第一章 反饋控制原理

1、自自 動動 控控 制制 原原 理理 課課 程程 特特 點(diǎn)點(diǎn) 本課程主要介紹自動控制系統(tǒng)的基本概念，本課程主要介紹自動控制系統(tǒng)的基本概念， 線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)的模型，控制系統(tǒng)的時域分析法線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)的模型，控制系統(tǒng)的時域分析法 ，控制系統(tǒng)的根軌跡分析法，控制系統(tǒng)的頻率，控制系統(tǒng)的根軌跡分析法，控制系統(tǒng)的頻率 特性分析法等。特性分析法等。 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較好的掌握分析通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較好的掌握分析 和設(shè)計控制系統(tǒng)的基本思想和基本方法，提高和設(shè)計控制系統(tǒng)的基本思想和基本方法，提高 學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為以后的課學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為以后的課 程的學(xué)習(xí)奠定一定的理論基礎(chǔ)

2、。程的學(xué)習(xí)奠定一定的理論基礎(chǔ)。 課課 程程 特特 點(diǎn)點(diǎn) 先修課程：先修課程：高等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)工程數(shù)學(xué)工程數(shù)學(xué) 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)信號與線性系統(tǒng)信號與線性系統(tǒng) 學(xué)學(xué) 時：時：48 48 考核方式：考試考核方式：考試 適用專業(yè)：電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)適用專業(yè)：電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù) 主要參考書主要參考書 參考書：參考書： 1 1、自動控制原理自動控制原理 張旺等張旺等 北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社 2、自動控制原理自動控制原理 胡壽松胡壽松 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 (第四版第四版) 教材：教材：自動控制原理自動控制原

3、理 張旺等張旺等 北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社 一、自動控制系統(tǒng)的發(fā)展一、自動控制系統(tǒng)的發(fā)展 1.1.萌芽萌芽 1818世紀(jì)第一次技術(shù)革命（機(jī)械化）世紀(jì)第一次技術(shù)革命（機(jī)械化） 俄國人波爾佐諾夫發(fā)明鍋爐水位調(diào)節(jié)器俄國人波爾佐諾夫發(fā)明鍋爐水位調(diào)節(jié)器 英國人瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)離心飛錘式調(diào)速器，萌生了自英國人瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)離心飛錘式調(diào)速器，萌生了自 動控制的基本原理動控制的基本原理 18771877年，勞斯，年，勞斯，18951895年，赫維茨分別提出了系統(tǒng)穩(wěn)定年，赫維茨分別提出了系統(tǒng)穩(wěn)定 的代數(shù)判據(jù)（的代數(shù)判據(jù)（1919世紀(jì)末）世紀(jì)末） 2.2.奠定基礎(chǔ)（奠定基礎(chǔ)（2020世紀(jì)）世紀(jì)）經(jīng)典控制

4、論經(jīng)典控制論 30403040年代，奈奎斯特提出系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻率判據(jù)年代，奈奎斯特提出系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻率判據(jù) 奈氏圖、奈氏判據(jù)、從時域分析轉(zhuǎn)到頻域分析奈氏圖、奈氏判據(jù)、從時域分析轉(zhuǎn)到頻域分析 19401940年，伯德在頻率法中引入對數(shù)坐標(biāo)系，伯德圖年，伯德在頻率法中引入對數(shù)坐標(biāo)系，伯德圖 19421942年，哈里斯引入傳遞函數(shù)概念年，哈里斯引入傳遞函數(shù)概念 19481948年，伊萬恩提出根軌跡分析方法年，伊萬恩提出根軌跡分析方法 19491949年，英國人維納在火炮控制中發(fā)現(xiàn)了反饋的概念，出年，英國人維納在火炮控制中發(fā)現(xiàn)了反饋的概念，出 版了版了控制控制關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)關(guān)于在動

5、物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)， 發(fā)現(xiàn)了控制論是信息、反饋與控制三個基本要素，奠定了控發(fā)現(xiàn)了控制論是信息、反饋與控制三個基本要素，奠定了控 制論的基礎(chǔ)制論的基礎(chǔ) 5050年代中期，添加了非線性系統(tǒng)理論和離散控制理論，形成年代中期，添加了非線性系統(tǒng)理論和離散控制理論，形成 了完整的理論體系。了完整的理論體系。 3.3.發(fā)展發(fā)展 迅速滲透到許多學(xué)科，應(yīng)用于火炮、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，數(shù)控、迅速滲透到許多學(xué)科，應(yīng)用于火炮、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，數(shù)控、 電力、電力、 冶金，自動化技術(shù)冶金，自動化技術(shù) 錢學(xué)森，錢學(xué)森，19541954年首創(chuàng)年首創(chuàng)“工程控制論工程控制論”，推廣到其它領(lǐng)域，推廣到其它領(lǐng)域 生物控制論：生命系統(tǒng)

6、生物控制論：生命系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)控制論：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與發(fā)展問題經(jīng)濟(jì)控制論：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與發(fā)展問題 社會控制論：社會管理與社會服務(wù)問題社會控制論：社會管理與社會服務(wù)問題 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制論無論在三要素內(nèi)涵上，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制論無論在三要素內(nèi)涵上， 還是在深度上和廣度上都發(fā)展變化著，對促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和還是在深度上和廣度上都發(fā)展變化著，對促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和 社會進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。社會進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 二、自動控制系統(tǒng)的分類二、自動控制系統(tǒng)的分類 1.1.經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 40504050年代，高階常微分方程年代，高階常微分方程 以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入、單輸出系統(tǒng)的分析和設(shè)以傳

7、遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入、單輸出系統(tǒng)的分析和設(shè) 計，針對線性定常系統(tǒng)，主要研究方法有時域分析法、根軌計，針對線性定常系統(tǒng)，主要研究方法有時域分析法、根軌 跡法和頻率特性法。跡法和頻率特性法。 2.2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 60706070年代年代 以矩陣?yán)碚摰冉鷶?shù)學(xué)方法作為工具，主要研究方法是以矩陣?yán)碚摰冉鷶?shù)學(xué)方法作為工具，主要研究方法是 狀態(tài)空間法，把高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階常微分方程組來狀態(tài)空間法，把高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階常微分方程組來 描述系統(tǒng)，解決多輸入多輸出的問題，可處理多變量、非線描述系統(tǒng)，解決多輸入多輸出的問題，可處理多變量、非線 性、時變系統(tǒng)。性、時變系統(tǒng)。 3.70

8、3.70年代至今年代至今 巨大發(fā)展巨大發(fā)展 最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識、多變量控制、自適應(yīng)控制、專家系最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識、多變量控制、自適應(yīng)控制、專家系 統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、大系統(tǒng)理論等統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、大系統(tǒng)理論等 第二節(jié)第二節(jié) 自動控制的基本概念自動控制的基本概念 一、自動控制的基本術(shù)語一、自動控制的基本術(shù)語 1 1、控制：根據(jù)某種原理或方法，使特定對象（被控對象）、控制：根據(jù)某種原理或方法，使特定對象（被控對象） 的某些物理量（被控量）按照預(yù)期規(guī)律變化的操縱過程的某些物理量（被控量）按照預(yù)期規(guī)律變化的操縱過程 2 2、人工控制、人工控制 ：由人直接或間接操作

9、執(zhí)行裝置的控制方式：由人直接或間接操作執(zhí)行裝置的控制方式 自動控制：是指在沒有人直接或間接參與的情況下，利用自動控制：是指在沒有人直接或間接參與的情況下，利用 外加的設(shè)備和裝置使被控對象自動按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行外加的設(shè)備和裝置使被控對象自動按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行 4 4、自動控制系統(tǒng)：由控制器和被控對象組成的，能夠?qū)崿F(xiàn)自、自動控制系統(tǒng)：由控制器和被控對象組成的，能夠?qū)崿F(xiàn)自 動控制任務(wù)的系統(tǒng)動控制任務(wù)的系統(tǒng) 3、系統(tǒng)：為達(dá)到某一目的，由相互制約的各個部分，按照一、系統(tǒng)：為達(dá)到某一目的，由相互制約的各個部分，按照一 定規(guī)律組成的具有一定功能的整體定規(guī)律組成的具有一定功能的整體 5、被控制量：在控制系統(tǒng)中，按

10、規(guī)定的任務(wù)需要加以控制、被控制量：在控制系統(tǒng)中，按規(guī)定的任務(wù)需要加以控制 的物理量的物理量 6、反饋：通過測量變換裝置，將系統(tǒng)或元件的輸出量返回到、反饋：通過測量變換裝置，將系統(tǒng)或元件的輸出量返回到 輸入端，與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差的過程輸入端，與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差的過程 7、負(fù)反饋原理：把被控制量反饋到系統(tǒng)的輸入端與參考輸入、負(fù)反饋原理：把被控制量反饋到系統(tǒng)的輸入端與參考輸入 進(jìn)行比較，利用偏差產(chǎn)生控制作用，通過控制輸出控制量以進(jìn)行比較，利用偏差產(chǎn)生控制作用，通過控制輸出控制量以 減少或消除誤差減少或消除誤差 二、控制系統(tǒng)的基本形式二、控制系統(tǒng)的基本形式 控制系統(tǒng)的類型很多，它們的結(jié)構(gòu)類

11、型和所完成的任務(wù)控制系統(tǒng)的類型很多，它們的結(jié)構(gòu)類型和所完成的任務(wù) 也各不相同?？刂葡到y(tǒng)從信息傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也各不相同?？刂葡到y(tǒng)從信息傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 來看可分為來看可分為開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)和和閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以及同時具有開，以及同時具有開 環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)。 1 1、開環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng) 只有輸入量的前向控制作用，輸出量并不反饋回來只有輸入量的前向控制作用，輸出量并不反饋回來 影響輸入量的控制作用，因而，我們將它稱為開環(huán)控制影響輸入量的控制作用，因而，我們將它稱為開環(huán)控制 系統(tǒng)（系統(tǒng)（Open-Loop C

12、ontrol SystemOpen-Loop Control System）。開環(huán)控制系統(tǒng)可）。開環(huán)控制系統(tǒng)可 用下圖表示。用下圖表示。 控制器 控制器 被控制被控制 對象對象 擾動擾動 因素因素 參考參考 輸入輸入 被控被控 制量制量 開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好， 調(diào)試方便，成本低。因此，在輸入量和輸出量之間的調(diào)試方便，成本低。因此，在輸入量和輸出量之間的 關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動因素不大，關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動因素不大， 或這些擾動因素可以預(yù)測并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，?yīng)盡或這些擾動因素可以預(yù)測并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，?yīng)盡 量

13、采用開環(huán)控制系統(tǒng)。量采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制的缺點(diǎn)開環(huán)控制的缺點(diǎn)當(dāng)控制過程中受到來自系統(tǒng)當(dāng)控制過程中受到來自系統(tǒng) 外部的各種擾動因素，如負(fù)載變化、電源電壓波動等，外部的各種擾動因素，如負(fù)載變化、電源電壓波動等， 以及來自系統(tǒng)內(nèi)部的擾動因素，如元件參數(shù)變化等，以及來自系統(tǒng)內(nèi)部的擾動因素，如元件參數(shù)變化等， 都將會直接影響到輸出量，而控制系統(tǒng)不能自動進(jìn)行都將會直接影響到輸出量，而控制系統(tǒng)不能自動進(jìn)行 補(bǔ)償。因此，開環(huán)系統(tǒng)對元器件的精度要求較高。補(bǔ)償。因此，開環(huán)系統(tǒng)對元器件的精度要求較高。 示例示例直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 給定電壓給定電壓u ug g經(jīng)放大后得到電樞電壓經(jīng)放

14、大后得到電樞電壓u ua a，改變，改變u ug g可得可得 不同的轉(zhuǎn)速不同的轉(zhuǎn)速n n，該系統(tǒng)只有輸入量，該系統(tǒng)只有輸入量u ug g對輸出量對輸出量n n的單向的單向 控制作用。輸出端和輸入端之間不存在反饋回路?？刂谱饔?。輸出端和輸入端之間不存在反饋回路。 因而，輸出量因而，輸出量n n對對 輸入量輸入量u ug g沒有任何沒有任何 影響和聯(lián)系，輸出影響和聯(lián)系，輸出 量的改變不會產(chǎn)生量的改變不會產(chǎn)生 控制作用?？刂谱饔谩?電電 壓壓 放大器放大器 功功 率率 放大器放大器 Mc 負(fù)載負(fù)載 n 電 動電 動 機(jī)機(jī) + _ + _ + _ + E 電 位電 位 器器 a u g u 2 2、閉

15、環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close-Loop Control SystemClose-Loop Control System）又稱又稱 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)（Feedback Control SystemFeedback Control System） ，是在閉環(huán)，是在閉環(huán) 控制系統(tǒng)中，把輸出量檢測出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再控制系統(tǒng)中，把輸出量檢測出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再 反饋到輸入端去與給定值（參考輸入）進(jìn)行比較（相減），反饋到輸入端去與給定值（參考輸入）進(jìn)行比較（相減）， 并利用比較后的偏差信號，以一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作并利用比較后的偏差信號，以一定的控

16、制規(guī)律產(chǎn)生控制作 用，抑制內(nèi)部或外部擾動對輸出量的影響，逐步減小以至用，抑制內(nèi)部或外部擾動對輸出量的影響，逐步減小以至 消除這一偏差，從而實現(xiàn)要求的控制性能。消除這一偏差，從而實現(xiàn)要求的控制性能。 電電 壓壓 放大器放大器 功功 率率 放大器放大器 Mc 負(fù)載負(fù)載 n 電動機(jī)電動機(jī) + _ + _ + _ + E 電位器電位器 測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī) + _ 設(shè)上述系統(tǒng)原已在某個給定電壓設(shè)上述系統(tǒng)原已在某個給定電壓u ug g相對于的轉(zhuǎn)速相對于的轉(zhuǎn)速n n狀態(tài)下運(yùn)狀態(tài)下運(yùn) 行，若一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速行，若一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速 下降時，系統(tǒng)就

17、會自動地產(chǎn)生調(diào)整過程下降時，系統(tǒng)就會自動地產(chǎn)生調(diào)整過程 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)抑制擾動能力強(qiáng)，與開環(huán)控制抑制擾動能力強(qiáng)，與開環(huán)控制 相比，對參數(shù)變化不敏感，并能獲得滿意的動態(tài)特性和相比，對參數(shù)變化不敏感，并能獲得滿意的動態(tài)特性和 控制精度?？刂凭?。 閉環(huán)控制的缺點(diǎn)閉環(huán)控制的缺點(diǎn)但是引入反饋增加了系統(tǒng)的復(fù)但是引入反饋增加了系統(tǒng)的復(fù) 雜性，如果閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的選取不適當(dāng)，系統(tǒng)可能會產(chǎn)雜性，如果閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的選取不適當(dāng)，系統(tǒng)可能會產(chǎn) 生振蕩，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)而無法正常工作，這是自動控制生振蕩，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)而無法正常工作，這是自動控制 理論和系統(tǒng)設(shè)計必須解決的重要問題。理論和系統(tǒng)設(shè)計必須解決的重要問

18、題。 自動控制理論主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng)自動控制理論主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng) 三、自動控制系統(tǒng)的基本組成三、自動控制系統(tǒng)的基本組成 串聯(lián)串聯(lián) 校正元件校正元件 放大放大 元件元件 執(zhí)行執(zhí)行 元件元件 被控被控 對象對象 擾動擾動 并聯(lián)并聯(lián) 校正元件校正元件 反饋元件反饋元件 參考輸入?yún)⒖驾斎胼敵隽枯敵隽?比較比較 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 偏差偏差 信號信號e e 主主 反反 饋饋 信信 號號 測量反饋元件測量反饋元件 主反饋主反饋 局部反饋局部反饋 給定給定 元件元件 )(tc)(tr 1 1、組成、組成 給定元件給定元件是給出與期望的輸出相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入量，是產(chǎn)生控制指令的裝置。是給出與期望的輸出相對應(yīng)的系統(tǒng)輸

19、入量，是產(chǎn)生控制指令的裝置。 反饋元件反饋元件如傳感器和測量儀表，測量被控變量的值并把它變換為與輸入如傳感器和測量儀表，測量被控變量的值并把它變換為與輸入 量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。 比較元件比較元件比較輸入信號與反饋信號，以產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號。比較輸入信號與反饋信號，以產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號。 放大元件放大元件將微弱的信號作線性放大。將微弱的信號作線性放大。 校正元件校正元件按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號，改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號，改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。 執(zhí)行元件執(zhí)行元件由偏差信號的性質(zhì)執(zhí)行

20、相應(yīng)的控制作用，使被控制量按期望值變化由偏差信號的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，使被控制量按期望值變化 2 2、常見名詞、常見名詞 輸入信號：系統(tǒng)的輸入信號是指參考輸入，又稱給定量或給定輸入信號：系統(tǒng)的輸入信號是指參考輸入，又稱給定量或給定 值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號。值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號。 輸出信號：系統(tǒng)的輸出信號是指被控對象中要求按一定規(guī)律變輸出信號：系統(tǒng)的輸出信號是指被控對象中要求按一定規(guī)律變 化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān) 系。系。 反饋信號：由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（

21、或反饋信號：由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（或 元件）輸入端的信號稱為反饋信號。反饋分為主反饋和局部反元件）輸入端的信號稱為反饋信號。反饋分為主反饋和局部反 饋。饋。 偏差信號：它是指參考輸入與主反饋信號之差。偏差信號簡稱偏差信號：它是指參考輸入與主反饋信號之差。偏差信號簡稱 偏差。偏差。 誤差信號：它是指系統(tǒng)輸出量的實際值與期望值之差，簡稱誤誤差信號：它是指系統(tǒng)輸出量的實際值與期望值之差，簡稱誤 差。差。 擾動信號：簡稱擾動或干擾，它與控制作用相反，是一種不希擾動信號：簡稱擾動或干擾，它與控制作用相反，是一種不希 望的、影響系統(tǒng)輸出的不利因素。擾動信號既可來自系統(tǒng)內(nèi)部，望的、影響系

22、統(tǒng)輸出的不利因素。擾動信號既可來自系統(tǒng)內(nèi)部， 又可來自系統(tǒng)外部，分別為內(nèi)部擾動和外部擾動。又可來自系統(tǒng)外部，分別為內(nèi)部擾動和外部擾動。 四、自動控制系統(tǒng)的分類四、自動控制系統(tǒng)的分類 1.1.按輸入信號的特征分類按輸入信號的特征分類 1 1）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號為一常數(shù)，擾動）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號為一常數(shù)，擾動 使被控量偏離理想值而出現(xiàn)偏差，利用偏差該系統(tǒng)可使被使被控量偏離理想值而出現(xiàn)偏差，利用偏差該系統(tǒng)可使被 控量回復(fù)到理想值或接近理想值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)、恒控量回復(fù)到理想值或接近理想值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)、恒 溫控制系統(tǒng)均屬于此類系統(tǒng)。溫控制系統(tǒng)均屬于此類系統(tǒng)。 2 2

23、）程序控制系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號是已知時間函數(shù)。）程序控制系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號是已知時間函數(shù)。 如：熱處理的溫度升溫、保溫、降溫過程。如：熱處理的溫度升溫、保溫、降溫過程。 3 3）隨動系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的給定量是時間的未知函數(shù)，系）隨動系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的給定量是時間的未知函數(shù)，系 統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確、快速地跟隨給定量變化。隨動系統(tǒng)又統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確、快速地跟隨給定量變化。隨動系統(tǒng)又 稱伺服系統(tǒng)。火炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、船舶自動舵均屬此類系稱伺服系統(tǒng)?；鹋谧詣用闇?zhǔn)系統(tǒng)、船舶自動舵均屬此類系 統(tǒng)。統(tǒng)。 2.2.按描述系統(tǒng)使用的數(shù)學(xué)方法分類按描述系統(tǒng)使用的數(shù)學(xué)方法分類 1 1）線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于

24、組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸）線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸 出特性都是線性的，系統(tǒng)的性能可用線性微分方程（或差分方出特性都是線性的，系統(tǒng)的性能可用線性微分方程（或差分方 程）來描述。程）來描述。 2 2）非線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中含有一個或多個非）非線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中含有一個或多個非 線性元件。系統(tǒng)的性能需用非線性微分方程（或差分方程）來線性元件。系統(tǒng)的性能需用非線性微分方程（或差分方程）來 描述。描述。 3.3.按信號的傳遞是否連續(xù)分類按信號的傳遞是否連續(xù)分類 1 1）連續(xù)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號均為時間）連續(xù)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號均為

25、時間t t的連續(xù)函數(shù)，的連續(xù)函數(shù)， 其運(yùn)動規(guī)律可用微分方程描述。其運(yùn)動規(guī)律可用微分方程描述。 2 2）離散系統(tǒng)：該類系統(tǒng)在信號傳遞過程中有一處或多處的信號）離散系統(tǒng)：該類系統(tǒng)在信號傳遞過程中有一處或多處的信號 是脈沖序列或數(shù)字編碼，其運(yùn)動規(guī)律可用差分方程描述。數(shù)字是脈沖序列或數(shù)字編碼，其運(yùn)動規(guī)律可用差分方程描述。數(shù)字 控制系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)為離散系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)、采樣系統(tǒng)為離散系統(tǒng)。 4.4.按其參數(shù)是否隨時間變化而分按其參數(shù)是否隨時間變化而分 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)系統(tǒng)中的參數(shù)不隨時間變化而變化系統(tǒng)中的參數(shù)不隨時間變化而變化 時變系統(tǒng)時變系統(tǒng)系統(tǒng)中的參數(shù)是時間系統(tǒng)中的參數(shù)是時間t t的函數(shù)的函數(shù) 五、自

26、動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)五、自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1.1.典型外作用信號典型外作用信號 現(xiàn)場或?qū)嶒炇乙椎玫浆F(xiàn)場或?qū)嶒炇乙椎玫?系統(tǒng)在此信號作用下能反映實際工作性能系統(tǒng)在此信號作用下能反映實際工作性能 數(shù)學(xué)表達(dá)是簡單，易于理論計算數(shù)學(xué)表達(dá)是簡單，易于理論計算 1）階躍函數(shù)）階躍函數(shù) 如：如： 階躍信號下系統(tǒng)的響應(yīng)常用來評價系統(tǒng)動態(tài)特性階躍信號下系統(tǒng)的響應(yīng)常用來評價系統(tǒng)動態(tài)特性 2）斜坡函數(shù)）斜坡函數(shù) 如：如： 常用來評價系統(tǒng)跟蹤特性常用來評價系統(tǒng)跟蹤特性 3）沖激函數(shù)）沖激函數(shù) 現(xiàn)實中不存在現(xiàn)實中不存在 其響應(yīng)具有特殊性其響應(yīng)具有特殊性 4）正弦函數(shù)）正弦函數(shù) 如：如： 傅里葉級數(shù)傅里葉級數(shù) 2.

27、2.自動控制系統(tǒng)指標(biāo)自動控制系統(tǒng)指標(biāo) 1）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性 穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的起碼條件穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的起碼條件 穩(wěn)穩(wěn)指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。 w穩(wěn)定性穩(wěn)定性指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，它是自動控指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，它是自動控 制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控 量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時間的增長逐漸減小或趨于零量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時間的增長逐漸減小或趨于零 w平穩(wěn)性平穩(wěn)性指過渡過程振蕩的振幅與頻率。即被控量圍繞指過渡過程振蕩的振幅與頻率。即被控量圍繞 給定值擺動的幅度和

28、擺動的次數(shù)。好的過渡過程擺動的幅度給定值擺動的幅度和擺動的次數(shù)。好的過渡過程擺動的幅度 要小，擺動的次數(shù)要少。要小，擺動的次數(shù)要少。 2）過渡過程）過渡過程 一般以階躍信號的響應(yīng)作為系統(tǒng)過渡過程的指標(biāo)一般以階躍信號的響應(yīng)作為系統(tǒng)過渡過程的指標(biāo) 快快是指控制系統(tǒng)的快速性，即過渡過程持續(xù)的是指控制系統(tǒng)的快速性，即過渡過程持續(xù)的 時間長短。過渡過程越短，說明系統(tǒng)快速性越好，時間長短。過渡過程越短，說明系統(tǒng)快速性越好， 過渡過程持續(xù)時間越長，說明系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，難以過渡過程持續(xù)時間越長，說明系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，難以 實現(xiàn)快速變化的指令信號。實現(xiàn)快速變化的指令信號。 3）穩(wěn)態(tài)誤差）穩(wěn)態(tài)誤差 系統(tǒng)希望輸出量與實際

29、輸出量的差系統(tǒng)希望輸出量與實際輸出量的差 準(zhǔn)準(zhǔn)是指系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量）是指系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量） 對給定值的偏差而言，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系對給定值的偏差而言，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性 越好。越好。 由于被控對象的具體情況不同，各系統(tǒng)對穩(wěn)、快、準(zhǔn)由于被控對象的具體情況不同，各系統(tǒng)對穩(wěn)、快、準(zhǔn) 的要求各有側(cè)重。而且對同一系統(tǒng)，穩(wěn)、快、準(zhǔn)的要求常的要求各有側(cè)重。而且對同一系統(tǒng)，穩(wěn)、快、準(zhǔn)的要求常 常是相互制約的。過分提高過程的快速性，可能會引起系常是相互制約的。過分提高過程的快速性，可能會引起系 統(tǒng)強(qiáng)烈的