自動(dòng)控制原理(梅楊)1

1、第一章第一章 自動(dòng)控制的一般概念自動(dòng)控制的一般概念 1-1 自動(dòng)控制的自動(dòng)控制的基本原理基本原理與方式與方式 1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制系統(tǒng)示例 1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類分類 1-4 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 1-5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì)工具工具 無人直接參與無人直接參與 機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的工作狀態(tài)或參與機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的工作狀態(tài)或參與 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)某種規(guī)律運(yùn)行自動(dòng)實(shí)現(xiàn)某種規(guī)律運(yùn)行 經(jīng)典控制：單輸入、單輸出經(jīng)典控制：單輸入、單輸出 現(xiàn)代控制：多輸入、多輸出現(xiàn)代控制：多輸入、多輸出 反饋（控制思想的精髓，知己知彼）反饋

2、（控制思想的精髓，知己知彼）1-1 自動(dòng)控制的自動(dòng)控制的基本原理基本原理與方式與方式 1 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 所謂所謂自動(dòng)控制自動(dòng)控制，是指沒有人直接參與的，是指沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控量）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即（統(tǒng)稱被控量）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 如：如： 飛機(jī)導(dǎo)航飛機(jī)導(dǎo)航哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星人造地球衛(wèi)

3、星人造地球衛(wèi)星控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收無人駕駛飛機(jī)按預(yù)定軌跡飛行漸露鋒芒地?zé)o人駕駛飛機(jī)漸露鋒芒地?zé)o人駕駛飛機(jī)制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈 現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長上了現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長上了“眼睛眼睛”和和“大腦大腦”，利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)，利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)我國研制的地空導(dǎo)彈我國研制的地空導(dǎo)彈雷達(dá)技術(shù)雷達(dá)技術(shù) 雷達(dá)操作時(shí)，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。天線的作用是雷達(dá)操作時(shí)，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。天線的作用是把雷達(dá)中產(chǎn)生的無線電波按照一定的方向向外發(fā)射出去，把雷達(dá)中產(chǎn)生的無線電波按照一定的方向向外發(fā)射出去，并把被反射回來的無線電波接收下來。正因?yàn)?/p>

4、天線所起并把被反射回來的無線電波接收下來。正因?yàn)樘炀€所起的作用好似人的眼睛一樣，因此雷達(dá)要注視和偵察整個(gè)的作用好似人的眼睛一樣，因此雷達(dá)要注視和偵察整個(gè)天空的狀況，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，用一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使天空的狀況，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，用一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使天線作天線作360360度的旋轉(zhuǎn)，這樣它就能在度的旋轉(zhuǎn)，這樣它就能在360360度范圍內(nèi)進(jìn)行度范圍內(nèi)進(jìn)行“搜索搜索”。自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域 由于計(jì)算機(jī)等技術(shù)的誕生和飛速發(fā)展，使得控制由于計(jì)算機(jī)等技術(shù)的誕生和飛速發(fā)展，使得控制技術(shù)水平不斷提高，已擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)與社會(huì)生活的各技術(shù)水平不斷提高，已擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)與社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，

5、如通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管個(gè)領(lǐng)域，如通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域，控制技術(shù)已成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的重理等領(lǐng)域，控制技術(shù)已成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的重要組成部分。要組成部分。 近年來，我國在自動(dòng)化儀表、工業(yè)調(diào)節(jié)器、數(shù)字近年來，我國在自動(dòng)化儀表、工業(yè)調(diào)節(jié)器、數(shù)字控制技術(shù)、航天工程、核動(dòng)力工程等方面的研究和控制技術(shù)、航天工程、核動(dòng)力工程等方面的研究和應(yīng)用取得了長足進(jìn)展。應(yīng)用取得了長足進(jìn)展。(1)(1)、最早的穩(wěn)定性研究、最早的穩(wěn)定性研究 J.C.MaxwellJ.C.Maxwell（麥克斯韋爾）（麥克斯韋爾），18681868年發(fā)表年發(fā)表論論調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，研究調(diào)節(jié)器的微分方程，線

6、性化處，研究調(diào)節(jié)器的微分方程，線性化處理，系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于微分方程的特征根是否理，系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于微分方程的特征根是否都具有一對(duì)負(fù)的實(shí)部，針對(duì)二階和三階系統(tǒng)討都具有一對(duì)負(fù)的實(shí)部，針對(duì)二階和三階系統(tǒng)討論了使特征根具有負(fù)實(shí)部時(shí)，特征多項(xiàng)式系列論了使特征根具有負(fù)實(shí)部時(shí)，特征多項(xiàng)式系列應(yīng)滿足的條件。應(yīng)滿足的條件。(2)(2)、系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則、系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則 由由HurwitzHurwitz（霍爾維茨）（霍爾維茨）和和 E.J.RouthE.J.Routh（勞斯）（勞斯）提出的勞斯霍爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。提出的勞斯霍爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。2 2、自動(dòng)控制理論、自動(dòng)控制理論 A.M.Lyapunov（李雅普諾夫）提（李雅

7、普諾夫）提出了李雅普諾夫第一法與第二法出了李雅普諾夫第一法與第二法 H.Nyquist提出奈氏判據(jù)，提出奈氏判據(jù)，Bode提提出了對(duì)數(shù)頻率特性的方法。出了對(duì)數(shù)頻率特性的方法。 二戰(zhàn)期間，軍事科學(xué)的需要大大促進(jìn)二戰(zhàn)期間，軍事科學(xué)的需要大大促進(jìn)了反饋控制理論的發(fā)展。美國麻省理工了反饋控制理論的發(fā)展。美國麻省理工學(xué)院雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們將反饋放大學(xué)院雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們將反饋放大器理論、器理論、 PID（比例（比例-積分積分-微分）控制微分）控制以及以及N.Wiener的隨機(jī)過程理論等結(jié)合的隨機(jī)過程理論等結(jié)合在一起，形成了一整套被稱為隨動(dòng)控制在一起，形成了一整套被稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的設(shè)

8、計(jì)方法。 (3)(3)、根軌跡方法、根軌跡方法 W.R.Evans提出的方法和規(guī)則是當(dāng)系統(tǒng)提出的方法和規(guī)則是當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)特征方程式根變化的幾何軌跡。參數(shù)變化時(shí)特征方程式根變化的幾何軌跡。 (4)(4)、經(jīng)典自動(dòng)控制理論、經(jīng)典自動(dòng)控制理論 以反饋控制原理為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制理論以反饋控制原理為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制理論已形成比較完整的體系。其特點(diǎn)相對(duì)言，生已形成比較完整的體系。其特點(diǎn)相對(duì)言，生產(chǎn)技術(shù)水平較低，控制對(duì)象結(jié)構(gòu)較簡單，被產(chǎn)技術(shù)水平較低，控制對(duì)象結(jié)構(gòu)較簡單，被控參數(shù)較單一，要求達(dá)到的預(yù)期效果（性能控參數(shù)較單一，要求達(dá)到的預(yù)期效果（性能指標(biāo)）也不高。主要研究對(duì)象為單輸入，單指標(biāo)）也不高。主要研究對(duì)

9、象為單輸入，單輸出的單變量系統(tǒng)（屬于線性定常時(shí)不變系輸出的單變量系統(tǒng)（屬于線性定常時(shí)不變系統(tǒng)）。統(tǒng)）。(5)(5)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 從從50年代末期開始，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的年代末期開始，控制系統(tǒng)設(shè)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)變重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變到設(shè)計(jì)在某種意義上的一種最佳系統(tǒng)。到設(shè)計(jì)在某種意義上的一種最佳系統(tǒng)。 大約從大約從1960年開始，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為年開始，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)域分析提供了可能性，利用狀態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)域分析提供了可能性，利用狀態(tài)變量、基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論應(yīng)運(yùn)而生。變量、基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制

10、理論應(yīng)運(yùn)而生。 從從1960年到年到1980年，確定性系統(tǒng)的最佳年，確定性系統(tǒng)的最佳控制，隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，乃至復(fù)雜系統(tǒng)的控制，隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，乃至復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到了充分的研究。自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到了充分的研究。 從從1980年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論的進(jìn)展集年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論的進(jìn)展集中于魯棒控制、中于魯棒控制、H控制及其相關(guān)的課題。控制及其相關(guān)的課題。反饋控制是這樣的一種控制過程，它能在存在擾動(dòng)的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據(jù)量）之間的偏差，而其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的，這就是反饋控制的原理。反饋控制又稱閉環(huán)控制反饋控制又稱閉環(huán)控制3 3

11、、反饋控制原理、反饋控制原理系統(tǒng)方框圖符號(hào)組成系統(tǒng)方框圖符號(hào)組成：“ ”下圖為反饋控制原理方框圖下圖為反饋控制原理方框圖方框圖被控制量 手的 位置 擾動(dòng) 誤差信號(hào) 控制信號(hào) 參考輸入 書的位置 被控對(duì)象（手）測(cè)量元件（眼睛）控制器（大腦）例、人用手去拿書例、人用手去拿書龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理圖龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理圖 在工業(yè)控制中，龍門刨床速度控制系統(tǒng)就是按照在工業(yè)控制中，龍門刨床速度控制系統(tǒng)就是按照反饋控制原理進(jìn)行工作的。當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引反饋控制原理進(jìn)行工作的。當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須對(duì)

12、速度進(jìn)行控制。此必須對(duì)速度進(jìn)行控制。龍門刨速度自動(dòng)控制過程龍門刨速度自動(dòng)控制過程M-負(fù)載n-電機(jī)速度u-測(cè)速電機(jī)偏差電壓u0-給定電壓注意：注意： 龍門刨床速度控制系統(tǒng)是一個(gè)有精龍門刨床速度控制系統(tǒng)是一個(gè)有精差系統(tǒng)。速度最終達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與原始給差系統(tǒng)。速度最終達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與原始給定速度之間始終有一個(gè)差值存在，這個(gè)差定速度之間始終有一個(gè)差值存在，這個(gè)差值是用來產(chǎn)生一個(gè)附加的電動(dòng)機(jī)電樞電壓，值是用來產(chǎn)生一個(gè)附加的電動(dòng)機(jī)電樞電壓，以補(bǔ)償因增加負(fù)載而引起的速度下降。這以補(bǔ)償因增加負(fù)載而引起的速度下降。這個(gè)差值的存在是保證系統(tǒng)正常工作所必需個(gè)差值的存在是保證系統(tǒng)正常工作所必需的，一般稱為的，一般稱為穩(wěn)態(tài)

13、誤差穩(wěn)態(tài)誤差。如果從結(jié)構(gòu)上加。如果從結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，可以消除這個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。以改進(jìn)，可以消除這個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成 反饋控制系統(tǒng)是由各種不同的元部件組成的。 a) 測(cè)量元件：檢測(cè)被控制的物理量。 b) 給定元件：給出與期望的被控制量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（即參據(jù)量）。 c) 比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量的實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。d) d) 放大元件：偏差信號(hào)的放大，用以推放大元件：偏差信號(hào)的放大，用以推動(dòng)執(zhí)行元件。動(dòng)執(zhí)行元件。e) e) 執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化?？亓堪l(fā)生變化。f) f) 校正

14、元件：也叫補(bǔ)償元件以改善系統(tǒng)校正元件：也叫補(bǔ)償元件以改善系統(tǒng)性能性能。典型的反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖： 信號(hào)從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱為前向通路；信號(hào)從輸入端到達(dá)輸出端的傳輸通路稱為前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱為主系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱為主反饋通路。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路。此反饋通路。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反饋通路。只包含一個(gè)主反饋通路的系統(tǒng)外，還有局部反饋通路。只包含一個(gè)主反饋通路的系統(tǒng)稱為單回路系統(tǒng)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上反饋通路的稱為單回路系統(tǒng)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上反饋通路的 系統(tǒng)系統(tǒng)稱為多回路系統(tǒng)。稱為多

15、回路系統(tǒng)。串連補(bǔ)償元件放大元件執(zhí)行元件被控對(duì)象反饋補(bǔ)償元件測(cè)量元件輸輸出出量量主主反反饋饋局局部部反反饋饋輸輸入入量量5、自動(dòng)控制系統(tǒng)基本控制方式 (1)、反饋控制方式、反饋控制方式(閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)) 按偏差進(jìn)行控制，具有抑制擾動(dòng)對(duì)被控按偏差進(jìn)行控制，具有抑制擾動(dòng)對(duì)被控量產(chǎn)生影響的能力和較高的控制精度。量產(chǎn)生影響的能力和較高的控制精度。(2)(2)、開環(huán)控制方式、開環(huán)控制方式( (按給定控制、按擾動(dòng)控制按給定控制、按擾動(dòng)控制) ) 指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而 沒有反向聯(lián)系的控制過程。沒有反向聯(lián)系的控制過程。下圖為發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的

16、方框圖下圖為發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方框圖 (3) (3)、復(fù)合控制方式、復(fù)合控制方式 按偏差控制和按擾動(dòng)控制相結(jié)合的控制方式按偏差控制和按擾動(dòng)控制相結(jié)合的控制方式 稱為復(fù)合控制方式。稱為復(fù)合控制方式。1-2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例 1 函數(shù)記錄儀函數(shù)記錄儀通常由衰減器、測(cè)量元件、放大元件、伺服電動(dòng)機(jī)-測(cè)速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成。測(cè)量元件由電位器RQ和RM組成的橋式測(cè)量電路，記錄筆就固定在電位器RM的滑臂上，因此，測(cè)量電路輸出電壓up與記錄筆位移成正比。當(dāng)有慢變的輸入電壓ur時(shí)，在放大元件輸入口得到偏壓 ，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，并通過齒輪系及繩輪帶動(dòng)記錄筆移動(dòng)。同時(shí)使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓為0時(shí)，

17、電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄筆也靜止不動(dòng)。如果輸入電壓隨時(shí)間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出隨時(shí)間連續(xù)變化的相應(yīng)曲線。pruuu2.飛機(jī)示意圖飛機(jī)示意圖反饋電位器反饋電位器給定電位器給定電位器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0c擾動(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 3 3 電爐溫度控制系統(tǒng)電爐溫度控制系統(tǒng) 電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，爐溫實(shí)際值由熱電偶檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波爐溫實(shí)際值由熱電偶檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由后，由A/DA/D轉(zhuǎn)

18、換后送入計(jì)算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)控制算法計(jì)算相應(yīng)控行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)控制算法計(jì)算相應(yīng)控制量，再經(jīng)制量，再經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。下圖為電爐溫度控制系統(tǒng)的方框圖下圖為電爐溫度控制系統(tǒng)的方框圖 4 4、鍋爐液位控制系統(tǒng)、鍋爐液位控制系統(tǒng) 當(dāng)蒸汽的耗汽量與鍋爐進(jìn)水量相等時(shí)，液位保持在當(dāng)蒸汽的耗汽量與鍋爐進(jìn)水量相等時(shí)，液位保持在正常標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)過鍋爐給水

19、量不變，而蒸汽負(fù)荷發(fā)生正常標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)過鍋爐給水量不變，而蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，液位也相應(yīng)發(fā)生變化；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，變化時(shí)，液位也相應(yīng)發(fā)生變化；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，而給水管道水壓發(fā)生變化時(shí)，引起鍋爐液位發(fā)生變化。而給水管道水壓發(fā)生變化時(shí)，引起鍋爐液位發(fā)生變化。但但只要實(shí)際液位高度只要實(shí)際液位高度與正常給定液位之間與正常給定液位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開大或者關(guān)小給水去開大或者關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到閥門，使液位恢復(fù)到給定值。給定值。下圖為鍋爐液位控制系統(tǒng)的方框圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類方法，一般，為了全面反映自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，常常將各種

20、分類方法組合應(yīng)用。開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制( (反饋控制反饋控制) )復(fù)合控制復(fù)合控制1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)恒張力系統(tǒng)恒張力系統(tǒng)電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)全自動(dòng)照相機(jī)，全自動(dòng)照相機(jī)， 光機(jī)電結(jié)合光機(jī)電結(jié)合液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)伺服液壓缸，汽伺服液壓缸，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，大型的仿真模擬臺(tái)車發(fā)動(dòng)機(jī)，大型的仿真模擬臺(tái)氣動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng) 生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)按按元元件件類類型型分分按系統(tǒng)功用分按系統(tǒng)功用分1、線形連續(xù)控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)可以用線形微分方程式描述，其這類系統(tǒng)可以用線形微分方程式描述，其一般形式為：一般形式為：)()()()()()()()(1111011110trbtrdt

21、dbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn 系數(shù)系數(shù)a a0 0， ， a an n，b b0 0, , b bn n是常數(shù)時(shí)，稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)是常數(shù)時(shí)，稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)a a0 0，a an n，b b0 0, , b bn n隨時(shí)間變化時(shí)，稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其隨時(shí)間變化時(shí)，稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系輸入量的變化規(guī)律又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。統(tǒng)。(1)、恒值控制系統(tǒng) 這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是一個(gè)常值，要求被控量亦等于一個(gè)常值，故又稱為調(diào)節(jié)器

22、。 在恒值控制系統(tǒng)中，參據(jù)量可以隨生產(chǎn)條件的變化而改變，但是，一經(jīng)調(diào)整后，被控量就應(yīng)與調(diào)整好的參據(jù)量保持一致。在工業(yè)控制中，如果被控量是生產(chǎn)過程參量時(shí)，這種控制系統(tǒng)則稱為過程控制系統(tǒng)，它們大多數(shù)屬于恒值控制系統(tǒng)。(2)、隨動(dòng)系統(tǒng) 系統(tǒng)的參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化，故又稱為跟隨系統(tǒng)。在隨動(dòng)系統(tǒng)中。擾動(dòng)的影響是次要的，系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性。 在隨動(dòng)系統(tǒng)中，如果被控量是機(jī)械位或其導(dǎo)數(shù)時(shí)，這類系統(tǒng)稱之為伺服系統(tǒng)。(3)、程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的參據(jù)量時(shí)按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。程序控制

23、系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)的參據(jù)量都是時(shí)間函數(shù)，不過前者是已知的時(shí)間函數(shù)，后者是未知的任意時(shí)間函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。2、線性定常離散控制系統(tǒng))() 1() 1()()() 1() 1()(110110krbkrbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn 離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的某處或多處的信號(hào)為離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號(hào)在時(shí)間上是脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號(hào)在時(shí)間上是離散的。離散系統(tǒng)一般用差分方程描述，其離散的。離散系統(tǒng)一般用差分方程描述，其一般形式可用下式表示：一般形式可用下式表示： 3、非線性控制系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入輸

24、系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入輸出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)， 實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有不同程度的非實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有不同程度的非線性元部件，如放大器和電磁元件的飽和特線性元部件，如放大器和電磁元件的飽和特性，運(yùn)動(dòng)部件的死區(qū)、間隙和摩擦特性等。性，運(yùn)動(dòng)部件的死區(qū)、間隙和摩擦特性等。對(duì)于非線性程度不大的情況，可在一定范圍對(duì)于非線性程度不大的情況，可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行線性化。內(nèi)進(jìn)行線性化。)()()()(2trytytyty 1-4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求 1、基本要求的提法 可以歸結(jié)為穩(wěn)定性（長期穩(wěn)定性）、準(zhǔn)確性（精度）和快速性（相對(duì)

25、穩(wěn)定性）。 穩(wěn)穩(wěn) 準(zhǔn)準(zhǔn) 快快 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。穩(wěn)定性，通常由系系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。 快速性：快速性： 對(duì)過渡過程的形式和快慢提出要求，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。一般稱為動(dòng)態(tài)性能。 準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確性： 用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。 在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。2、典型的外作用 為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性函數(shù)作為典型外作用。性能，通常選用