第一章--109自動(dòng)控制原理

1、1自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理Automatic Control Principle張偉張偉20122012年年9 9月月2胡壽松胡壽松 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 科學(xué)出版社科學(xué)出版社胡壽松胡壽松 自動(dòng)控制原理習(xí)題集自動(dòng)控制原理習(xí)題集 科學(xué)出版社科學(xué)出版社王建輝王建輝 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社吳吳 麒麒 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社梅曉榕梅曉榕 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理科學(xué)出版社科學(xué)出版社梅曉榕梅曉榕 自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)科科 學(xué)出版社學(xué)出版社參考書參考書3控制理論發(fā)展史控制理論發(fā)展史主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性

2、、根軌跡等頻主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌跡等頻域分析方法來解決單輸入單輸出系統(tǒng)的控制域分析方法來解決單輸入單輸出系統(tǒng)的控制問題。包括伯德提出的伯德圖法，伊文思的問題。包括伯德提出的伯德圖法，伊文思的根軌跡法。根軌跡法。 1948年年 維納的著作維納的著作控制論控制論和錢學(xué)森的和錢學(xué)森的工程控制論工程控制論是這一階段的代表作是這一階段的代表作4，主要采用狀態(tài)空間法解決多輸人多輸出主要采用狀態(tài)空間法解決多輸人多輸出的線性、非線性，定常、時(shí)變系統(tǒng)。其代表的線性、非線性，定常、時(shí)變系統(tǒng)。其代表性成果包括龐特里亞金的極大值原理、貝爾性成果包括龐特里亞金的極大值原理、貝爾曼的動(dòng)態(tài)規(guī)劃、卡爾曼和布西提出

3、的卡爾曼曼的動(dòng)態(tài)規(guī)劃、卡爾曼和布西提出的卡爾曼濾波器濾波器?？刂评碚摪l(fā)展史控制理論發(fā)展史5控制理論發(fā)展史控制理論發(fā)展史，控制理控制理論在廣度上向論在廣度上向“大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論”開拓，深度上向開拓，深度上向“智能控制智能控制方向挖掘，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊方向挖掘，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制為代表的智能控制理論是現(xiàn)代控制理論的控制為代表的智能控制理論是現(xiàn)代控制理論的研究熱點(diǎn)研究熱點(diǎn) 6自動(dòng)控制理論的發(fā)展史上的著名事件自動(dòng)控制理論的發(fā)展史上的著名事件v人類對(duì)控制系統(tǒng)的基本原理（反饋）早有認(rèn)識(shí)，并人類對(duì)控制系統(tǒng)的基本原理（反饋）早有認(rèn)識(shí)，并利用它創(chuàng)造許多裝置。如利用它創(chuàng)造許多裝置。如2000年前，羅馬人：水

4、位年前，羅馬人：水位控制系統(tǒng)（淋浴）控制系統(tǒng)（淋?。?，神廟（開關(guān)門）英雄裝置。中，神廟（開關(guān)門）英雄裝置。中國能工巧匠（技師、工程師國能工巧匠（技師、工程師 、科學(xué)家、科學(xué)家 ）：蘇頌的）：蘇頌的水運(yùn)儀象臺(tái)，張衡的地震方向測定儀。水運(yùn)儀象臺(tái)，張衡的地震方向測定儀。v1786年年，James Watt 為控制蒸汽機(jī)速度設(shè)計(jì)的離心為控制蒸汽機(jī)速度設(shè)計(jì)的離心調(diào)節(jié)器，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的第一項(xiàng)重大成果調(diào)節(jié)器，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的第一項(xiàng)重大成果。7瓦特瓦特8瓦特的蒸汽機(jī)瓦特的蒸汽機(jī)9離心調(diào)速器工作原理離心調(diào)速器工作原理10工作原理：進(jìn)入蒸汽缸中的蒸汽量，可根據(jù)蒸汽進(jìn)入蒸汽缸中的蒸汽量，可根據(jù)蒸汽機(jī)的希望轉(zhuǎn)速與

5、實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整。機(jī)的希望轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整。它的工作原理是：根據(jù)希望的轉(zhuǎn)速，設(shè)置輸入量它的工作原理是：根據(jù)希望的轉(zhuǎn)速，設(shè)置輸入量( (控制量控制量) )。如果實(shí)際轉(zhuǎn)速降低到希望的轉(zhuǎn)速值以下，。如果實(shí)際轉(zhuǎn)速降低到希望的轉(zhuǎn)速值以下，則調(diào)速器的離心力下降，從而使控制閥上升，進(jìn)入則調(diào)速器的離心力下降，從而使控制閥上升，進(jìn)入蒸汽機(jī)的蒸汽量增加，于是蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加，蒸汽機(jī)的蒸汽量增加，于是蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加，直至上升到希望的轉(zhuǎn)速值時(shí)為止。反之，若蒸汽機(jī)直至上升到希望的轉(zhuǎn)速值時(shí)為止。反之，若蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加到超過希望的轉(zhuǎn)速值，調(diào)速器的離心力的轉(zhuǎn)速增加到超過希望的轉(zhuǎn)速值，調(diào)速

6、器的離心力便會(huì)增加，造成控制閥向下移動(dòng)。這樣就減少了進(jìn)便會(huì)增加，造成控制閥向下移動(dòng)。這樣就減少了進(jìn)入蒸汽機(jī)的蒸汽量，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速也就隨之下降，入蒸汽機(jī)的蒸汽量，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速也就隨之下降，直到下降至希望的轉(zhuǎn)速時(shí)為止。直到下降至希望的轉(zhuǎn)速時(shí)為止。 11v1868年，英國年，英國J.C 麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。1877年年 勞斯勞斯 ，1892年李雅普諾夫年李雅普諾夫 分別獨(dú)立地得出了勞斯判據(jù)和李雅普分別獨(dú)立地得出了勞斯判據(jù)和李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)。諾夫穩(wěn)定判據(jù)。v1922年，年，Minorsky研制出船舶操縱自動(dòng)控制器

7、，研制出船舶操縱自動(dòng)控制器，并證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方并證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法。法。v1932年，年，Nyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)響應(yīng)(對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入)，確定閉環(huán)系統(tǒng)，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方穩(wěn)定性的方法法。12v1934年，年，Hezen提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信機(jī)構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號(hào)的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。號(hào)的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。v19世紀(jì)世紀(jì)40年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供

8、了一種可行方法，了一種可行方法，Evans提出并完善了根軌跡法。提出并完善了根軌跡法。v1948年年,美國數(shù)學(xué)家美國數(shù)學(xué)家N.Wiener出版出版Cybernetics是一個(gè)控制科學(xué)里程碑。是一個(gè)控制科學(xué)里程碑。控制論控制論的副標(biāo)題是的副標(biāo)題是關(guān)于人、動(dòng)物及其通訊的科學(xué)。關(guān)于人、動(dòng)物及其通訊的科學(xué)。1319世紀(jì)世紀(jì)50年代末，控制計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行年代末，控制計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)在某種意義上的最佳系系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)在某種意義上的最佳系統(tǒng)。統(tǒng)。19世紀(jì)世紀(jì)60年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的基于年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的基于時(shí)域分析的現(xiàn)

9、代控制理論提供了可能。時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。從從19601980，確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到充分的研究。及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到充分的研究。從從1980現(xiàn)在，智能控制理論集中于現(xiàn)在，智能控制理論集中于3C（Computer計(jì)計(jì)算機(jī)、算機(jī)、Control控制、控制、Communication通信）通信）控制系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)及其相關(guān)課題。相關(guān)課題。14第一章第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論控制系統(tǒng)導(dǎo)論v1-1 自動(dòng)控制的基本原理自動(dòng)控制的基本原理v1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例v1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分

10、類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類v1-4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求151-1自動(dòng)控制的基本原理自動(dòng)控制的基本原理v自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用v自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制的基本概念v自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式v反饋控制系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)反饋控制系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)16是指在無人直接參加的情況下，利用外是指在無人直接參加的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器稱控制裝置或控制器）使機(jī)器、）使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（設(shè)備或生產(chǎn)過程（稱被控對(duì)象稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（或參數(shù)（稱被控量稱被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定

11、規(guī)律運(yùn)行。）自動(dòng)地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論1.自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用17自動(dòng)控制自動(dòng)控制：在無人直接參加的情況下，利用在無人直接參加的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（外加的設(shè)備或裝置（控制器控制器）使機(jī)器、設(shè)備或）使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（生產(chǎn)過程（被控對(duì)象被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量被控量）自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。）自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。被控對(duì)象：被控對(duì)象：控制系統(tǒng)要進(jìn)行控制的受控客體控制系統(tǒng)要進(jìn)行控制的受控客體被控量：被控量：控制對(duì)象要實(shí)現(xiàn)的量控制對(duì)象要實(shí)現(xiàn)的量2. 2. 自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制的基本概念18自動(dòng)

12、控制理論：自動(dòng)控制理論：研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。科學(xué)。自動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對(duì)象所組是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)成，它們按照一定的方式連接起來，組成一個(gè)有機(jī)總體。有機(jī)總體。2. 2. 自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制的基本概念19(- -)utug擾動(dòng)擾動(dòng) 給定給定 裝置裝置 放大器放大器 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)速反 饋裝置饋裝置 觸發(fā)器觸發(fā)器 晶闡管可晶闡管可 控整流器控整流器控控 制制 裝裝 置置受控對(duì)象受控對(duì)象n(b) 方框圖方框圖ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2- -+- -+ TGM

13、udouc(a) 原理圖原理圖+20v反饋控制反饋控制采用負(fù)反饋采用負(fù)反饋(正反饋較少正反饋較少)并并利用偏差進(jìn)行控制的過程。利用偏差進(jìn)行控制的過程。v由于引入了被反饋量的反饋信息，整個(gè)由于引入了被反饋量的反饋信息，整個(gè)控制過程成為閉合的，因此反饋控制也控制過程成為閉合的，因此反饋控制也稱為稱為閉環(huán)控制閉環(huán)控制 。3.反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成21圖圖1.5 1.5 閉環(huán)控系統(tǒng)基本組成框圖閉環(huán)控系統(tǒng)基本組成框圖被控量被控量 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成串連校串連校正裝置正裝置放大裝放大裝置置執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)被控被控對(duì)象對(duì)象反饋校正裝置反饋校正裝置測量裝置測量裝置給定裝

14、給定裝置置22給定裝置：給定裝置：產(chǎn)生給定值或輸入信號(hào)（量）（即參考產(chǎn)生給定值或輸入信號(hào)（量）（即參考量或期望值）量或期望值）測量裝置：測量裝置：測量被控制的物理量（被控量），用于測量被控制的物理量（被控量），用于產(chǎn)生反饋信號(hào)。各種傳感器：測速發(fā)電機(jī)、電位產(chǎn)生反饋信號(hào)。各種傳感器：測速發(fā)電機(jī)、電位計(jì)、熱電偶等。計(jì)、熱電偶等。比較裝置：比較裝置：把測量元件檢測的實(shí)際值（被控量）與把測量元件檢測的實(shí)際值（被控量）與給定元件給出的參考量進(jìn)行比較，求出它們之間給定元件給出的參考量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。如差動(dòng)放大器、自整角機(jī)。的偏差。如差動(dòng)放大器、自整角機(jī)。反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基

15、本組成23放大裝置：放大裝置：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來推動(dòng)執(zhí)行元件。去控制被控對(duì)象，如放大器、晶推動(dòng)執(zhí)行元件。去控制被控對(duì)象，如放大器、晶閘管。閘管。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化。如步進(jìn)電機(jī)，繼電器開關(guān)?；Ｈ绮竭M(jìn)電機(jī)，繼電器開關(guān)。補(bǔ)償裝置：補(bǔ)償裝置：它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件或機(jī)構(gòu)，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件或機(jī)構(gòu)，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善控制用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善控制系統(tǒng)性能。系統(tǒng)性能。工業(yè)應(yīng)用的控制系統(tǒng)：電動(dòng)、汽（氣）動(dòng)、液動(dòng)。工業(yè)應(yīng)用的控制系統(tǒng)：電

16、動(dòng)、汽（氣）動(dòng)、液動(dòng)。反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成24輸出量輸出量 環(huán)節(jié)名稱環(huán)節(jié)名稱( (或特性或特性) )輸入量輸入量(a) (- -)(b)re=r-b b(c)c引出點(diǎn)引出點(diǎn)cc 被控量被控量偏差偏差信號(hào)信號(hào) (- -) 參考參考 輸入信號(hào)輸入信號(hào)r(t) 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器(或控制器或控制器)u(t)受控系統(tǒng)受控系統(tǒng)e(t) c(t)反饋信號(hào)反饋信號(hào) 控制量控制量 擾動(dòng)擾動(dòng) 給定給定 控制控制 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 放大放大 元件元件 執(zhí)行執(zhí)行 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 受控受控 對(duì)象對(duì)象 反饋裝置反饋裝置 (測量元件測量元件)25v用用“”號(hào)代表比較裝置，號(hào)代表比較裝置，“”號(hào)代表兩者符號(hào)號(hào)代表兩者符

17、號(hào)相反。相反。v前向通路：前向通路：信號(hào)沿箭頭方向從輸入端到達(dá)輸出端信號(hào)沿箭頭方向從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱；的傳輸通路稱；v主反饋通路：主反饋通路：系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量裝置反饋到輸入系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱。端的傳輸通路稱。v前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路主回路。v局部反饋通路以及由它構(gòu)成的局部反饋通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路內(nèi)回路。 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成264. 4. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式開環(huán)控制方式：開環(huán)控制方式：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向

18、聯(lián)系的控制過象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。分為按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)和按擾動(dòng)程。分為按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)和按擾動(dòng)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)主要控制方式有主要控制方式有：開環(huán)控制、反饋控制和復(fù)合開環(huán)控制、反饋控制和復(fù)合控制控制27控制器被控制對(duì)象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)28功率功率放大放大SM負(fù)載負(fù)載+u0nua電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速度速度開環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(補(bǔ)充補(bǔ)充)29u信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定信號(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。

19、值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。u系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。u對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化對(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。無法自動(dòng)補(bǔ)償。 控制形式控制形式：30u輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測量，容易輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測量，容易實(shí)現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)；u對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的元部件精度要求高，只有元部對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的元部件精度要求高，只有元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；u系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題u結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)簡單，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

20、號(hào)較弱的場合穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場合主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)：31擾動(dòng)擾動(dòng)輸出輸出量量控制器控制器被控制被控制對(duì)象對(duì)象測量裝置測量裝置按擾動(dòng)補(bǔ)償按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑矸娇驁D的原理方框圖按擾動(dòng)控制的開環(huán)控制方式：按擾動(dòng)控制的開環(huán)控制方式：32按擾動(dòng)控制的速度控制系統(tǒng)按擾動(dòng)控制的速度控制系統(tǒng)(P6)負(fù)載負(fù)載功率功率放大放大放大放大電壓電壓SM+u0nuaucubRi33 控制形式控制形式：利用對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的測量產(chǎn)生控制作：利用對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的測量產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。由于擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。由于擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)測量裝置，控制器至被控對(duì)象的輸出量是單向傳遞測量裝置，控制器至被控對(duì)象的輸出

21、量是單向傳遞的，故屬于開環(huán)控制方式。系統(tǒng)自身無法控制。的，故屬于開環(huán)控制方式。系統(tǒng)自身無法控制。 特點(diǎn)特點(diǎn)：對(duì)于不可測擾動(dòng)以及被控對(duì)象及各功能：對(duì)于不可測擾動(dòng)以及被控對(duì)象及各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響不能控制，部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響不能控制，控制精度較低控制精度較低 應(yīng)用應(yīng)用：常用于工作機(jī)械的恒速控制（如穩(wěn)定刀：常用于工作機(jī)械的恒速控制（如穩(wěn)定刀具轉(zhuǎn)速）以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓，穩(wěn)頻控制。具轉(zhuǎn)速）以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓，穩(wěn)頻控制。34反饋控制方式：反饋控制方式：反饋：反饋：取出輸出量送回輸入端并與輸入信號(hào)相比取出輸出量送回輸入端并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過程較產(chǎn)生偏差信號(hào)的

22、過程負(fù)反饋控制原理負(fù)反饋控制原理 ：利用反饋產(chǎn)生偏差，并利利用反饋產(chǎn)生偏差，并利用偏差進(jìn)行控制直至最后消除偏差用偏差進(jìn)行控制直至最后消除偏差分類：分類：正反饋和負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋35輸輸入入量量輸出輸出量量反饋控制反饋控制典型方框圖典型方框圖控制器控制器被控制被控制對(duì)象對(duì)象擾動(dòng)擾動(dòng)反饋控制方式：反饋控制方式：測量裝置測量裝置36特點(diǎn)：特點(diǎn)：按偏差進(jìn)行控制，輸出影響輸入，所以能按偏差進(jìn)行控制，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)；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)定性很重要因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要37閉環(huán)與開環(huán)控

23、制系統(tǒng)的比較閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較 v開環(huán)控制：開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動(dòng)影響較小的場合，成本低。在精度要求不高或擾動(dòng)影響較小的場合，這種控制方式有一定的實(shí)用價(jià)值（步進(jìn)電機(jī)，水泵，這種控制方式有一定的實(shí)用價(jià)值（步進(jìn)電機(jī)，水泵，風(fēng)扇）。風(fēng)扇）。 v閉環(huán)控制：閉環(huán)控制：為偏差控制，可以抑制內(nèi)（系統(tǒng)參數(shù)變?yōu)槠羁刂疲梢砸种苾?nèi)（系統(tǒng)參數(shù)變化）、外擾動(dòng)（負(fù)載變化）對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響，化）、外擾動(dòng)（負(fù)載變化）對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響，因此

24、，控制精度高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高（價(jià)格因此，控制精度高。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高（價(jià)格成倍增加）；系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析麻煩。成倍增加）；系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析麻煩。 38控制方式：控制方式：按偏差控制和按擾動(dòng)控制相結(jié)合的一按偏差控制和按擾動(dòng)控制相結(jié)合的一種控制方式種控制方式優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式，構(gòu)成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式， 使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復(fù)合控制方式：復(fù)合控制方式：分類：分類：u按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制u按干擾前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制按干擾前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制39圖圖1.4 輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)框圖輸入補(bǔ)償?shù)?/p>

25、復(fù)合控制系統(tǒng)框圖輸入量輸入量控制器控制器控制對(duì)象控制對(duì)象測量元件測量元件輸出量輸出量反饋回路反饋回路被控量被控量干擾量干擾量前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償按輸入順饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式：按輸入順饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式：40圖圖1.3 干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)框圖干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)框圖輸入量輸入量控制器控制器控制對(duì)象控制對(duì)象測量元件測量元件輸出量輸出量反饋回路反饋回路被控量被控量干擾量干擾量前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式41電動(dòng)機(jī)速度電動(dòng)機(jī)速度復(fù)合復(fù)合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(P7)+電壓電壓放大放大+u0nuaueutRi電壓電壓放大放大功率功率放大放大負(fù)載負(fù)載SMTG42按

26、擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制方式實(shí)例實(shí)例-電動(dòng)機(jī)控制電動(dòng)機(jī)控制電壓放大器電壓放大器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)擾動(dòng)擾動(dòng)Mc功率放大器功率放大器電壓放大器電壓放大器電阻電阻R測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)輸入量輸入量輸出量輸出量43函數(shù)記錄儀原理示意圖函數(shù)記錄儀原理示意圖(P8)RQRWuLtur變換器變換器放大器放大器繩輪繩輪電機(jī)電機(jī)測速機(jī)測速機(jī)減速器減速器1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例44函數(shù)記錄儀方塊圖(P8)451.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例飛機(jī)飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)46給給定定裝裝置置放放大大器器舵機(jī)舵機(jī)飛機(jī)飛機(jī) 反饋電反饋電位器位器 垂直垂直陀螺儀陀螺儀0擾

27、動(dòng)擾動(dòng)俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖飛機(jī)方塊圖飛機(jī)方塊圖47電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)48鍋爐液位控制系統(tǒng)鍋爐液位控制系統(tǒng)49液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)(P19)控制器控制器減速器減速器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電位器電位器浮子浮子用水開關(guān)用水開關(guān)Q2Q1cifSM50倉庫大門終點(diǎn)開閉控制系統(tǒng)(P19)51發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)(P20)SMGK負(fù)負(fù)載載uffi+fiG負(fù)負(fù)載載K+110V110VU521.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類u按控制方式分類按控制方式分類 開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制u按系統(tǒng)性能分類按系統(tǒng)性能分類 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線

28、性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) 定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)53u按系統(tǒng)的功能分類按系統(tǒng)的功能分類 溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng) 、調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)54)()()()()()()()(1111011110trbtrdtdbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn 1.3.11.3.1線性連續(xù)系統(tǒng)線性連續(xù)系統(tǒng)式中式中c(t)-c(t)-系統(tǒng)輸出量系統(tǒng)輸出量r(t)-r(t)-是系統(tǒng)輸入量，是系統(tǒng)輸入量，系數(shù)是常數(shù)時(shí)，稱為系數(shù)是常數(shù)時(shí)，稱為定常系統(tǒng)；定常系統(tǒng)；系數(shù)

29、隨時(shí)間變化時(shí)，稱為系數(shù)隨時(shí)間變化時(shí)，稱為時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)。55恒值控制系統(tǒng)：也稱調(diào)節(jié)器。輸出量以一定的精度等于給定值，而給定值一般不變化或變化很緩慢，擾動(dòng)可隨時(shí)變化的系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)，隨動(dòng)系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)的給定值變化規(guī)律完全取決于事先不能確定的時(shí)間函數(shù)。輸出量能以一定精度跟隨給定值變化，又稱為跟蹤系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的參據(jù)量是按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，被控制量要迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。按輸入輸出分類按輸入輸出分類561.3.2線性定常離散控制系統(tǒng)線性定常離散控制系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個(gè)傳遞的信號(hào)是時(shí)間上斷續(xù)的信號(hào)，則稱為離散系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一定是離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)用差分

30、方程描述：。為輸入和輸出采樣序列)(),()()1()1()()()1()1()(110110kckrkrbkrbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn57 古典控制理論中，采用的是單輸入單輸出描述方法。主要是針對(duì)線性定常系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)，解決問題的能力是極其有限的。非線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)：如果不能應(yīng)用疊加原理，則系統(tǒng)是非線性的。 下面是非線性系統(tǒng)的一些例子：0,0)1(,sin)(322222222xxdtdxdtxdxdtdxxdtxdtAxdtdxdtxd581.4對(duì)控制系統(tǒng)的一般要求 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本任務(wù)，必須對(duì)系統(tǒng)在控制過程中表現(xiàn)出來的行為為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本