2025/4/141第1章緒論導(dǎo)讀

為什么要介紹本章?自動(dòng)化技術(shù)幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域及社會(huì)生活的各個(gè)方面，是當(dāng)代發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛、最引人注目的高科技，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)，在某種程度上說，自動(dòng)化是現(xiàn)代化的同義詞。自動(dòng)控制原理研究分析、設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方法。

本章主要講什么內(nèi)容?從介紹自動(dòng)控制的發(fā)展歷史入手，引出自動(dòng)控制理論分析、設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本思想，然后介紹自動(dòng)控制的基本概念，以及對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求，對(duì)自動(dòng)控制理論的總的目標(biāo)有大致的了解。2025/4/142第1章緒論

1.1

引言

1.2

自動(dòng)控制舉例

1.3控制系統(tǒng)的基本方式

1.4控制系統(tǒng)的分類

1.5

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求主要內(nèi)容：2025/4/1431.1

引言自動(dòng)控制在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控對(duì)象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)由內(nèi)部相互聯(lián)系的部件按照一定規(guī)律組成，能夠完成一定功能的有機(jī)整體。2025/4/1441.1

引言2025/4/1451.1

引言液位控制系統(tǒng)被控對(duì)象：水箱控制參數(shù)：液位高度影響因素：出口流量、出口壓力、入口流量、入口壓力等調(diào)節(jié)因素：入口流量系統(tǒng)組成：手水箱h液位測(cè)量顯示Qi腦閥眼QoPi操作工2025/4/1461.1

引言手水箱h液位測(cè)量顯示Qi腦閥眼QoPi操作工控制器被控對(duì)象給定值被控量測(cè)量變送擾動(dòng)執(zhí)行元件控制信號(hào)調(diào)節(jié)參數(shù)測(cè)量值2025/4/1471.1

引言比較自動(dòng)控制與人工控制系統(tǒng)，可見自動(dòng)控制系統(tǒng)存在著三個(gè)最基本的職能元件：

1、測(cè)量元件與變送器：代替人的眼睛，完成信號(hào)的采集測(cè)量和變送；2、控制器：代替人的大腦，完成比較、計(jì)算、判斷，并發(fā)出調(diào)節(jié)指令；3、執(zhí)行元件：代替人的肌肉和手，完成或?qū)崿F(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)作用。任何實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)，都少不了上述三個(gè)的職能元件（部件、部分）。 2025/4/1481.1

引言控制系統(tǒng)的基本組成1、測(cè)量元件：傳感器2、比較元件：對(duì)控制量與參考輸入量進(jìn)行比較，多和測(cè)量或

放大元件結(jié)合在一起3、放大元件：使微弱信號(hào)具有足夠的幅值和功率4、執(zhí)行元件：接受偏差信號(hào)的控制產(chǎn)生動(dòng)作，改變控制量5、校正元件：用于消除或減弱系統(tǒng)在控制過程中產(chǎn)生的震蕩2025/4/149反饋控制系統(tǒng)基本組成擾動(dòng)測(cè)量變送給定環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)放大變換執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象串聯(lián)校正反饋校正反饋信號(hào)參考輸入偏差控制量被控量輸出-+-給出與期望的輸出相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量，是一類產(chǎn)生系統(tǒng)控制指令的裝置（或軟件界面）為改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能特性而附加的裝置，其參數(shù)可靈活調(diào)整。工程上稱為調(diào)節(jié)器或控制器。將比較微弱的偏差信號(hào)加以放大，以足夠的功率來推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或被控對(duì)象

其職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。常見的執(zhí)行元件有閥門，伺服電動(dòng)機(jī)等用來檢測(cè)被控量的實(shí)際值。測(cè)量變送環(huán)節(jié)一般也稱為反饋環(huán)節(jié)。通常是一個(gè)設(shè)備、物體或過程（一般稱任何被控制的運(yùn)行狀態(tài)為過程），其作用是完成一種特定的操作。它是控制系統(tǒng)所控制和操縱的對(duì)象，它接受控制量并輸出被控量。其作用是把測(cè)量元件檢測(cè)到的實(shí)際輸出值與給定環(huán)節(jié)給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。常用的電量比較元件有差動(dòng)放大器、電橋電路等。

1.1

引言2025/4/14101.1

引言2025/4/1411

被控量：即系統(tǒng)的輸出，是一種被測(cè)量和被控制的量值或狀態(tài)。

控制量：控制量也稱操縱量，是一種由控制器改變的量值或狀態(tài)，它將影響被控量的值。通常，被控量是系統(tǒng)的輸出量?？刂埔馕吨鴮?duì)系統(tǒng)的被控量的值進(jìn)行測(cè)量，并且使控制量作用于系統(tǒng)，以修正或限制測(cè)量值對(duì)期望值的偏離。

參考輸入：是人為給定的，使系統(tǒng)具有預(yù)定性能或預(yù)定輸出的激發(fā)信號(hào)，它代表輸出的希望值。故又稱為給定輸入、給定值、期望輸出等。名詞術(shù)語：1.1

引言2025/4/1412

反饋：將系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出量經(jīng)變換、處理送到系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸入端，稱為反饋。

偏差：給定輸入量與主反饋量之差。

誤差：是指系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與希望值之差。系統(tǒng)希望值是理想化系統(tǒng)的輸出，實(shí)際上很難達(dá)到，因而用與控制輸入量有一定比例關(guān)系的信號(hào)來表示。在單位反饋情況下，希望值就是系統(tǒng)的輸入量，誤差量就等于偏差量。擾動(dòng)：擾動(dòng)是一種對(duì)系統(tǒng)的輸出量產(chǎn)生不利影響的信號(hào)。如果擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的內(nèi)部，稱為內(nèi)部擾動(dòng)；反之，當(dāng)擾動(dòng)產(chǎn)生在系統(tǒng)的外部時(shí)，則稱之為外部擾動(dòng)。外部擾動(dòng)也是系統(tǒng)的輸入量。1.1

引言2025/4/14131.3

自動(dòng)控制的基本方式開環(huán)控制（信號(hào)單向流動(dòng)）

控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制。開關(guān)閉合后，不同的輸入電壓

u對(duì)應(yīng)于不同的溫度

t。2025/4/14141.3

自動(dòng)控制的基本方式輸入量輸出量典型開環(huán)控制的方框圖控制裝置被控對(duì)象擾動(dòng)輸出量

受控對(duì)象控制裝置

(電源)輸入量(溫度)擾動(dòng)量開關(guān)電爐恒溫箱加熱電阻絲爐溫開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖2025/4/14151.3

自動(dòng)控制的基本方式控制方式：按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場(chǎng)合。開環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：信號(hào)從輸入到輸出無反饋,單向傳遞

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

控制精度不高,無法抑制擾動(dòng)2025/4/1416閉環(huán)控制（信號(hào)有反向作用）閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖控制裝置被控對(duì)象輸入量被控量反饋環(huán)節(jié)擾動(dòng)1.3

自動(dòng)控制的基本方式反饋：

輸出量送回至輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程負(fù)反饋：

反饋的信號(hào)與輸入信號(hào)相減而使偏差越來越小2025/4/14171.3

自動(dòng)控制的基本方式閉環(huán)控制:

是指控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用有反向聯(lián)系的控制過程。特點(diǎn):

輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)、振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。2025/4/1418復(fù)合控制（前向聯(lián)系、反向作用）

復(fù)合控制是閉環(huán)控制和開環(huán)控制相結(jié)合的一種方式。實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)輸入信號(hào)（給定或擾動(dòng)）的順饋通路，對(duì)該信號(hào)帶來的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到精確的控制效果。1.3

自動(dòng)控制的基本方式2025/4/1419單變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)按給定信號(hào)的形式分按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化分按輸入輸出變量的多少分分類按系統(tǒng)是否滿足疊加定理分按信號(hào)傳遞的形式分恒值系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)定常系統(tǒng)時(shí)變性系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)1.4

控制系統(tǒng)的分類2025/4/1420

定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

如果反饋控制系統(tǒng)的參考輸入信號(hào)為恒定的常量，則稱這類反饋控制系統(tǒng)為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。1.4

控制系統(tǒng)的分類2025/4/1421

隨動(dòng)系統(tǒng)

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，如果參考輸入信號(hào)為一任意時(shí)間函數(shù)，其變化規(guī)律無法預(yù)先予以確定，則稱這類輸入信號(hào)的閉環(huán)控制系統(tǒng)為隨動(dòng)系統(tǒng)。1.4

控制系統(tǒng)的分類2025/4/14221.5

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是對(duì)反饋控制系統(tǒng)的最基本要求?？焖傩?/p>

對(duì)過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。準(zhǔn)確性

用穩(wěn)態(tài)誤差來表示?？刂葡到y(tǒng)的基本要求：2025/4/14231.5

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)除了滿足穩(wěn)態(tài)性能之外，還應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)過程的性能要求。動(dòng)態(tài)過程的基本特性取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，其基本形態(tài)有：（1）單調(diào)過程（2）衰減振蕩過程（3）等幅振蕩過程（4）發(fā)散振蕩過程2025/4/14241.5

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求tc(t)(a)0t00t(c)(b)0t(d)

(a)單調(diào)過程；(b)發(fā)散振蕩；(c)衰減振蕩