1、,任課教師：彭彥卿 教授,自動控制原理,聯(lián)系方式（彭彥卿）,聯(lián)系電話0592-6291166（O.) 辦公地點：實驗樓3-404 Email：,1、授課班級：12自動化1、2班（115人）,基本情況說明,2、學(xué)時數(shù)：56學(xué)時（理論48學(xué)時+實驗8學(xué)時）,3、教 材：胥布工主編，自動控制原理，電子工業(yè)出版社,4、考試方式：平時30%+期末成績70%,5、作業(yè)：每周二交一次,學(xué)習(xí)要點,MATLAB（自學(xué)為主） 參考書： 自動控制原理第五版，胡壽松，科學(xué)出版社 自動控制原理習(xí)題解析，胡壽松，科學(xué)出版社 自動控制原理，孫亮、楊鵬，北京工業(yè)大學(xué)出版社(廈門大學(xué)考研教材) 自動控

2、制原理及其應(yīng)用，黃堅，高等教育出版社 自動控制原理，王萬良，高等教育出版社,期刊 自動化學(xué)報 控制理論與應(yīng)用 控制與決策 IEEE Transactions on Automatic Control Automatica 學(xué)術(shù)團體 國際自動控制聯(lián)合會（International Federation of Automatic Control，IFAC ） 中國自動化學(xué)會,學(xué)習(xí)要點,高等數(shù)學(xué),積分變換,自動控制理論,現(xiàn)代控制理論,其它專業(yè)課程,1、專業(yè)基礎(chǔ)課，自動化專業(yè)承上啟下的課程,2、理論實踐相結(jié)合,理論性非常強，概念多，內(nèi)容多，抽象； 實際應(yīng)用緊密結(jié)合。能為解決實際控制問題提供理論和方法,

3、自動控制原理的課程特點,3、自動控制技術(shù)是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù),電機控制、自動化生產(chǎn)線、火炮雷達控制、家用電器、機械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、核反應(yīng)堆等。,1、打好基礎(chǔ),高等數(shù)學(xué)（微積分）、積分變換（拉氏變換）,2、做好預(yù)習(xí),3、聽好課,講課的速度較快、了解課程內(nèi)容,掌握基本理論和基本方法,4、做好習(xí)題,應(yīng)用學(xué)到的基本理論和基本方法解決實際問題,本課程學(xué)習(xí)方法,第一章 緒論,自動控制原理,自動控制原理 課程內(nèi)容,自動控制系統(tǒng) （定義見1.1節(jié)首段）,Ch2：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,Ch1：自動控制系統(tǒng)的基本概念和要求,分析系統(tǒng)的性能,Ch7: 控制系統(tǒng)的 校正,Ch8: 線性離

4、散控制系統(tǒng),Ch9： 非線性控制系統(tǒng),Ch4: 時域分析,Ch5:根軌跡分析,Ch6:頻率特性分析,Ch3：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及特性,第一章 緒論,1.1 引言 1.2 自動控制的基本原理 1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成 1.4 控制系統(tǒng)的分類 1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則 1.6 控制系統(tǒng)的設(shè)計概述 1.7 本書內(nèi)容安排 1.8 小結(jié),自動控制 在人不直接參與的情況下，利用自動控制裝置使工作機械或生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行，或使被控量（工作機械或過程的某個物理參數(shù)）按預(yù)定的要求變化。 自動控制系統(tǒng) 由自動控制裝置與被控對象以一定結(jié)構(gòu)組成的、能完成某種控制任務(wù)的有機整體。,兩個定義,1.1 引言

5、,刻漏： 沈括于熙寧七年(1074) 制成玉壺浮漏。影響水流的兩個主要原因互相補償：一是水的粘滯性。當溫度升高時，粘滯度便減小，水流變快；二是水面高度。當溫度升高時表面張力減小，漫溢水面便微微降低，水壓隨之降低而水流變慢。適當選擇結(jié)構(gòu)尺寸，就可以使兩個相反的變化近于完全抵消，達到最佳效果，即是水流受溫度變化的影響極小，刻漏更為準確；可說是世界上最精密的漏水計時器。,1.1.1 自動控制理論發(fā)展簡史,遠古時期的自動裝置,(來自互聯(lián)網(wǎng)),1.1 引言,指南車采用差動齒輪的機械原理： 車里面裝有多個大小不同的齒輪，直行，小輪懸空；轉(zhuǎn)彎時，一邊的小輪在轅、繩、滑輪的作用下降，與車輪和大輪發(fā)生嚙合傳動。

6、若車子向左轉(zhuǎn)90度，左輪不動，右輪要轉(zhuǎn)半周。與右輪相連的小齒輪也就轉(zhuǎn)半周（即轉(zhuǎn)過12個齒），經(jīng)過小平輪傳動到大平輪，則大平輪將以相反的方向轉(zhuǎn)動12個齒，即1/4周（90度），仙人在和車一起左轉(zhuǎn)90度時，又由于齒輪的嚙合傳動右轉(zhuǎn)了90度。其他運動情況的結(jié)果可以類推。仙人指向不變。,(來自互聯(lián)網(wǎng)),1.1 引言,計里鼓車，車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時轉(zhuǎn)動，其最末一只齒輪軸在車行一里時正好回轉(zhuǎn)一周，車子上層的木人車上木人受凸輪牽動，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。這一原理與現(xiàn)代汽車上的里程表的原理相同。,候風(fēng)地動儀的關(guān)鍵機構(gòu)，是一根稱為“都柱”的倒立擺，其重心高于擺動中心。在受地震橫波

7、襲擊時，由于慣性力作用，它將倒向震源方向，從而帶動該方向的傳動部件，使相應(yīng)方向的龍口上額起撓，龍口中的銅丸便掉落在蟾蜍口中。,(來自互聯(lián)網(wǎng)),(來自互聯(lián)網(wǎng)),1.1 引言,古代的自動裝置主要是基于相對直觀的“因果關(guān)系”而發(fā)明的，因而并未產(chǎn)生自動控制理論。 這與18世紀末開始逐漸發(fā)展起來的、基于反饋原理的自動裝置有著本質(zhì)的不同。反饋使“因果關(guān)系”進一步發(fā)展成為更加復(fù)雜的“因果-果因關(guān)系”。 由于反饋形成的回路使“因果”雙向相互作用，已不再是簡單的邏輯關(guān)系，因此，人們?yōu)樽龅街渌匀坏卦O(shè)計好基于反饋原理的自動裝置，必須對反饋控制理論加以研究，這也是反饋控制理論發(fā)展的初始推動力。,近代控制理論的逐步

8、形成和發(fā)展,1.1 引言,1、用于工業(yè)過程的自動反饋控制器-飛球調(diào)速器 1788年瓦特發(fā)明了飛球調(diào)速器，用來與蒸汽機的進氣閥連接構(gòu)成蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。,2、動態(tài)特性研究的開始：英國劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)和天文學(xué)家艾里在1829-1835系統(tǒng)研究了天文望遠鏡的速度控制，根據(jù)倒立擺離心力的原理首次發(fā)現(xiàn)了反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并利用微分方程分析了這種系統(tǒng)。,近代控制理論的逐步形成和發(fā)展,瓦特改良的蒸汽機,艾里,瓦特,1.1 引言,3、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的研究： 1868英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表了“論調(diào)速器”的論文，首次論述該問題。 二三階系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)。 1895英國勞斯判據(jù)和德國數(shù)學(xué)家赫爾維

9、茨的代數(shù)穩(wěn)定條件； 1893李雅普諾夫基于非線性運動的一般運動穩(wěn)定問題。,4、反饋控制系統(tǒng)的頻率特性研究：20世紀20年代，電子管放大器以及遠距離通話的實現(xiàn)，研究如何減少放大倍數(shù)增大而導(dǎo)致信號失真的問題。美國貝爾電話實驗室的工程師和科學(xué)家們逐步建立了反饋控制系統(tǒng)的頻率特性分析方法。,李雅普諾夫,1.1 引言,5、積分和微分控制的思想：1922年俄裔美國工程師米諾斯基在分析船舶駕駛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性時首次提出。 6、1934年美國麻省理工的赫曾教授創(chuàng)立了伺服控制理論，首次提出軌跡跟蹤在反饋控制中的重要性； 7、1936年英國工程師考倫德：溫度控制系統(tǒng)的PID控制器； 8、1942年美國工程師：PI

10、D參數(shù)整定準則，至今仍適用； 9、二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后10年：美國電信工程師伊萬斯給出控制系統(tǒng)的圖解分析法和根軌跡綜合法，創(chuàng)立根軌跡法的完整理論。,現(xiàn)代PID控制器,1.1 引言,10、1948年美國數(shù)學(xué)家維納出版專著“控制論”。1956年我國科學(xué)家錢學(xué)森出版“工程控制論”。 11、20世紀50年代，人造衛(wèi)星和空間技術(shù)的發(fā)展，成為自動控制理論新的發(fā)展推動力。極大值原理、動態(tài)規(guī)劃理論、狀態(tài)空間方法、多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論。 12、20世紀70年代，隨著大規(guī)模集成電路數(shù)字計算機的發(fā)展，推動了控制器應(yīng)用高級控制算法的能力。 13、出現(xiàn)若干控制理論分支：系統(tǒng)辨識、魯棒控制、協(xié)調(diào)控制、智能控制等等。,(

11、來自互聯(lián)網(wǎng)),1.1 引言,1.1.2 控制工程實踐 自動化的核心是控制與系統(tǒng)，控制工程實踐是實現(xiàn)自動化的手段。自動化最早出現(xiàn)在汽車工業(yè)，其初始概念是指在工業(yè)生產(chǎn)（加工、制造等）過程中采用自動控制代替人工控制。 1947年美國福特公司正式使用自動化一詞，其含義是指加工采用連續(xù)方式，生產(chǎn)過程流水式的自動進行。 從20世紀70年代開始，我國通過陸續(xù)引進國外成套自動化生產(chǎn)線，我國工業(yè)生產(chǎn)逐步從局部自動化，發(fā)展成今天的全方位、全流程的綜合自動化。 我國的自動化學(xué)術(shù)組織：中國自動化學(xué)會，1961年成立，第一屆理事長錢學(xué)森院士。,1.2.1 人工控制與自動控制 人工控制 人工控制：人工控制是人工操作實現(xiàn)：

12、測量、求誤差、控制、再測量、再求誤差、再控制的循環(huán)過程。,1.2 自動控制的基本原理,1)操作員將期望的液位值(即水 位高度)記在大腦中； 2)操作員用眼讀取實際液位值； 3)操作員將液位期望值與實際值比較得出偏差值； 4)操作員根據(jù)偏差的大小和性質(zhì)（正負性），決定如何通過用手打開或關(guān)閉閥門的方式來調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水量大小，達到維持液位恒定的控制目標。,自動控制：沒有人直接參與，利用自動控制裝置，使工作機械或生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行或使某些物理量按預(yù)定要求變化。,1.2 自動控制的基本原理,自動控制與人工控制的工作原理十分相似,1.2 自動控制的基本原理,自動控制裝置與人的器官對應(yīng)的、能完

13、成相應(yīng)功能的元件有： 給定元件：能根據(jù)液位期望值來調(diào)節(jié)連桿長度的環(huán)節(jié)代替人的大腦記下液位期望值； 測量元件：浮子作為傳感器代替人的眼睛測取實際液位值； 比較元件：浮子和連桿組合代替人的大腦計算出液位偏差值； 校正元件：杠桿機構(gòu)代替人的大腦對偏差的大小和性質(zhì)作出判斷（作為決策機構(gòu)作出如何校正的決定）； 執(zhí)行元件：帶動進水閥代替人手打開或關(guān)閉閥門調(diào)節(jié)經(jīng)過閥門的水量大小。 由此可見，組成自動控制裝置的元件一般應(yīng)包括：給定元件，測量元件，比較元件，校正元件和執(zhí)行元件，而上述液位自動控制系統(tǒng)就是由這些元件和被控對象（水池）組成的有機整體。,1.2 自動控制的基本原理,假設(shè)水池液位處于期望值。以用戶用水量

14、突然增加為例，圖1-2所示的簡單液位自動控制系統(tǒng)的工作過程如下： 當用戶用水量突然增加，出水量增加到一個新值，此時水池液位下降導(dǎo)致浮子下降，浮子、連桿與杠桿機構(gòu)測出液位期望值與實際值之間的偏差值，然后由杠桿機構(gòu)帶動進水閥打開閥門增大進水量。,由于新的出水量增加了，為了使進水量與出水量相等，浮子必須維持在比液位期望值更低的位置，只有通過使實際液位值低于期望值形成的落差才能使杠桿機構(gòu)帶動進水閥維持閥門在新的開度，以便增加進水量達到進水與出水的新平衡。,可消除誤差的液位自動控制系統(tǒng),工作原理如下： （1）用電位器和杠桿機構(gòu)記下液位期望值的電位器給定值（電位器中點）； （2）浮子作為傳感器測量實際液位

15、； （3）電位器和杠桿機構(gòu)計算出電位器上對應(yīng)于期望值的給定值與對應(yīng)于實際值的測量值之間的偏差值（電壓值）； （4）放大器與電動機組成的校正環(huán)節(jié)對偏差的大小和性質(zhì)進行判斷，并據(jù)此決定電動機如何轉(zhuǎn)動帶動閥門（打開或關(guān)閉閥門）去調(diào)節(jié)水量的大小。,（5）只要電位器和杠桿機構(gòu)比較所得的偏差不為零，則放大器與電動機組成的校正環(huán)節(jié)連續(xù)不斷地產(chǎn)生控制作用，即進一步打開或關(guān)閉閥門，甚至使閥門達到全開或全閉狀態(tài)，使液位上升或下降，直到液位恢復(fù)到期望值為止。,1.2 自動控制的基本原理,1.2 自動控制的基本原理,1.2.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制,開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入與輸出之間只有前向的信號傳遞，而沒有反向的信號

16、回傳。 缺點：開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度和抑制干擾能力較差。,Mc恒定：ur, ua, n ur, ua, n ur 恒定：Mc, n Mc, n,1.2 自動控制的基本原理,反饋：系統(tǒng)從輸出到輸入的反向信息傳遞，這種反向信息傳遞稱為反饋。 閉環(huán)控制系統(tǒng)：具有反饋的系統(tǒng)因信息在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞形成了閉合環(huán)路，稱為閉環(huán)系統(tǒng)。,Mc恒定：ur, ue u1 ua, n, uf, ue, u1 ua, n ur 恒定：Mc, n uf, ue, u1 ua, n,開環(huán)：單向控制，輸入和輸出間沒有聯(lián)系，系統(tǒng)輸入與輸出間沒有反饋回路。但受外界干擾小時，仍被大量使用。 閉環(huán)：將輸出量返回到輸入端，形成偏差，基于偏

17、差產(chǎn)生控制以減少或消除偏差。相對來看，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加、存在穩(wěn)定性問題，但具有開環(huán)控制無法替代的自動糾偏功能和較高控制精度。,1.2 自動控制的基本原理,1.2 自動控制的基本原理,1.2.3 對反饋控制系統(tǒng)的基本要求 1穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受擾動后重新恢復(fù)平衡的能力。不穩(wěn)定的系統(tǒng)一旦失去平衡就無法重新恢復(fù)，由于實際應(yīng)用中擾動是不可避免的，因此不穩(wěn)定的系統(tǒng)無法正常運行。,穩(wěn)定衰減過程,臨界穩(wěn)定（也稱為臨界不穩(wěn)定）振蕩過程,不穩(wěn)定發(fā)散過程,1.2 自動控制的基本原理,2快速性 快速性主要是用時間衡量一個穩(wěn)定的系統(tǒng)對平衡狀態(tài)的恢復(fù)或跟隨的速度。 影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的因素： 擾動使系統(tǒng)偏離平衡，

18、因控制任務(wù)的需要而改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。 過渡過程越短，說明系統(tǒng)恢復(fù)平衡或跟隨新的平衡狀態(tài)的能力越強，快速性就越好。,3準確性 過渡過程結(jié)束后系統(tǒng)就進入穩(wěn)態(tài)，此時系統(tǒng)輸出量的期望值與實際值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。 穩(wěn)態(tài)誤差越小，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。 無差系統(tǒng)、有差系統(tǒng)。,1.2 自動控制的基本原理,上述穩(wěn)定性、快速性和準確性三個方面往往是相互制約的。穩(wěn)定裕度過大可能引起系統(tǒng)的快速性變差、過渡過程變長；而單純追求快速性，則可能加劇振蕩，甚至引起不穩(wěn)定。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,1.3.1 按構(gòu)成系統(tǒng)的基本元件劃分,測量元件：測量系統(tǒng)的輸出量，量綱轉(zhuǎn)換。 如：熱電偶、各種傳感器，對輸出信號進行測量

19、。 比較元件：形成參考輸入信號與測量反饋信號的偏差。 如：反向放大器、中位器連接電路等。 校正元件：基于偏差信號按一定函數(shù)規(guī)律產(chǎn)生供執(zhí)行元件執(zhí)行的 控制命令對系統(tǒng)進行校正以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能 如：由放大器、電阻、電容組成的具有預(yù)定傳遞函數(shù)的電路。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,放大元件：對信號進行線性放大或提供功率放大。 如：電壓放大器等。 執(zhí)行元件：也稱執(zhí)行器。用來執(zhí)行校正元件產(chǎn)生的控制命令，以便使被控對象的輸出按期望值變化。 如：直流伺服電動機、交流伺服電動機、氣缸、液壓缸等。 被控對象：也稱受控對象，簡稱對象。需進行控制的設(shè)備或裝置的工作過程。 如：電動機的控制，或反應(yīng)器、傳熱過程、

20、燃燒過程的控制等。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,1.3.2 按系統(tǒng)內(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)劃分,傳感器：功能是感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的信號。當傳感器的輸出信號為標準信號時，則稱其為變送器。 控制器：產(chǎn)生供執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行的控制信號； 執(zhí)行機構(gòu)：根據(jù)控制器發(fā)出的命令去控制或調(diào)節(jié)被控過程； 被控對象：描述系統(tǒng)從控制變量到被控變量之間的被控過程。 廣義被控對象：執(zhí)行機構(gòu)+被控對象 控制變量：可以是任何描述被控過程控制輸入的物理量 廣義被控對象的控制變量：控制信號常是電信號，電壓或電流,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,1.3.3 若干常用術(shù)語 控制系統(tǒng) 由被控對象和控制器等內(nèi)部基本功能環(huán)節(jié)按一定的結(jié)構(gòu)方

21、式聯(lián)接，為完成某種控制任務(wù)而組成的一個有機整體,輸入信號：系統(tǒng)外部輸入的信號，也稱輸入量，如參考輸入，外部干擾輸入，其中參考輸入也稱為給定量（值），它是控制系統(tǒng)被控變量的反饋信號需保持或跟隨的指令輸入。 輸出信號：系統(tǒng)向外部輸出的信號，也稱輸出量，在單輸出系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號就是被控對象的被控變量。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,擾動信號：擾動可以是小的波動，也可以是大的波動，擾動信號也稱為干擾信號。擾動在系統(tǒng)的方塊圖中屬于外部輸入。 反饋信號：指對被控變量測量取出的、經(jīng)過必要的量綱轉(zhuǎn)換后反向回送到輸入端的信號。 偏差信號：指參考輸入信號與反饋信號之差。 誤差信號：指系統(tǒng)輸出量的期望值與實際值

22、之差。由于偏差信號與誤差信號之間存在確定對應(yīng)關(guān)系，故兩者經(jīng)過量綱換算是等價的。本書中誤差信號采用在輸入端的定義，因此，若不加說明誤差信號即指偏差信號。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,控制信號：指控制器或者校正元件的輸出信號，它是控制器或者校正元件按一定控制規(guī)律產(chǎn)生的控制指令 控制變量：簡稱控制量，指被控對象（被控過程）的控制輸入變量。 被控變量：簡稱被控量，指被控對象輸出需按控制要求變化的物理量，在單輸出系統(tǒng)中，也就是系統(tǒng)的輸出量。 控制通道：控制變量通過被控對象（被控過程）到控制系統(tǒng)輸出的通道。 干擾通道：干擾信號通過被控對象到系統(tǒng)輸出的通道。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,分析：把研究對象分成

23、較簡單的組成部分，找出這些部分的本質(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)系。 控制系統(tǒng)的分析是一種動態(tài)分析，即視研究對象為演化的系統(tǒng)。一般是先建立描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，這樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已確定，而結(jié)構(gòu)參數(shù)或參數(shù)范圍已確定，然后采用數(shù)學(xué)工具作為主要手段對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析。 綜合：綜合是分析的反義詞。一般地說，綜合就是將已有的關(guān)于研究對象各個部分的認識聯(lián)結(jié)起來，形成對研究對象的統(tǒng)一整體認識。 控制系統(tǒng)的綜合是指根據(jù)一定任務(wù)，利用系統(tǒng)分析的真知灼見，找出能夠滿足性能指標的控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和參數(shù)配置。 反饋控制系統(tǒng)中，當被控對象，執(zhí)行機構(gòu)和傳感器確定后，控制系統(tǒng)的綜合主要是建立控制器數(shù)學(xué)模型，解決控制器參數(shù)配置

24、或者參數(shù)優(yōu)化問題，以滿足整個控制系統(tǒng)的定量性能指標。,1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成,校正：在形成基本的控制系統(tǒng)或者確定了廣義控制對象和相應(yīng)的傳感器數(shù)學(xué)模型之后，基于經(jīng)典控制理論所進行的校正裝置設(shè)計工作。 校正的另一個含義類似控制一詞，如：校正器。 設(shè)計：指控制系統(tǒng)的設(shè)計而非工程設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計就是針對一個給定的控制任務(wù)，利用控制系統(tǒng)的分析與綜合方法，通過一系列反復(fù)的選擇、評判和優(yōu)化，完成構(gòu)造一個控制系統(tǒng)的逐步試探過程。,1.4 自動控制系統(tǒng)的分類,1.4.1 按參考輸入信號特征分類 1恒值控制系統(tǒng) 參考輸入信號為恒定值，控制系統(tǒng)的任務(wù)就是保持某個被控量為一個給定的期望恒值上。如：溫度、水位控

25、制等。 2隨動控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng)一般習(xí)慣稱為隨動系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的參考輸入信號是預(yù)先未知的隨時間變化的任意函數(shù)。隨動系統(tǒng)的任務(wù)就是使系統(tǒng)的被控量以一定精度跟隨參考輸入信號的變化。 如：高射炮隨動系統(tǒng)。,1.4 自動控制系統(tǒng)的分類,3程序控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)的參考輸入信號是預(yù)先設(shè)定的函數(shù)曲線。 如：熱處理爐溫度的升溫、保溫和降溫過程的控制，生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)器開停車過程中的升溫、保溫和降溫曲線控制 。,溫度上升預(yù)定曲線,1.4 自動控制系統(tǒng)的分類,1.4.2 按系統(tǒng)環(huán)節(jié)間信號傳遞形式分類 1連續(xù)系統(tǒng) ：信號傳遞均為時間的連續(xù)函數(shù) 2離散系統(tǒng) ：至少一個信號傳遞為脈沖序列或數(shù)字編碼

26、形式,3網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)：典型的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是指控制器到執(zhí)行器以及傳感器到控制器之間的信號傳遞是通過數(shù)據(jù)包計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。,采樣過程,1.4 自動控制系統(tǒng)的分類,1.4.3 按描述系統(tǒng)的動態(tài)方程分類 1線性系統(tǒng) ：可以采用線性微分方程來描述的系統(tǒng) 2非線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)中一般均包含非線性元件 3定常系統(tǒng)：系統(tǒng)中不含參數(shù)隨時間變化的元件 4時變系統(tǒng)：系統(tǒng)中含參數(shù)隨時間變化的元件,1、線性系統(tǒng) 特點：系統(tǒng)由線性元件構(gòu)成，描述運動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型為線性微分方程。運動方程一般形式： 式中：r(t)系統(tǒng)輸入量； c(t)系統(tǒng)輸出量 主要特點是具有疊加性和齊次性。,44,線性系統(tǒng)具有疊加性和齊次性。,疊

27、加性：,x1(t),y1(t),x2(t),則,y2(t),x1(t)+x2(t),y1(t)+y2(t),y=x2,二階系統(tǒng)是非線性的,因為它不滿足疊加性,齊次性：,為常數(shù),x(t),y(t),則,x(t),y(t),y=mx+b,系統(tǒng)也不是線性的，因為它不滿足齊次性。,45,2、非線性系統(tǒng) 在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個或一個以上的非線性環(huán)節(jié)。要用非線性方程描述其特性。 非線性方程的特點是：系數(shù)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項。 例：,46,1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則,1.蒸汽機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng) 工作原理： 蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動 圓錐齒輪減速帶動一對飛錘作水平旋轉(zhuǎn) 飛錘通過鉸鏈帶動套筒上、下滑動撥動杠桿的一端 杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度,蒸汽機：蒸汽機的轉(zhuǎn)速保持在期望值附近,平衡：飛錘旋轉(zhuǎn)，套筒保持某高度，閥門處于一個平衡位置 當出現(xiàn)不平衡時： 負載, 轉(zhuǎn)速， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動 ,飛錘速度 , 套筒位置 ,杠桿右端,蒸汽閥門，轉(zhuǎn)速。 負載, 轉(zhuǎn)速， 圓錐齒輪轉(zhuǎn)動 ,飛錘速度 , 套筒位置 ,杠桿右端,蒸汽閥門 ，轉(zhuǎn)速。,1.5 控制系統(tǒng)應(yīng)用實例三則,