控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)課件

一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的自動(dòng)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用航天器工業(yè)控制機(jī)器人家用電器自動(dòng)控制的特征：

通過(guò)對(duì)各類機(jī)器、各種物理參量、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等的控制直接造福于社會(huì)。自動(dòng)控制：

在無(wú)人直接參與下，利用控制裝置操縱受控對(duì)象，使受控對(duì)象的被控量按給定信號(hào)變化規(guī)律去變化。自動(dòng)控制示意圖控制器給定值

檢測(cè)元件

受控對(duì)象被控量自動(dòng)控制系統(tǒng)控制裝置:受控對(duì)象:機(jī)器、設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程等控制器、檢測(cè)元件等

下面通過(guò)一些實(shí)例來(lái)說(shuō)明自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫人工控制系統(tǒng)受控對(duì)象:水箱熱傳導(dǎo)器件系統(tǒng)的構(gòu)成：被控制量:水溫閥門顯示儀表蒸汽排水冷水熱水工作過(guò)程：

蒸汽通過(guò)熱傳導(dǎo)器件把熱量傳遞給水,水的溫度與蒸汽的流量成正比.

手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)蒸汽的流量,來(lái)控制水的溫度.但人工難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量控制.一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫人工控一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中增加了：控制器電機(jī)加入給定信號(hào)工作原理：檢測(cè)實(shí)際溫度產(chǎn)生控制信號(hào)

通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度

從而調(diào)節(jié)蒸汽流入，控制水的溫度.實(shí)現(xiàn)沒(méi)有人直接參入的自動(dòng)水溫控制.控制器一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫自動(dòng)控一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念溫度檢測(cè)

為了方便地分析系統(tǒng)性能，一般用框圖來(lái)表示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)可用框圖表示為：

要使自動(dòng)控制系統(tǒng)滿足工程實(shí)際的需要,必須研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。實(shí)際溫度偏差反饋量預(yù)期溫度_控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門水箱控制器一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念溫度檢測(cè)一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念桿杠長(zhǎng)度例液位自動(dòng)控制系統(tǒng)h水箱桿杠浮球閥門進(jìn)水系統(tǒng)組成：出水被控制量：水位高度工作原理：

調(diào)節(jié)杠桿長(zhǎng)度L，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)水量以控制液位的高度。L一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念桿杠長(zhǎng)度例液一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖浮球hr(s)h(t)閥門水箱

杠桿機(jī)構(gòu)Lh一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖浮球一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展要分為以下幾個(gè)發(fā)展階段：經(jīng)典控制理論階段現(xiàn)代控制理論階段魯棒控制理論階段一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展要分為以下幾個(gè)一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論它的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽、起步、發(fā)展、標(biāo)志等幾個(gè)過(guò)程。萌芽階段早在兩千年前中國(guó)就有了自動(dòng)控制技術(shù)的萌芽。兩千年前我國(guó)發(fā)明的指南車，就是一種開(kāi)環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。公元1086－1089年（北宋哲宗元祐初年），

我國(guó)發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái)就是一種閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論它的發(fā)展大一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論起步階段

隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，到十八世紀(jì)，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中。其中最卓越的代表是瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，加速了第一次工業(yè)革命的步伐。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論起步階段一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段1868年馬克斯韋爾解決了蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問(wèn)題，提出了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。1895年勞斯（Routh）與赫爾維茨（Hurwitz）把馬克斯韋爾的思想擴(kuò)展到高階微分方程描述的更復(fù)雜的系統(tǒng)中,各自提出了兩個(gè)著名的穩(wěn)定性判據(jù)—?jiǎng)谒古袚?jù)和赫爾維茨判據(jù)?；旧蠞M足了二十世紀(jì)初期控制工程師的需要。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段1868年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段由于第二次世界大戰(zhàn)需要控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確跟蹤與補(bǔ)償能力，1932年奈奎斯特提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，為具有高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準(zhǔn)確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。

1948年伊萬(wàn)斯提出了復(fù)數(shù)域內(nèi)研究系統(tǒng)的根軌跡法。建立在奈奎斯特的頻率響應(yīng)法和伊萬(wàn)斯的根軌跡法基礎(chǔ)上的理論，稱為經(jīng)典（古典）控制理論（或自動(dòng)控制理論）。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段由于第二次一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論標(biāo)志階段1947年控制論的奠基人美國(guó)數(shù)學(xué)家韋納把控制論引起的自動(dòng)化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來(lái)，并與1948年出版了《控制論—關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)》，書(shū)中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，為控制理論這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與1954年出版了《工程控制論》。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論標(biāo)志階段1947年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論從四十年代到五十年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)。（可以說(shuō)工業(yè)革命和戰(zhàn)爭(zhēng)促使了經(jīng)典控制理論的發(fā)展）。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論從四十年代到五十年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個(gè)重要的條件—現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺(tái)。在二十世紀(jì)五十年代末開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，從而對(duì)出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論科一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論五十年代后期，貝爾曼等人提出了狀態(tài)分析法；在1957年提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。1959年卡爾曼和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論五十年代后期，貝爾一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論羅森布洛克、歐文斯和麥克法輪研究了使用于計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進(jìn)一步建立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論奠定了基礎(chǔ)1961年龐特里亞金（俄國(guó)人）提出了極小（大）值原理。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論羅森布洛克、歐文斯一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)70年代奧斯特隆姆（瑞典）和朗道（法國(guó)）在自適應(yīng)控制理論和應(yīng)用方面作出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，關(guān)于系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、離散時(shí)間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容。

朗道一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)70年代奧一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的差異經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論研究對(duì)象單輸入單輸出系統(tǒng)(SISO)高階微分方程多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO):一階微分方程研究方法傳遞函數(shù)法(外部描述)狀態(tài)空間法(內(nèi)部描述)研究工具拉普拉斯變換線性代數(shù)矩陣分析方法頻域(復(fù)域),頻率響應(yīng)和根軌跡法復(fù)域、實(shí)域，可控和可觀測(cè)設(shè)計(jì)方法PID控制和校正網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)反饋和輸出反饋

其他

頻率法的物理意義直觀、實(shí)用，難于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和最優(yōu)控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展，結(jié)合著H2和H等范數(shù)而出現(xiàn)了H2和H控制，還有逆系統(tǒng)控制等方法。20世紀(jì)70年代末，控制理論向著“大系統(tǒng)理論”、“智能控制理論”和“復(fù)雜系統(tǒng)理論”的方向發(fā)展：一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論大系統(tǒng)理論：用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等問(wèn)題的技術(shù)基礎(chǔ)理論。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論大系統(tǒng)理論：一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論智能控制理論：研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過(guò)程的規(guī)律，研制具有某些擬人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的理論。洗衣機(jī)智能模糊控制機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論智能控制理論：研究一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論復(fù)雜系統(tǒng)理論：把系統(tǒng)的研究拓廣到開(kāi)放復(fù)雜巨系統(tǒng)的范籌，以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制為目標(biāo)。

回顧控制理論的發(fā)展歷程可以看出，它的發(fā)展過(guò)程反映了人類由機(jī)械化時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代，并走向自動(dòng)化、信息化、智能化時(shí)代。復(fù)雜航天器控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論復(fù)雜系統(tǒng)理論：二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1．開(kāi)環(huán)控制有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系.

不同的被控對(duì)象和不同的控制裝置構(gòu)成了不同的控制系統(tǒng)，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類是很多的。自動(dòng)控制系統(tǒng)一般有兩種基本控制方式.開(kāi)環(huán)控制控制裝置與受控對(duì)象之間只二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1．開(kāi)環(huán)控制有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例轉(zhuǎn)臺(tái)速度開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)電源和放大裝置速度設(shè)置系統(tǒng)組成：由圖可見(jiàn)：

速度設(shè)置信號(hào)通過(guò)功率放大以后，提供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。

由于被控制量速度沒(méi)有反饋到輸入端與給定信號(hào)比較,為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:給定速度實(shí)際轉(zhuǎn)速放大器直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)

這種轉(zhuǎn)臺(tái)在CD機(jī)、計(jì)算機(jī)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等許多現(xiàn)代裝置中廣泛應(yīng)用.開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單，抗擾能力差，控制精度低，一般用于對(duì)控制性能要求不高的場(chǎng)合。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例轉(zhuǎn)臺(tái)速度開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理2．閉環(huán)控制閉環(huán)控制:

閉環(huán)控制又稱為反饋控制或按偏差控制。

控制裝置與受控對(duì)象之間，不但有順向作用，還有反向聯(lián)系。例轉(zhuǎn)臺(tái)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中增加了測(cè)速發(fā)電機(jī)作為反饋裝置

測(cè)出電動(dòng)機(jī)的速度反饋給控制器。

與給定信號(hào)比較產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)過(guò)功率放大后對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行閉環(huán)控制.

當(dāng)速度受擾動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，偏差電壓也隨之變化，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)能消除干擾。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)速機(jī)偏差預(yù)期速度實(shí)際轉(zhuǎn)速放大器_直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理2．閉環(huán)控制閉環(huán)控制:閉環(huán)控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理放大裝置例位置隨動(dòng)系統(tǒng)環(huán)型電位器電機(jī)電源齒輪系統(tǒng)組成：負(fù)載輸入θr輸出θc工作過(guò)程：θr=θcUd=0Udθr≠θcUd≠0電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)節(jié)θc,使θr=θc電動(dòng)機(jī)靜止系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖θr_電位器θm△θ

θcueud放大器電動(dòng)機(jī)減速器二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理放大裝置例位置隨動(dòng)系統(tǒng)環(huán)型電位二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)電源和控制裝置負(fù)載系統(tǒng)組成：UnUf輸入反饋電壓e=Un-Uf轉(zhuǎn)速取決于：n輸出電樞電壓UdUd=Ke當(dāng)干擾引起轉(zhuǎn)速變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整：n↓→Uf↓→e↑→Ud↑→n↑

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)速機(jī)unufeudn_放大器直流電動(dòng)機(jī)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

（3）能減小或消除由擾動(dòng)形成的偏差，具有較高的控制精度和較強(qiáng)的抗擾能力。

通過(guò)以上的實(shí)例分析可得出閉環(huán)控制系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)的控制信號(hào)是給定值與反饋量的差值，故稱為按偏差控制或反饋控制。

（2）閉環(huán)系統(tǒng)有兩種傳輸通道：前向通道和反饋通道。自動(dòng)控制原理中主要討論閉環(huán)控制系統(tǒng)。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理（3）能減小或消除由擾動(dòng)形二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理3．復(fù)合控制

測(cè)量出外部作用，形成與外部作用相反的控制量與外部作用共同使被控量基本不受影響。前饋補(bǔ)償控制復(fù)合控制具有兩種基本形式.前饋補(bǔ)償控制：復(fù)合控制：反饋控制+

在外部作用下，由系統(tǒng)被控制量的變化產(chǎn)生調(diào)節(jié)和控制作用。反饋控制：二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理3．復(fù)合控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(a)按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定值被控制量_檢測(cè)元件控制器前饋通道受控對(duì)象前饋補(bǔ)償控制反饋控制主通道二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(a)按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(b)按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定值被控制量_檢測(cè)元件控制器受控對(duì)象前饋補(bǔ)償控制反饋控制主通道前饋通道擾動(dòng)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(b)按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

常見(jiàn)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)是從動(dòng)態(tài)過(guò)程中定義出來(lái)的。對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求有三個(gè)方面。2、快速性1、穩(wěn)定性3、準(zhǔn)確性三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求常見(jiàn)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

系統(tǒng)受外作用力后,其動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性：

系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其被控量達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。r(t)t0c(t)r(t)c(t)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。擾動(dòng)信號(hào)作用下的不穩(wěn)定系統(tǒng):d(t)t0c(t)c(t)d(t)

一個(gè)能在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng),不僅應(yīng)具有穩(wěn)定性,而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的震蕩也不能過(guò)于強(qiáng)烈.三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求系統(tǒng)受外作用力三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短表征快速性。2、快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)

快速性表明了系統(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度

過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越短，表明快速性越好。反之亦然。t1t2三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短表征快速性。2、快速三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值ess大小表征。3、準(zhǔn)確性r(t)t0c(t)ess

它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。若系統(tǒng)最終的誤差為零，則稱為無(wú)差系統(tǒng)，否則為有差系統(tǒng)。c(t)r(t)三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中,若過(guò)分強(qiáng)調(diào)某方面的性能,則可能會(huì)使其他方面的性能受到影響.

怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同,分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有所側(cè)重，并兼顧其它是自控原理要解決的問(wèn)題。三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見(jiàn)的有以下幾種：

由線性微分方程或線性差分方程所描述的系統(tǒng)。由非線性方程描述的系統(tǒng)。線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類2、定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)定常系統(tǒng):

若系統(tǒng)微分方程的系數(shù)為常數(shù)，則稱之為線性定常系統(tǒng)。此類系統(tǒng)為主要討論對(duì)象。

系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型微分方程的系數(shù)不是時(shí)間變量的函數(shù)。否則稱為時(shí)變系統(tǒng)。四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類2、定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)定常系統(tǒng):四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類3、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：

系統(tǒng)中各部分的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)即模擬量。離散系統(tǒng)：

系統(tǒng)中有一處或多處信號(hào)為時(shí)間的離散函數(shù)，如脈沖或數(shù)碼信號(hào)。

若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號(hào)，則又可稱之為采樣系統(tǒng)。四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類3、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類4、恒值系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的給定值為一定值，而控制任務(wù)就是克服擾動(dòng)，使被控量保持恒值。例如：電機(jī)速度控制、恒溫、恒壓、水位控制系統(tǒng)等。恒值系統(tǒng)：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類4、恒值系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類隨動(dòng)系統(tǒng)：

系統(tǒng)給定值按照事先不知道的時(shí)間函數(shù)變化，并要求被控量跟隨給定值變化。如：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、輪舵位置控制系統(tǒng)等。四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類隨動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)給定值按照事先四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類程序控制系統(tǒng)：

系統(tǒng)的給定值按照一定的時(shí)間函數(shù)變化，并要求被控量隨之變化。

例如：機(jī)械手四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類程序控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)化生產(chǎn)線：四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)化生產(chǎn)線：一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的自動(dòng)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用航天器工業(yè)控制機(jī)器人家用電器自動(dòng)控制的特征：

通過(guò)對(duì)各類機(jī)器、各種物理參量、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等的控制直接造福于社會(huì)。自動(dòng)控制：

在無(wú)人直接參與下，利用控制裝置操縱受控對(duì)象，使受控對(duì)象的被控量按給定信號(hào)變化規(guī)律去變化。自動(dòng)控制示意圖控制器給定值

檢測(cè)元件

受控對(duì)象被控量自動(dòng)控制系統(tǒng)控制裝置:受控對(duì)象:機(jī)器、設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程等控制器、檢測(cè)元件等

下面通過(guò)一些實(shí)例來(lái)說(shuō)明自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫人工控制系統(tǒng)受控對(duì)象:水箱熱傳導(dǎo)器件系統(tǒng)的構(gòu)成：被控制量:水溫閥門顯示儀表蒸汽排水冷水熱水工作過(guò)程：

蒸汽通過(guò)熱傳導(dǎo)器件把熱量傳遞給水,水的溫度與蒸汽的流量成正比.

手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)蒸汽的流量,來(lái)控制水的溫度.但人工難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量控制.一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫人工控一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中增加了：控制器電機(jī)加入給定信號(hào)工作原理：檢測(cè)實(shí)際溫度產(chǎn)生控制信號(hào)

通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度

從而調(diào)節(jié)蒸汽流入，控制水的溫度.實(shí)現(xiàn)沒(méi)有人直接參入的自動(dòng)水溫控制.控制器一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念例水溫自動(dòng)控一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念溫度檢測(cè)

為了方便地分析系統(tǒng)性能，一般用框圖來(lái)表示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)可用框圖表示為：

要使自動(dòng)控制系統(tǒng)滿足工程實(shí)際的需要,必須研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系。實(shí)際溫度偏差反饋量預(yù)期溫度_控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門水箱控制器一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念溫度檢測(cè)一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念桿杠長(zhǎng)度例液位自動(dòng)控制系統(tǒng)h水箱桿杠浮球閥門進(jìn)水系統(tǒng)組成：出水被控制量：水位高度工作原理：

調(diào)節(jié)杠桿長(zhǎng)度L，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)水量以控制液位的高度。L一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念桿杠長(zhǎng)度例液一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖浮球hr(s)h(t)閥門水箱

杠桿機(jī)構(gòu)Lh一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動(dòng)控制的基本概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖浮球一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展要分為以下幾個(gè)發(fā)展階段：經(jīng)典控制理論階段現(xiàn)代控制理論階段魯棒控制理論階段一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展要分為以下幾個(gè)一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論它的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽、起步、發(fā)展、標(biāo)志等幾個(gè)過(guò)程。萌芽階段早在兩千年前中國(guó)就有了自動(dòng)控制技術(shù)的萌芽。兩千年前我國(guó)發(fā)明的指南車，就是一種開(kāi)環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。公元1086－1089年（北宋哲宗元祐初年），

我國(guó)發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái)就是一種閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論它的發(fā)展大一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論起步階段

隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，到十八世紀(jì)，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中。其中最卓越的代表是瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，加速了第一次工業(yè)革命的步伐。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論起步階段一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段1868年馬克斯韋爾解決了蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問(wèn)題，提出了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。1895年勞斯（Routh）與赫爾維茨（Hurwitz）把馬克斯韋爾的思想擴(kuò)展到高階微分方程描述的更復(fù)雜的系統(tǒng)中,各自提出了兩個(gè)著名的穩(wěn)定性判據(jù)—?jiǎng)谒古袚?jù)和赫爾維茨判據(jù)?；旧蠞M足了二十世紀(jì)初期控制工程師的需要。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段1868年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段由于第二次世界大戰(zhàn)需要控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確跟蹤與補(bǔ)償能力，1932年奈奎斯特提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，為具有高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準(zhǔn)確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。

1948年伊萬(wàn)斯提出了復(fù)數(shù)域內(nèi)研究系統(tǒng)的根軌跡法。建立在奈奎斯特的頻率響應(yīng)法和伊萬(wàn)斯的根軌跡法基礎(chǔ)上的理論，稱為經(jīng)典（古典）控制理論（或自動(dòng)控制理論）。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論發(fā)展階段由于第二次一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論標(biāo)志階段1947年控制論的奠基人美國(guó)數(shù)學(xué)家韋納把控制論引起的自動(dòng)化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來(lái)，并與1948年出版了《控制論—關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)》，書(shū)中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，為控制理論這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與1954年出版了《工程控制論》。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論標(biāo)志階段1947年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論從四十年代到五十年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)。（可以說(shuō)工業(yè)革命和戰(zhàn)爭(zhēng)促使了經(jīng)典控制理論的發(fā)展）。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.經(jīng)典控制理論從四十年代到五十年一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個(gè)重要的條件—現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺(tái)。在二十世紀(jì)五十年代末開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，從而對(duì)出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論科一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論五十年代后期，貝爾曼等人提出了狀態(tài)分析法；在1957年提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。1959年卡爾曼和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論五十年代后期，貝爾一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論羅森布洛克、歐文斯和麥克法輪研究了使用于計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進(jìn)一步建立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論奠定了基礎(chǔ)1961年龐特里亞金（俄國(guó)人）提出了極?。ù螅┲翟?。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論羅森布洛克、歐文斯一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)70年代奧斯特隆姆（瑞典）和朗道（法國(guó)）在自適應(yīng)控制理論和應(yīng)用方面作出了貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，關(guān)于系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、離散時(shí)間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容。

朗道一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)70年代奧一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的差異經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論研究對(duì)象單輸入單輸出系統(tǒng)(SISO)高階微分方程多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO):一階微分方程研究方法傳遞函數(shù)法(外部描述)狀態(tài)空間法(內(nèi)部描述)研究工具拉普拉斯變換線性代數(shù)矩陣分析方法頻域(復(fù)域),頻率響應(yīng)和根軌跡法復(fù)域、實(shí)域，可控和可觀測(cè)設(shè)計(jì)方法PID控制和校正網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)反饋和輸出反饋

其他

頻率法的物理意義直觀、實(shí)用，難于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和最優(yōu)控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展，結(jié)合著H2和H等范數(shù)而出現(xiàn)了H2和H控制，還有逆系統(tǒng)控制等方法。20世紀(jì)70年代末，控制理論向著“大系統(tǒng)理論”、“智能控制理論”和“復(fù)雜系統(tǒng)理論”的方向發(fā)展：一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論大系統(tǒng)理論：用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等問(wèn)題的技術(shù)基礎(chǔ)理論。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論大系統(tǒng)理論：一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論智能控制理論：研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過(guò)程的規(guī)律，研制具有某些擬人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的理論。洗衣機(jī)智能模糊控制機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論智能控制理論：研究一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論復(fù)雜系統(tǒng)理論：把系統(tǒng)的研究拓廣到開(kāi)放復(fù)雜巨系統(tǒng)的范籌，以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制為目標(biāo)。

回顧控制理論的發(fā)展歷程可以看出，它的發(fā)展過(guò)程反映了人類由機(jī)械化時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代，并走向自動(dòng)化、信息化、智能化時(shí)代。復(fù)雜航天器控制一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史3.魯棒控制理論復(fù)雜系統(tǒng)理論：二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1．開(kāi)環(huán)控制有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系.

不同的被控對(duì)象和不同的控制裝置構(gòu)成了不同的控制系統(tǒng)，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類是很多的。自動(dòng)控制系統(tǒng)一般有兩種基本控制方式.開(kāi)環(huán)控制控制裝置與受控對(duì)象之間只二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理1．開(kāi)環(huán)控制有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例轉(zhuǎn)臺(tái)速度開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)電源和放大裝置速度設(shè)置系統(tǒng)組成：由圖可見(jiàn)：

速度設(shè)置信號(hào)通過(guò)功率放大以后，提供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。

由于被控制量速度沒(méi)有反饋到輸入端與給定信號(hào)比較,為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:給定速度實(shí)際轉(zhuǎn)速放大器直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)

這種轉(zhuǎn)臺(tái)在CD機(jī)、計(jì)算機(jī)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等許多現(xiàn)代裝置中廣泛應(yīng)用.開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單，抗擾能力差，控制精度低，一般用于對(duì)控制性能要求不高的場(chǎng)合。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例轉(zhuǎn)臺(tái)速度開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理2．閉環(huán)控制閉環(huán)控制:

閉環(huán)控制又稱為反饋控制或按偏差控制。

控制裝置與受控對(duì)象之間，不但有順向作用，還有反向聯(lián)系。例轉(zhuǎn)臺(tái)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中增加了測(cè)速發(fā)電機(jī)作為反饋裝置

測(cè)出電動(dòng)機(jī)的速度反饋給控制器。

與給定信號(hào)比較產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)過(guò)功率放大后對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行閉環(huán)控制.

當(dāng)速度受擾動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，偏差電壓也隨之變化，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)能消除干擾。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)速機(jī)偏差預(yù)期速度實(shí)際轉(zhuǎn)速放大器_直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理2．閉環(huán)控制閉環(huán)控制:閉環(huán)控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理放大裝置例位置隨動(dòng)系統(tǒng)環(huán)型電位器電機(jī)電源齒輪系統(tǒng)組成：負(fù)載輸入θr輸出θc工作過(guò)程：θr=θcUd=0Udθr≠θcUd≠0電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)節(jié)θc,使θr=θc電動(dòng)機(jī)靜止系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖θr_電位器θm△θ

θcueud放大器電動(dòng)機(jī)減速器二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理放大裝置例位置隨動(dòng)系統(tǒng)環(huán)型電位二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)電源和控制裝置負(fù)載系統(tǒng)組成：UnUf輸入反饋電壓e=Un-Uf轉(zhuǎn)速取決于：n輸出電樞電壓UdUd=Ke當(dāng)干擾引起轉(zhuǎn)速變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整：n↓→Uf↓→e↑→Ud↑→n↑

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)速機(jī)unufeudn_放大器直流電動(dòng)機(jī)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理例直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

（3）能減小或消除由擾動(dòng)形成的偏差，具有較高的控制精度和較強(qiáng)的抗擾能力。

通過(guò)以上的實(shí)例分析可得出閉環(huán)控制系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)的控制信號(hào)是給定值與反饋量的差值，故稱為按偏差控制或反饋控制。

（2）閉環(huán)系統(tǒng)有兩種傳輸通道：前向通道和反饋通道。自動(dòng)控制原理中主要討論閉環(huán)控制系統(tǒng)。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理（3）能減小或消除由擾動(dòng)形二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理3．復(fù)合控制

測(cè)量出外部作用，形成與外部作用相反的控制量與外部作用共同使被控量基本不受影響。前饋補(bǔ)償控制復(fù)合控制具有兩種基本形式.前饋補(bǔ)償控制：復(fù)合控制：反饋控制+

在外部作用下，由系統(tǒng)被控制量的變化產(chǎn)生調(diào)節(jié)和控制作用。反饋控制：二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理3．復(fù)合控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(a)按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定值被控制量_檢測(cè)元件控制器前饋通道受控對(duì)象前饋補(bǔ)償控制反饋控制主通道二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(a)按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(b)按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給定值被控制量_檢測(cè)元件控制器受控對(duì)象前饋補(bǔ)償控制反饋控制主通道前饋通道擾動(dòng)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理(b)按擾動(dòng)前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制給三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

常見(jiàn)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)是從動(dòng)態(tài)過(guò)程中定義出來(lái)的。對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求有三個(gè)方面。2、快速性1、穩(wěn)定性3、準(zhǔn)確性三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求常見(jiàn)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能三、對(duì)控制系統(tǒng)的要求

系統(tǒng)受外作用力后,其動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。1、穩(wěn)定性