1、WELCOME,本課程的研究對(duì)象和性質(zhì),本課程研究工程領(lǐng)域有關(guān)(自動(dòng))控制的原理、方法、系統(tǒng)及其應(yīng)用。 本課程把基礎(chǔ)科學(xué)原理（數(shù)學(xué)、物理學(xué)等）與應(yīng)用科學(xué)（機(jī)械、力學(xué)、電工、儀器、計(jì)算機(jī)等）結(jié)合起來(lái)。形成一門(mén)技術(shù)（專(zhuān)業(yè)）基礎(chǔ)課程。,學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決的兩個(gè)問(wèn)題,如何分析某個(gè)給定控制系統(tǒng)的工作原理、穩(wěn)定性和過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)； 如何根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用機(jī)、電、液、光等設(shè)備加以實(shí)現(xiàn)。 前者主要是系統(tǒng)分析，后者是綜合與設(shè)計(jì)，無(wú)論解決哪類(lèi)問(wèn)題，都必須具有豐富的控制理論知識(shí)。,本課程教學(xué)安排,總學(xué)時(shí)：48 課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：42，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6 學(xué)時(shí)分配（含實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)及習(xí)題課）： 第一章 緒論

2、6學(xué)時(shí) (含2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 8學(xué)時(shí) 第三章 頻率特性 10學(xué)時(shí) (含2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 第四章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 6學(xué)時(shí) 第五章 時(shí)間響應(yīng)及誤差分析 6學(xué)時(shí) (含2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)） 第六章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 4學(xué)時(shí) 第七章 控制系統(tǒng)的綜合與校正 4學(xué)時(shí) 第八章 離散控制系統(tǒng)分析與校正 2學(xué)時(shí) 總結(jié)復(fù)習(xí) 2學(xué)時(shí),本課程的學(xué)習(xí)與考核,1. 課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與自學(xué)相結(jié)合。 2. 三次（五個(gè)）實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)每人一冊(cè)）。 3. 平時(shí)成績(jī)：上課情況、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)情況。 4. 期末考試：考試（書(shū)面、閉卷）。 5. 課程成績(jī)：平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)綜合評(píng)定。,本課程（推薦）參考書(shū)目：,

3、高鐵紅等：工程控制基礎(chǔ)，計(jì)量出版社（2010.7第二版）（教材） 高鐵紅等：工程控制基礎(chǔ)，計(jì)量出版社（2006.6第一版）（教材） 王顯正等：控制理論基礎(chǔ)（第二版），科學(xué)出版社 楊叔子主編：機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，華中理工大學(xué)出版社 朱驥北等：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社 胡壽松等：自動(dòng)控制原理，科學(xué)出版社 緒方勝?gòu)┲⒈R伯英等譯：現(xiàn)代控制工程，科學(xué)出版社 董景新等：控制工程基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社 王積偉等：控制工程基礎(chǔ)，高等教育出版社,主要內(nèi)容（教材）,第一章 緒論 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 第三章 頻率特性 第四章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 第五章 控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)誤差分析 第六章 控制

4、系統(tǒng)的根軌跡分析 第七章 控制系統(tǒng)的綜合與校正 第八章 離散控制系統(tǒng)分析與校正 ,控制工程基礎(chǔ),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的基本概念 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型 第四節(jié) 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 第五節(jié) 循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)示例 ,第一章 緒論,第一節(jié) 概述,一、控制工程研究的主要內(nèi)容 二、控制理論的發(fā)展 三、控制理論在工程中的應(yīng)用 四、控制理論的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法 ,一、控制工程研究的主要內(nèi)容（1）,控制工程是一門(mén)新興技術(shù)科學(xué)，也是一門(mén)邊緣科學(xué)，它的理論基礎(chǔ)是控制理論。 主要研究有關(guān)自動(dòng)控制和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論及其在工程中的應(yīng)用。 用控制理論的基本原理解決電氣、機(jī)械、測(cè)控、能源、化工等一切工程系統(tǒng)中的

5、控制技術(shù)問(wèn)題。,一、控制工程研究的主要內(nèi)容（2）,工程控制理論的實(shí)質(zhì)是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件(輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外加干擾)作用下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由其內(nèi)部的固有特性(由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性)所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程。 研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。,二、控制理論的發(fā)展(1),控制理論的產(chǎn)生可以追朔到1788年瓦特為控制蒸汽機(jī)速度而發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器(圖1-1)。 1868年，英國(guó)物理學(xué)家馬克斯威爾發(fā)表了第一篇關(guān)于“論調(diào)速器”的文章，首先提出了“反饋控制”的概念。 1884年和1895年,勞斯和霍爾維茨

6、把馬克斯威爾的理論擴(kuò)展到用高階微分方程描述的更為復(fù)雜的系統(tǒng)，并分別提出了兩種著名的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。 1932年奈奎斯特研制出電子管振蕩器，同時(shí)提出了著名的Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)。,蒸氣機(jī)離心調(diào)速器原理圖,二、控制理論的發(fā)展（2）,1948年美國(guó)數(shù)學(xué)家維納出版了著名的控制論關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)一書(shū)，他揭示了無(wú)論機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)甚至社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，都存在一個(gè)共同本質(zhì)的特點(diǎn)，它們都是通過(guò)信息的傳遞、處理、反饋這三個(gè)要素來(lái)進(jìn)行控制，這就是控制論的中心思想。 1950年伊萬(wàn)斯提出的根軌跡法提供了尋找特征方程根的比較簡(jiǎn)易的圖解方法，至此，形成了完整的經(jīng)典控制理論。,二、控制理論的發(fā)展（

7、3）,著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森從控制論這一總題目中，把已被當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)踐所證明的部分分離出來(lái)，創(chuàng)立了“工程控制論”，并于1954年出版了工程控制論這一名著，這對(duì)控制理論的發(fā)展與應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用。 工程控制論、生物控制論、社會(huì)控制論、人工智能被現(xiàn)代公認(rèn)是控制論理論創(chuàng)建以來(lái)發(fā)展最突出的四大拓展成果，就定量分析和定性分析相結(jié)合上，用系統(tǒng)思想方法指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)上看，唯有錢(qián)學(xué)森的工程控制論在理論上最完美成熟。,二、控制理論的發(fā)展（4）,50年代末與60年代初，出現(xiàn)了多變量、非線(xiàn)性和時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求；由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，半導(dǎo)體和電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，各種傳感

8、器和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使控制理論發(fā)展到了一個(gè)新階段，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代控制理論。 隨著科技進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，控制論無(wú)論是在三要素的內(nèi)涵上，還是在其深度與廣度上都在發(fā)展變化著，對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響.,二、控制理論的發(fā)展（5）,控制理論發(fā)展的三個(gè)階段： 經(jīng)典控制論現(xiàn)代控制論智能控制論 經(jīng)典控制論階段（20世紀(jì)4050年代） 以微分方程和傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究SISO控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，對(duì)線(xiàn)性定常系統(tǒng)成熟而有效。 現(xiàn)代控制論階段（20世紀(jì)6070年代） 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了把經(jīng)典控制論中的高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階微分方程組來(lái)描述系統(tǒng)的方法狀態(tài)

9、空間法，可以解決MIMO問(wèn)題，對(duì)非線(xiàn)性、時(shí)變系統(tǒng)也有效，是自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波的基礎(chǔ)。 智能控制論階段（20世紀(jì)70年代 ） 控制論向著“大系統(tǒng)理論”和“智能控制論”發(fā)展。,1、軍事（飛機(jī)方向控制、 火炮控制、軍艦航行控制等）； 2、數(shù)控機(jī)床、加工中心 ； 3、機(jī)器人 ； 4、機(jī)電一體化系統(tǒng)(打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等）； 5、動(dòng)態(tài)測(cè)試； 6、機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)性能分析； 7、液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析； 8、生產(chǎn)過(guò)程控制。,三、控制理論在工程中的應(yīng)用,飛機(jī)方向控制,機(jī)床（加工中心控制）,機(jī)器人控制,密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型,香港理工AGV模型,四、控制理論的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法,本課

10、程特點(diǎn)： 比較抽象；起點(diǎn)高；系統(tǒng)性強(qiáng) 學(xué)習(xí)本門(mén)課程應(yīng)以新的視角分析和考慮問(wèn)題。 學(xué)習(xí)本門(mén)課程要能以系統(tǒng)的而不是孤立的、動(dòng)態(tài)的而不是靜止的觀點(diǎn)和方法來(lái)思考和解決問(wèn)題。 掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結(jié)合實(shí)際，為解決工程中的控制問(wèn)題打下基礎(chǔ)。,Coming soonNext Section,第二節(jié) 控制系統(tǒng)的基本概念,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理 二、開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng) 三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 ,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（1）,系統(tǒng)：由相互制約的各個(gè)部分組成的具有一定功能的整體。 自動(dòng)控制系統(tǒng)：能夠進(jìn)行自動(dòng)控制的一整套設(shè)備或裝置。通常由控制器（控制裝置）和被控對(duì)象兩大部

11、分組成。 被控對(duì)象：系統(tǒng)中需要加以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程； 控制器：能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象產(chǎn)生控制作用的設(shè)備的總體。 控制系統(tǒng)的任務(wù)：使被控制對(duì)象的物理量按照預(yù)先給定的控制規(guī)律變化。,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（2）,請(qǐng)同學(xué)們想一想身邊的自動(dòng)控制系統(tǒng)的例子。,被控對(duì)象,控制器,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（3）,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)： 1、提高生產(chǎn)率、降低能源消耗。 2、減輕體力和腦力勞動(dòng)。 3、生產(chǎn)安全、廢品少、產(chǎn)品質(zhì)量高。,溫度,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（4）,被控對(duì)象,被控制量,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（5）,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（6）,不論采用人工控制還是自動(dòng)控制都具有以下共同點(diǎn)：

12、要檢測(cè)被控制量的實(shí)際值； 被控制量的實(shí)際值要與給定值進(jìn)行比較得出偏差值； 要用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用再去消除偏差。 檢測(cè)偏差，消除偏差,實(shí)現(xiàn)基本控制的三個(gè)步驟,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（7）,反饋是指對(duì)系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行測(cè)量，并加以處理（取其一部分或全部、或其函數(shù)等）后，再返回輸入端與系統(tǒng)的給定量進(jìn)行比較的過(guò)程。 如果反饋量對(duì)給定量起增強(qiáng)作用，則稱(chēng)正反饋；反之，如果反饋量對(duì)給定量起減弱作用，則稱(chēng)負(fù)反饋。控制系統(tǒng)多采用負(fù)反饋。 基于負(fù)反饋的“檢測(cè)偏差并用以消除偏差”的控制原理，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)。 反饋控制是自然界中一切物體控制的自身運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律之一

13、，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而精確的控制；如人和動(dòng)物（為尋求目標(biāo)）的行走、汽車(chē)駕駛過(guò)程、導(dǎo)彈控制過(guò)程等。,反饋控制原理,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（8）,固有反饋是指沒(méi)有外加的檢測(cè)裝置，但是，變量與變量之間相互制約，構(gòu)成了閉合的因果關(guān)系。 例如機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械加工系統(tǒng)、直流電機(jī)系統(tǒng)等。從控制理論的角度，它們都是一個(gè)反饋控制過(guò)程，因而都可以用控制理論加以解決。,固有反饋（內(nèi)在反饋）,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（9）,把表示系統(tǒng)的組成、各元件作用關(guān)系及信號(hào)傳遞（或流通）關(guān)系的圖形稱(chēng)為職能方框圖。,職能方框圖,圖1-4 恒溫箱溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)職能方框圖,一、控制系統(tǒng)的基本工作原理（10）,輸出量（或稱(chēng)輸出信號(hào)、

14、被控制量）：是指控制系統(tǒng)中需要加以控制的物理量。系統(tǒng)的輸出量常用符號(hào)xo(t)表示。 輸入量（或稱(chēng)輸入信號(hào)、給定值、給定量）：是指輸入給控制系統(tǒng)用以控制輸出量變化規(guī)律的物理量它作用于系統(tǒng)輸入端，直接地或間接地表示系統(tǒng)輸出量的期望值（給定值）。系統(tǒng)的輸入量常用符號(hào)xi(t)表示. 擾動(dòng)量（或稱(chēng)擾動(dòng)信號(hào)）：指那些能使輸出量偏離預(yù)定要求（期望值）的意外干擾因素。 反饋量（或稱(chēng)反饋信號(hào)）：是指把輸出量取出并直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換以后送回到輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較的物理量。,控制系統(tǒng)中常用的概念和術(shù)語(yǔ),繪制職能方框圖舉例：,這是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 輸入量（控制量）：希望的液面高度 輸出量（被控制量）：

15、實(shí)際液面高度 擾動(dòng)量：流量的變化（出水截門(mén)打開(kāi)導(dǎo)致的流量的變化） 被控對(duì)象：水箱,To be continued (Sep.6c),二、開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)按其有無(wú)反饋?zhàn)饔煤头答佔(zhàn)饔玫姆绞娇煞譃槿?lèi)： 1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 3、復(fù)合控制系統(tǒng),1. 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒(méi)有反饋?zhàn)饔茫敵隽繉?duì)系統(tǒng)的控制過(guò)程不發(fā)生影響時(shí)，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。如自動(dòng)印像機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)、普通機(jī)床的運(yùn)動(dòng)等。 圖1-5是數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng).,數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)示意圖,數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)控制過(guò)程,（1）根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)定x方向位移； （2）把此數(shù)據(jù)輸入機(jī)床控制器

16、中；在控制器中把工作臺(tái)行程換算成當(dāng)量脈沖。 （3）按計(jì)算所得脈沖數(shù)（電壓信號(hào)）輸給步進(jìn)電機(jī)。 （4）步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)角通過(guò)減速齒輪傳給絲杠。 （5）絲杠輸出，通過(guò)螺母?jìng)鹘o工作臺(tái)，工作臺(tái)輸出直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。,數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)職能方框圖,圖1-6 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的職能方框圖,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：,（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。 （2）動(dòng)作快，較穩(wěn)定。 （3）有了誤差無(wú)法自動(dòng)調(diào)整。,2. 閉環(huán)控制系統(tǒng),如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制過(guò)程有直接影響，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照反饋控制原理工作的，又稱(chēng)為反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的信號(hào)傳遞路線(xiàn)構(gòu)成閉合回路（閉環(huán)）

17、。 前面介紹的離心調(diào)速器控制系統(tǒng)和恒溫箱溫度恒定自動(dòng)控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)。,數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給閉環(huán)控制系統(tǒng),請(qǐng)同學(xué)自己繪制該閉環(huán)系統(tǒng)的職能方框圖。,1比較環(huán)節(jié)；2放大器；3測(cè)速電機(jī)；4直流伺服電機(jī)； 5滾珠絲杠；6工作臺(tái)；7直線(xiàn)位移測(cè)量裝置；8放大器,液壓伺服系統(tǒng),輸出量：液壓缸缸體直線(xiàn)位移,輸入量：伺服閥閥芯直線(xiàn)位移,飛機(jī)俯仰控制系統(tǒng)方框圖,閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),（1）可以自動(dòng)的糾正和補(bǔ)償輸出量誤差，提高控制精度。,（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。,（3）參數(shù)選擇不當(dāng)將會(huì)引起閉環(huán)控制系統(tǒng)振蕩，甚至不能工作。,3.復(fù)合控制系統(tǒng),在輸出和輸入之間同時(shí)存在開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)，稱(chēng)為復(fù)合控制系統(tǒng)。

18、 實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用開(kāi)環(huán)通路提供一個(gè)補(bǔ)償?shù)妮斎胱饔谩?這種系統(tǒng)兼有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因而可大大提高系統(tǒng)的性能。,圖1-9 復(fù)合控制系統(tǒng),三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成,給定元件、反饋元件(檢測(cè)元件)、比較元件、放大變換元件、執(zhí)行元件（驅(qū)動(dòng)元件）、被控對(duì)象、校正元件（校正裝置）,給定元件,用來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)或輸入信號(hào)（輸入量）的元件。 例如數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的輸入裝置、恒溫箱控制系統(tǒng)的給定電位器就是給定元件。,反饋元件(檢測(cè)元件),用來(lái)測(cè)量（輸出量）被控制量的實(shí)際值，并經(jīng)過(guò)處理，轉(zhuǎn)換為與輸出量有一定函數(shù)關(guān)系的反饋量的元件。 檢測(cè)元件大多是將非電量轉(zhuǎn)換為電量的元件（比如恒溫箱的熱電

19、偶）。,它是用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)的元件。 比較元件實(shí)際上是信號(hào)綜合環(huán)節(jié)（可以相減或相加），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)。 例如：離心調(diào)速器的套筒比較機(jī)構(gòu)、恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)中的比較電路等。,比較元件,它是對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和功率放大的元件。 如電壓、電流、功率放大器、晶閘管整流調(diào)壓裝置和電液伺服閥等。,放大變換元件,它接收放大變換元件發(fā)出的控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作，使輸出量按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。 例如前述例子中的調(diào)壓器、直流電機(jī)等均為此類(lèi)元件。,執(zhí)行元件（驅(qū)動(dòng)元件）,它是控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的裝置、設(shè)備或過(guò)程等。被控對(duì)象中要進(jìn)行控制的物理量或

20、參數(shù)稱(chēng)為被控制量（輸出量）。 例如前述例子中的蒸汽機(jī)、恒溫箱等均為被控對(duì)象 。,被控對(duì)象（控制對(duì)象）,它是為改善系統(tǒng)的性能而加入系統(tǒng)中的輔助元件（裝置），而不是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須具有的元件（裝置）。 串聯(lián)在系統(tǒng)前向通道內(nèi)的校正元件稱(chēng)為串聯(lián)校正裝置；接成反饋形式的校正元件稱(chēng)為并聯(lián)校正裝置。 常用的電子調(diào)節(jié)器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等均可作為此類(lèi)元件。,校正元件（校正裝置）,Coming soonNext Section,第三節(jié) 控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型,按輸入量輸出量的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可分為三種：,1. 恒值控制系統(tǒng)（自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 2. 程序控制系統(tǒng) 3. 隨動(dòng)系統(tǒng),按系統(tǒng)傳遞信號(hào)性質(zhì)可分為兩種：,4. 連續(xù)控制系統(tǒng) 5

21、. 離散控制系統(tǒng),1.恒值控制系統(tǒng)（自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）,這類(lèi)系統(tǒng)的輸入量是一個(gè)不變的恒值，系統(tǒng)的基本任務(wù)是排除各種干擾因素的影響，使被控制量（輸出量）以一定精度等于系統(tǒng)的輸入量。 例如蒸汽機(jī)離心調(diào)速器系統(tǒng)、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)等。,2. 程序控制系統(tǒng),這類(lèi)系統(tǒng)的輸入量是變化的，且變化規(guī)律是預(yù)先確定了的已知的時(shí)間函數(shù)。系統(tǒng)的任務(wù)是使輸出量按預(yù)先給定的規(guī)律（程序）變化。 例如，數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、熱處理爐溫控制系統(tǒng)等都屬于此類(lèi)。,3. 隨動(dòng)系統(tǒng),這類(lèi)系統(tǒng)的輸入量是變化規(guī)律預(yù)先不能確定的任意時(shí)間函數(shù)，系統(tǒng)的任務(wù)是保證輸出量以一定精度跟隨輸入量的變化，并能克服各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化

22、規(guī)律，即輸入量是隨機(jī)的，而輸出量是隨動(dòng)的（隨動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域又稱(chēng)為伺服系統(tǒng)）。 一般電器隨動(dòng)系統(tǒng)如下：,4. 連續(xù)控制系統(tǒng),系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各個(gè)部分所傳輸?shù)男盘?hào)都是連續(xù)變化的模擬量的系統(tǒng)稱(chēng)為連續(xù)控制系統(tǒng)。 前述的離心調(diào)速器、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)等大多數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)都屬于此類(lèi)。,5. 離散控制系統(tǒng)(1),系統(tǒng)中某一處（或幾處）信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的系統(tǒng)稱(chēng)為離散控制系統(tǒng)。 若用采樣開(kāi)關(guān)（采樣器）將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖形式的系統(tǒng)，稱(chēng)為脈沖控制系統(tǒng)； 若用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并用數(shù)字控制器或數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和信號(hào)處理的系統(tǒng)，稱(chēng)為數(shù)字控制系統(tǒng)或稱(chēng)計(jì)算機(jī)

23、控制系統(tǒng)。,5. 離散控制系統(tǒng)(2),脈沖控制系統(tǒng)用采樣開(kāi)關(guān)（采樣器）將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖形式的系統(tǒng)：,5. 離散控制系統(tǒng)(3),數(shù)字控制系統(tǒng)用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并用數(shù)字控制器或數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和信號(hào)處理的系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）：,4. 離散控制系統(tǒng)(4),離散系統(tǒng)在分析問(wèn)題的方法上與連續(xù)系統(tǒng)有明顯不同； 連續(xù)系統(tǒng)用微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可采用拉普拉斯變換方法研究系統(tǒng)的特性； 而離散系統(tǒng)用差分方程來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可采用Z變換方法研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。,Coming soonNext Section,快速性,穩(wěn)定性,準(zhǔn)確性,基本要求,第四節(jié) 對(duì)控制系統(tǒng)的基

24、本要求,穩(wěn)定性（1）,控制系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件是系統(tǒng)必須穩(wěn)定，這是對(duì)控制系統(tǒng)提出的最基本的要求。 系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)所決定。,穩(wěn) 定 性（2）,如果在輸入量的作用下系統(tǒng)的輸出量能夠達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)或擾動(dòng)量去掉以后系統(tǒng)的輸出量能夠恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。,穩(wěn)定系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn),不穩(wěn)定系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn),穩(wěn) 定 性（3）,系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩方面的含義： 一是系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這就是系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定性，前面定義的穩(wěn)定性就是這個(gè)含義； 二是系統(tǒng)穩(wěn)定性的程度，即相對(duì)穩(wěn)定性。,準(zhǔn)確性,控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量的。 穩(wěn)態(tài)誤差是指輸入量作用系統(tǒng)以后，當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，輸出量的實(shí)際值與輸出量的期望值之間的差值。 穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)工作性能