jì)師(6)1954年美國(guó)德沃（GeorgeDevol）研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，兩年后，被稱(chēng)為機(jī)器人之父的恩格爾伯格（JosephEngelberger）創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司－通用機(jī)器人（Unimation）(7)1960年美籍匈牙利人卡爾曼（R.E.Kalman）發(fā)表“控制系統(tǒng)全面理論”（“OntheGeneralTheoryofControlSystems”）等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀(guān)測(cè)性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)R.E.Kalman(8)1961年蘇聯(lián)東方-１號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，開(kāi)始了人類(lèi)宇航時(shí)代宇宙哥倫布-加加林蘇聯(lián)發(fā)行的一枚專(zhuān)門(mén)紀(jì)念加加林的郵票第一個(gè)繞預(yù)定軌道飛行的載人太空艙1961年，蘇聯(lián)的東方一號(hào)載著人類(lèi)歷史上第一名宇航員加加林飛向太空1961年4月12日，莫斯科時(shí)間9點(diǎn)零7分，27歲的加加林離開(kāi)了地球，飛向太空。108分鐘以后，加加林重返地球。飛行的最大高度是327000米。最大時(shí)速為28260公里。(9)1963年,美國(guó)的扎德（Lofti

Zadeh）與戴森（C.Desoer）發(fā)表“線(xiàn)性系統(tǒng)－狀態(tài)矢量空間方法”（LinearSystems-AStateSpaceApproach）。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(10)1958年美國(guó)的朱利（E.I.Jury）發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng)”(Sampled-DataControlSystem)，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)

C.DesoerZadeh(11)1966年蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號(hào)探測(cè)器，首次在月面軟著陸成功，三年后(1969年)，美國(guó)“阿波羅”11號(hào)把宇航員阿姆斯特朗（N.A.Armstrong）送上月球。N.A.Armstrong(12)1967年瑞典奧斯特隆姆（KarlJ.Astrom）提出最小二乘辯識(shí)，解決了線(xiàn)性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問(wèn)題和定階方法，六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1993年獲得IEEE榮譽(yù)獎(jiǎng)?wù)拢↖EEEMedalofHonor）。K.J.Astrom(13)1970年英國(guó)羅森布拉克（H.HRosenbrock

）發(fā)表“狀態(tài)矢量空間與多變量理論”（StateSpaceandMultivariableTheory）。1974年加拿大旺納姆（W.MWonham）發(fā)表“線(xiàn)性多變量控制：一種幾何方法”（LinearMultivariableControl:AGeometricApproach）。W.MWonham

(14)1969年美國(guó)的麥錢(qián)特（M.E.Merchant）提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(15)1971年美國(guó)ARPA（美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成(16)1976年日本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(17)1976年美國(guó)布羅克特（R.Brockett）提出用微分幾何研究非線(xiàn)性控制系統(tǒng)，1985年意大利伊西多爾（A.Isidori）出版“非線(xiàn)性控制系統(tǒng)”(NonlinearControlSystems)。A.IsidoriR.Brockett(18)1981年加拿大詹姆斯

G.Zames提出H

魯棒控制設(shè)計(jì)方法(19)1981年美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功GorgeZames(20)1969年美國(guó)布萊森（A.Bryson）和Y.C.Ho

發(fā)表“實(shí)用最佳控制”（AppliedOptimalControl）。1983年Y.CHo

和X.RCao等提出離散事件系統(tǒng)理論(21)1986年中國(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A.BrysonYuC.Ho(22)IEEE控制系統(tǒng)獎(jiǎng)（IEEEControlSystemsAward）獲得者名單(23)1996年美國(guó)第一臺(tái)火星探測(cè)器旅居者（Sojourner）在火星表面軟著陸(24)1981年美國(guó)旅行者（Voyager）一號(hào)，二號(hào)開(kāi)始走出太陽(yáng)系，對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索

國(guó)家重大需求隧道掘進(jìn)成套裝備是關(guān)系國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)、資源開(kāi)發(fā)和國(guó)防建設(shè)的重大技術(shù)裝備。城市地鐵

地下商城

市政工程人防工程

公路/鐵路建設(shè)

南水北調(diào)資源開(kāi)采

西氣東輸

技術(shù)背景：功率大：3000kw噪聲大：80db發(fā)熱嚴(yán)重：工作面溫度超過(guò)

40℃全斷面隧道掘進(jìn)裝備（Φ8.8m×200m）動(dòng)力推進(jìn)控制輸送多系統(tǒng)協(xié)同控制第二節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念在各種生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)設(shè)備中，常常需要使其中某些物理量（如溫度、壓力、位置、速度等）保持恒定，或者讓它們按照一定的規(guī)律變化，要滿(mǎn)足這種需要，就應(yīng)該對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的控制和調(diào)整，以抵消外界的擾動(dòng)和影響。下面介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)如何對(duì)這些物理量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。恒溫系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)恒溫控制有兩種方法：人工和自動(dòng)控制1.人工控制圖1-2-1所示為人工控制的恒溫箱。恒溫箱的溫度是靠通過(guò)改變調(diào)壓器的電壓來(lái)達(dá)到控制溫度的目的。箱內(nèi)溫度是由溫度計(jì)測(cè)量的。人工控制恒溫的過(guò)程可歸結(jié)如下：圖1-1人工控制的恒溫箱一、自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理觀(guān)測(cè)由測(cè)量元件（溫度計(jì)）測(cè)出的恒溫箱（被控制元件）的溫度；與要求的溫度值（給定值）進(jìn)行比較，得出偏差的大小和方向；根據(jù)偏差大小和方向再進(jìn)行比較控制：當(dāng)溫度高于所要求的給定溫度值時(shí)，就調(diào)節(jié)調(diào)壓器動(dòng)觸頭使電壓減小，溫度降低；若溫度低于給定的值，則調(diào)節(jié)調(diào)壓器動(dòng)觸頭，使電壓增加，溫度升高；如溫度還達(dá)不到要求時(shí)，要反復(fù)進(jìn)行上面的步驟操作。因此，人工控制的過(guò)程就是測(cè)量、求偏差、再控制以糾正偏差的過(guò)程。也就是“檢測(cè)偏差用以糾正偏差”的過(guò)程。2.自動(dòng)控制

圖1-2恒溫箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于這樣簡(jiǎn)單的控制形式，如果能找到一個(gè)控制器來(lái)代替人的職能，這樣人工控制系統(tǒng)就變成自動(dòng)控制系統(tǒng)了。u2

u1

熱電偶 給定信號(hào) 加熱電阻絲 電壓放大器 功率放大器 減速器調(diào)壓器 ⊿u

～220V 比較 + + 執(zhí)行電動(dòng)機(jī)

u1給定信號(hào)電壓，控制恒溫箱的溫度。

u2

測(cè)得的電壓信號(hào)，由作為測(cè)量元件的熱電偶，把溫度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。

△u

偏差信號(hào)，測(cè)得的電壓信號(hào)u2反饋回去與給定信號(hào)u1

相比較，所得結(jié)果即為溫度的偏差信號(hào)△u=u１-u２。經(jīng)過(guò)電壓、功率放大后，用以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，并通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向著減小電壓的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電壓，直到溫度達(dá)到給定值為止，即只有在偏差信號(hào)△u＝０時(shí)，電動(dòng)機(jī)才停轉(zhuǎn)。這樣就完成了所要求的控制任務(wù)。而所有這些裝置便組成了一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。液壓板帶扎機(jī)板帶出口厚度信息h由檢測(cè)元件3測(cè)出并反饋到電液伺服系統(tǒng)2中，發(fā)出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)液壓缸1，從而調(diào)節(jié)扎制輥縫，使得板帶出口厚度h保持在要求的公差范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)的瓦特式速度調(diào)節(jié)器允許進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料數(shù)量，根據(jù)希望的發(fā)動(dòng)機(jī)速度與實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)速度之差進(jìn)行調(diào)整。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的速度增大，以至于超過(guò)了希望的速度值，則速度調(diào)節(jié)器的離心力增大，從而導(dǎo)致控制閥向上移動(dòng)。這樣就會(huì)減少燃料供應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的速度減小，直至達(dá)到希望的速度時(shí)為止。當(dāng)工作于希望的速度時(shí)，高壓油將不進(jìn)入動(dòng)力油缸的任何一側(cè)。如果由于擾動(dòng)，使得實(shí)際速度下降到低于希望值，則速度調(diào)節(jié)器的離心力下降，導(dǎo)致控制閥向下移動(dòng)，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)增多，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度增大，直到達(dá)到希望的速度時(shí)為止。給定量也叫控制系統(tǒng)的輸入量。被控制量稱(chēng)為系統(tǒng)的輸出量。

反饋就是指輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量裝置將信號(hào)全部或一部分返回輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較。

比較的結(jié)果叫偏差。

基于反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)偏差用以糾正偏差”的原理又稱(chēng)為反饋控制原理。利用反饋控制原理組成的系統(tǒng)稱(chēng)為反饋控制系統(tǒng)。上述例子有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是都要檢測(cè)偏差，并用檢測(cè)到的偏差去糾正偏差，可見(jiàn)沒(méi)有偏差便沒(méi)有調(diào)節(jié)過(guò)程。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這一偏差是通過(guò)反饋建立起來(lái)的。(1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)每一環(huán)節(jié)的輸入不受系統(tǒng)的輸出影響時(shí)，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，其系統(tǒng)就屬于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出不對(duì)系統(tǒng)的輸入有任何影響。數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)二、開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)當(dāng)給定電壓改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也跟著改變，但這個(gè)控制系統(tǒng)經(jīng)受不住負(fù)載力矩變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，即負(fù)載力矩改變，轉(zhuǎn)速也要改變。(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)的輸入受到系統(tǒng)的輸出影響時(shí)，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)由于工作臺(tái)位移（輸出）經(jīng)檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際的位移后與給定的位移指令比較，從而產(chǎn)生控制作用，達(dá)到控制工作臺(tái)位移的目的。因此，如果實(shí)際的位移沒(méi)達(dá)到指令要求時(shí)，這種控制作用始終作用于工作臺(tái)，直到工作臺(tái)達(dá)到所要求的位置。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載加大，轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，但有了反饋，偏差就會(huì)增大，電動(dòng)機(jī)電壓就會(huì)升高，轉(zhuǎn)速就會(huì)上升。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便，且造價(jià)低廉。缺點(diǎn)是精度較低。閉環(huán)控制系統(tǒng)突出的優(yōu)點(diǎn)：精度高，不管出現(xiàn)什么干擾，只要被控制量的實(shí)際值偏離給定值時(shí)，閉環(huán)控制就會(huì)產(chǎn)生控制作用來(lái)減小這一偏差。閉環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)：這類(lèi)系統(tǒng)是檢測(cè)偏差用以糾正偏差，或者說(shuō)是靠偏差進(jìn)行控制。在工作過(guò)程中系統(tǒng)總會(huì)存在偏差，由于元件的慣性（如負(fù)載的慣性），很容易引起振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此精度和穩(wěn)定性是閉環(huán)系統(tǒng)存在的一對(duì)矛盾。

三

.反饋控制系統(tǒng)的基本組成

一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)應(yīng)該包括給定元件、反饋元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件及校正元件等。1.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)。2.反饋元件：它測(cè)量被控量或輸出量，產(chǎn)生主反饋信號(hào)，該信號(hào)與輸出量存在著確定的函數(shù)關(guān)系（通常為比例關(guān)系）。例如，調(diào)速系統(tǒng)用于測(cè)速的測(cè)速發(fā)電機(jī)。3.比較元件：用來(lái)比較輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之間的偏差?？梢允且粋€(gè)差接的電路，它往往不是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的物理元件，有時(shí)也叫比較環(huán)節(jié)；自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、機(jī)械式差動(dòng)裝置都是物理的比較元件。4.放大元件：對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大和功率放大的元件。例如，伺服功率放大器、電液伺服閥等。5.執(zhí)行元件：直接對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行操作的元件。例如，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等。6.控制對(duì)象：控制系統(tǒng)所要操縱的對(duì)象，它的輸出量即為系統(tǒng)的控制量，例如，機(jī)床工作臺(tái)等。7.校正元件：或稱(chēng)校正裝置，用以提高控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。有反饋校正和串聯(lián)校正等形式四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型

(1)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)在外界作用下，系統(tǒng)的輸出能基