自動(dòng)控制第一章(教學(xué)版)

自動(dòng)控制原理

主講：擺玉龍第一章概論

1自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)

2自動(dòng)控制方式

3控制系統(tǒng)類(lèi)型4閉環(huán)系統(tǒng)的組成及性能要求退出11自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制是指在沒(méi)有人直接參與的情況下,利用外加的設(shè)備或裝置(稱(chēng)控制裝置或控制器),使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程(統(tǒng)稱(chēng)被控對(duì)象)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。系統(tǒng)是指按照某些規(guī)律結(jié)合在一起的物體(元部件)的組合,它們相互作用、相互依存,并能完成一定的任務(wù)。Automation:Thecontrolofaprocessbyautomaticmeans.2

Controlsystem:Aninterconnectionofcomponentsformingasystemconfigurationthatwillprovideadesiredresponse.自動(dòng)控制理論發(fā)展史自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用可以追溯到18世紀(jì)(1788年)瓦特(Watt)利用小球離心調(diào)速器使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定的開(kāi)創(chuàng)性的突破，以及19世紀(jì)(1868年)麥克斯韋（Maxwell）對(duì)輪船擺動(dòng)（穩(wěn)定性）的研究。但在初期，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展很緩慢。自動(dòng)控制技術(shù)的真正發(fā)展是在20世紀(jì)。3自動(dòng)控制理論通常可分為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。1)經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論產(chǎn)生并發(fā)展于20世紀(jì)40～60年代。

2)現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論于20世紀(jì)60年代中期發(fā)展成熟。

3)智能控制理論智能控制理論是20世紀(jì)70年代后，控制理論向廣度和深度發(fā)展的結(jié)果。4智能控制系統(tǒng)是指具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)，其中最典型的就是智能機(jī)器人。對(duì)自動(dòng)控制理論的具體描述可表示為圖1-1。5圖1-1對(duì)自動(dòng)控制理論的具體描述67自動(dòng)控制：在無(wú)人直接參加的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象和過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律變化的控制過(guò)程。自動(dòng)控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們以某種相互依賴(lài)的的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制?？刂破鳎簩?duì)被控對(duì)象起控制作用裝置的總體.被控對(duì)象：要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。控制器：對(duì)被控對(duì)象起控制作用裝置的總體，稱(chēng)做控制裝置或控制器。輸出量：表現(xiàn)于控制對(duì)象或系統(tǒng)輸出端，并要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的物理量。輸入量：作用于控制對(duì)象或系統(tǒng)輸入端，并可使系統(tǒng)具有預(yù)定功能或預(yù)定輸出的物理量。擾動(dòng)：所有妨礙控制量對(duì)被控量按要求進(jìn)行正?？刂频囊蛩兀Q(chēng)為干擾量或擾動(dòng)量。退出1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念8輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測(cè)量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問(wèn)題；開(kāi)環(huán)控制：開(kāi)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(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。退出主要特點(diǎn)：控制方式：按給定值操縱。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。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過(guò)程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)信號(hào)較弱的場(chǎng)合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。

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2自動(dòng)控制方式91.2開(kāi)環(huán)控制詳析1.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(OpenloopControlSystem)

Asystemthatutilizesadevicetocontroltheprocesswithoutusingfeedback.Thustheoutputhasnoeffectuponthesignaltotheprocess

若系統(tǒng)的輸出量不被引回來(lái)對(duì)系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響，則這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

10圖1-2數(shù)控加工機(jī)床示意圖圖1-2就是一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控加工機(jī)床,也是一個(gè)沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。11圖1-3為數(shù)控加工機(jī)床開(kāi)環(huán)控制方框圖。此系統(tǒng)的輸入量為加工程序指令，輸出量為機(jī)床工作臺(tái)的位移，系統(tǒng)的控制對(duì)象為工作臺(tái)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由圖可見(jiàn)，系統(tǒng)無(wú)反饋環(huán)節(jié)，輸出量并不返回來(lái)影響控制部分，因此是開(kāi)環(huán)控制。12圖1-3數(shù)控加工機(jī)床開(kāi)環(huán)控制方框圖13按擾動(dòng)補(bǔ)償

。這種控制方式的原理是：利用對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的測(cè)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)測(cè)量裝置，控制器至被控對(duì)象的輸出量是單向傳遞的，故屬于開(kāi)環(huán)控制方式。對(duì)于不可測(cè)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，系統(tǒng)自身無(wú)法控制。因此，控制精度有限，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。退出控制器被控制對(duì)象擾動(dòng)輸出量按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑矸娇驁D測(cè)量裝置142.閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedloopControlSystem)

Asystemsthatuseameasurementoftheoutputandcomparesitwiththedesiredoutput.

若系統(tǒng)輸出量通過(guò)反饋環(huán)節(jié)返回來(lái)作用于控制部分，形成閉合環(huán)路，則這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱(chēng)為反饋控制系統(tǒng)(FeedbackControlSystem)。15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)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。閉環(huán)控制：是指控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向

聯(lián)系的控制過(guò)程。退出主要特點(diǎn)：控制方式：反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負(fù)反饋。我們所講述的反饋系統(tǒng)如果無(wú)特殊說(shuō)明，一般都指負(fù)反饋?？刂破鞅豢刂茖?duì)象輸入量輸出量閉環(huán)控制典型方框圖擾動(dòng)16圖1-4電爐箱恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)17圖1-5電爐箱自動(dòng)控制方框圖18圖1-6爐溫自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程19

閉環(huán)系統(tǒng)的組成及性能要求退出閉環(huán)系統(tǒng)舉例:

電壓電流放大電機(jī)放大執(zhí)行電機(jī)減速器被控對(duì)象反饋元件1恒值系統(tǒng)比較元件放大元件執(zhí)行元件20退出閉環(huán)系統(tǒng)舉例:

自整角機(jī)電機(jī)放大機(jī)執(zhí)行電機(jī)減速器發(fā)射架反饋元件2恒值系統(tǒng)比較元件放大元件執(zhí)行元件放大器及串聯(lián)校正被控對(duì)象21退出閉環(huán)系統(tǒng)舉例:放大整形計(jì)算機(jī)D/ASCR電阻爐反饋元件3恒值系統(tǒng)比較元件放大整形電路功率放大器A/D被控對(duì)象測(cè)量元件80C196單片機(jī)22退出閉環(huán)系統(tǒng)的組成:由上述舉例表明，盡管控制系統(tǒng)不同，復(fù)雜各異，但基本組成是類(lèi)同的，即閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成為：(1)比較元件；(2)放大元件；(3)執(zhí)行元件；(4)校正元件；(5)被控對(duì)象；(6)測(cè)量元件。放大整形串聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對(duì)象測(cè)量元件并聯(lián)校正--232425261.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成（總結(jié)）現(xiàn)以圖1-4和圖1-5所示的恒溫控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和有關(guān)術(shù)語(yǔ)。27為了表明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成以及信號(hào)的傳遞情況，通常把系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)用框圖表示，并用箭頭標(biāo)明各作用量的傳遞情況，圖1-7便是圖1-4所示系統(tǒng)的方框圖。方框圖可以把系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)單明了地表達(dá)出來(lái)，而不必畫(huà)出具體線路。28圖1-7自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖29

由圖1-7可看出，一般自動(dòng)控制系統(tǒng)包括：(1)給定元件（CommandElement）：由它調(diào)節(jié)給定信號(hào)（UsT），以調(diào)節(jié)輸出量的大小。(2)檢測(cè)元件（DetectingElement）：由它檢測(cè)輸出量（如爐溫T）的大小，并反饋到輸入端。(3)比較環(huán)節(jié)（ComparingElement）：在此處，反饋信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行疊加，信號(hào)的極性以“+”或“-”表示。

30(4)放大元件（AmplifyingElement）：

由于偏差信號(hào)一般很小，因此要經(jīng)過(guò)電壓放大及功率放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。(5)執(zhí)行元件（ExecutiveElement）：驅(qū)動(dòng)被控制對(duì)象的環(huán)節(jié)。(6)控制對(duì)象（ControlledPlant）：亦稱(chēng)被調(diào)對(duì)象。(7)反饋環(huán)節(jié)（FeedbackElement）：由它將輸出量引出，再回送到控制部分。31

由圖1-7可見(jiàn)，系統(tǒng)中的各種作用量和被控制量包括:(1)輸入量（InputVariable）：又稱(chēng)控制量或參考輸入量（ReferenceInputVariable），所以輸入量的角標(biāo)常用i(或r)表示。(2)輸出量（OutputVariable）：又稱(chēng)被控制量（ControlledVariable）,所以輸出量角標(biāo)常用o(或c)表示。(3)反饋量（FeedbackVariable）：通過(guò)檢測(cè)元件將輸出量轉(zhuǎn)變成與給定信號(hào)性質(zhì)相同且數(shù)量級(jí)相同的信號(hào)。

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(4)擾動(dòng)量（DisturbanceVariable）:又稱(chēng)干擾或“噪聲”（Noise），所以擾動(dòng)量的角標(biāo)常以d（或n）表示。(5)中間變量(SemifinisbedVariable)：系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的作用量。

331.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以從不同的角度來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，常見(jiàn)的有以下幾種。1.按輸入量變化的規(guī)律分類(lèi)按輸入量變化的規(guī)律可分為以下三類(lèi):1)恒值控制系統(tǒng)(FixedSet-PointControlSystem)恒值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)的輸入量是恒量，并且要求系統(tǒng)的輸出量相應(yīng)地保持恒定。34常見(jiàn)的如：穩(wěn)壓電源；恒溫系統(tǒng)；濕度控制系統(tǒng)；電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。2)隨動(dòng)控制系統(tǒng)（Follow-UpControlSystem）隨動(dòng)控制系統(tǒng)又稱(chēng)伺服系統(tǒng)（Serve-System），其特點(diǎn)是：輸入量是隨機(jī)變化著的，并且要求系統(tǒng)的輸出量能跟隨輸入量的變化而作出相應(yīng)的變化。

常見(jiàn)的有：火炮方位、俯仰控制系統(tǒng)；導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng)；雷達(dá)天線控制系統(tǒng)；仿型銑床；記錄儀表隨動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng);硬盤(pán)磁頭位置控制系統(tǒng)。353)程序控制系統(tǒng)(ProgrammeControlSystem)程序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：輸入量按照一定的時(shí)間函數(shù)變化，并且要求輸出量隨之變化。例如數(shù)控伺服系統(tǒng)以及一些自動(dòng)化生產(chǎn)線等。

36隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例137隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例238隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例339隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例440隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例541定值控制系統(tǒng)實(shí)例142定值控制系統(tǒng)實(shí)例243定值控制系統(tǒng)實(shí)例344陀螺儀裝入運(yùn)載火箭452.按系統(tǒng)傳輸信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系分類(lèi):自動(dòng)控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳輸信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系可分為兩類(lèi):1)連續(xù)控制系統(tǒng)（ContinuousControlSystem）本書(shū)重點(diǎn)連續(xù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：各元件的輸入量與輸出量都是連續(xù)量（模擬量），因此它又稱(chēng)為模擬控制系統(tǒng)（AnalogueControlSystem）。圖1-4所示的恒溫控制系統(tǒng)就是連續(xù)控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常可用微分方程來(lái)描述。462)離散控制系統(tǒng)(DiscreteControlSystem)離散控制系統(tǒng)又稱(chēng)采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng).它的特點(diǎn)是：系統(tǒng)中有的信號(hào)是脈沖序列，或采樣數(shù)據(jù)量、數(shù)字量。473.按系統(tǒng)的輸出量和輸入量間的關(guān)系分類(lèi):自動(dòng)控制系統(tǒng)按系統(tǒng)的輸出量和輸入量間的關(guān)系可分為兩類(lèi)。1)線性系統(tǒng)(LinearSystem)線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)全部由線性元件組成，它的輸出量與輸入量間的關(guān)系用線性微分方程來(lái)描述。482)非線性系統(tǒng)(NonLinearSystem)

非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)中存在有非線性元件，如具有死區(qū)、出現(xiàn)飽和、含有庫(kù)侖摩擦等非線性特性的元件，它的輸出量與輸入量間的關(guān)系要用非線性微分方程來(lái)描述。494.按系統(tǒng)中的參數(shù)對(duì)時(shí)間的變化情況分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)按系統(tǒng)中的參數(shù)對(duì)時(shí)間的變化情況可分為兩類(lèi)。1)定常系統(tǒng)（Time-InvariantSystem）定常系統(tǒng)(又稱(chēng)時(shí)不變系統(tǒng)),其特點(diǎn)是：系統(tǒng)的全部參數(shù)不隨時(shí)間變化，它的輸出量與輸入量間的關(guān)系用定常微分方程來(lái)描述。502)時(shí)變系統(tǒng)(Time-VaryingSystem)時(shí)變系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)中有的參數(shù)是時(shí)間t的函數(shù)，它隨時(shí)間變化而變。5152

控制系統(tǒng)類(lèi)型(總結(jié))退出自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法。例如，按信號(hào)傳遞路徑，可分為開(kāi)環(huán)，閉環(huán)等控制系統(tǒng)；按系統(tǒng)使用的能源可分為機(jī)械，電氣，液壓和氣動(dòng)控制系統(tǒng)。此外，還可以按系統(tǒng)的功用和性能進(jìn)行分類(lèi)。按系統(tǒng)功用分類(lèi)，主要可分為以下三類(lèi)：恒值系統(tǒng)：也稱(chēng)鎮(zhèn)定系統(tǒng)。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(chēng)為恒值系統(tǒng)，在生產(chǎn)過(guò)程中，這類(lèi)系統(tǒng)非常多。例如，冶金部門(mén)的恒溫系統(tǒng)，石油部門(mén)的恒壓系統(tǒng)等。隨動(dòng)系統(tǒng)：輸出量能以一定精度跟隨給定值變化的系統(tǒng)稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，又稱(chēng)為跟蹤系統(tǒng)。這類(lèi)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)。例如，火炮系統(tǒng)，衛(wèi)星控制系統(tǒng)等。程序控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱(chēng)程序控制系。例如，煉鋼爐中的微機(jī)控制系統(tǒng)，洲際彈道導(dǎo)彈的程序控制系統(tǒng)等。53退出按系統(tǒng)性能分類(lèi)，主要可分為以下三類(lèi)：

定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的參數(shù)如果在工作過(guò)程中不隨時(shí)間而變化，那么這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為定常系統(tǒng)。如果系統(tǒng)在工作期間其參數(shù)變化不能忽略其對(duì)系統(tǒng)工作的影響，則這種系統(tǒng)成為時(shí)變系統(tǒng)。不包括非線性的時(shí)變系統(tǒng)稱(chēng)為線性時(shí)變系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以應(yīng)用疊加原理。用非線性方程描述的時(shí)變系統(tǒng)成為非線性時(shí)變系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)和斷續(xù)系統(tǒng)：如果系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，則稱(chēng)為連續(xù)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(chēng)為斷續(xù)系統(tǒng)，或采樣系統(tǒng),或離散系統(tǒng)。例如，圖1-1和圖1-2所示的系統(tǒng)一般可認(rèn)為是連續(xù)系統(tǒng)，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一定是斷續(xù)系統(tǒng)。有差和無(wú)差系統(tǒng)：若系統(tǒng)在給定輸入量或擾動(dòng)輸入量的作用下，存在穩(wěn)態(tài)誤差則稱(chēng)為有差系統(tǒng)；不存在穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)，則稱(chēng)為無(wú)差系統(tǒng)。541.5對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求對(duì)每一類(lèi)系統(tǒng),被控制量變化全過(guò)程提出的共同基本要求都是一樣的,且可以歸結(jié)為穩(wěn)定性﹑快速性和準(zhǔn)確性.

1.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個(gè)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(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小或趨于零。55穩(wěn)定性的曲線化（自控理論的特點(diǎn)）收斂（穩(wěn)定）等幅振蕩（臨界穩(wěn)定）發(fā)散（不穩(wěn)定）56

2.快速性為了很好地完成控制任務(wù)，控制系統(tǒng)僅僅滿足穩(wěn)定性要求是不夠的，還必須對(duì)其過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱(chēng)為動(dòng)態(tài)性能。

3.準(zhǔn)確性理想情況下，當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控量達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值（即平衡狀態(tài)）應(yīng)與期望值一致。57時(shí)間tr上升峰值時(shí)間tpAB超調(diào)量B調(diào)節(jié)時(shí)間ts快速性與準(zhǔn)確性的描述58退出對(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(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的行為提出要求。對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求，通常是通過(guò)系統(tǒng)對(duì)特定輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)滿足的。例如，用單位階躍信號(hào)的過(guò)渡過(guò)程及穩(wěn)態(tài)的一些特征值來(lái)表示。

穩(wěn)定性

被控制信號(hào)能跟蹤已變化的輸入信號(hào)，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)，如果能做到，我們就認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這是對(duì)反饋控制系統(tǒng)提出的最基本要求。

精度要求以輸入階躍信號(hào)為例，單位階躍響應(yīng)如圖1-7所示。精度要求一般以穩(wěn)態(tài)誤差表示，既實(shí)際輸出C（t）與期望值之差是否進(jìn)入允許誤差區(qū)△,.

超調(diào)量它是說(shuō)明系統(tǒng)阻尼性即振蕩性的，阻尼大則振蕩小。對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)而言，第一次超調(diào)量為輸出最大超調(diào)量，取其為性能指標(biāo)之一，即：

59退出

過(guò)度過(guò)程時(shí)間ts

系統(tǒng)達(dá)到給定△區(qū)所需的時(shí)間。這個(gè)指標(biāo)反映系統(tǒng)的慣性，即響應(yīng)速度。上升時(shí)間tr

從原始狀態(tài)開(kāi)始，第一次達(dá)到單位階躍響應(yīng)的時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)要求概括一句話為：穩(wěn)定好，動(dòng)作快，精度高。單位階躍響應(yīng)仿真MATLAB模型仿真輸出1+△1-△

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601.6自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例要分析一個(gè)實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)，首先要了解它的工作原理，然后畫(huà)出組成系統(tǒng)的方框圖。在畫(huà)方框圖之前，必須明確以下問(wèn)題：(1)哪個(gè)是控制對(duì)象？被控量是什么？影響被控量的主擾動(dòng)量是什么？(2)哪個(gè)是執(zhí)行元件？61(3)測(cè)量被控量的元件有哪些？有哪些反饋環(huán)節(jié)？(4)輸入量由哪個(gè)元件給定？反饋量與給定量如何進(jìn)行比較？(5)此外還有哪些元件（環(huán)節(jié)）?它們系統(tǒng)中處于什么地位？起什么作用？621.軋鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軋鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理如圖1-8所示。被控對(duì)象：軋輥。被控量：軋輥的輸出量——厚度和張力。干擾量：主要是元件參數(shù)的變化而引起的干擾力矩。測(cè)量元件：厚度傳感器和張力傳感器。給定量：厚度給定、張力給定，是人們?cè)O(shè)計(jì)的希望值。計(jì)算裝置：數(shù)字計(jì)算機(jī)。執(zhí)行元件：電動(dòng)機(jī)。63圖1-8軋鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖64圖1-9軋鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理方框圖652.機(jī)床臺(tái)控制系統(tǒng)機(jī)床臺(tái)控制系統(tǒng)的工作原理如圖1-10所示。被控對(duì)象：工作臺(tái)。被控量：工作臺(tái)的輸出量——位移xo。干擾量：主要是元件參數(shù)的變化而引起的干擾力矩。測(cè)量元件：角位移測(cè)量裝置和測(cè)速機(jī)。

66圖1-10機(jī)床臺(tái)控制系統(tǒng)的原理圖67圖1-11機(jī)床臺(tái)控制系統(tǒng)的原理方框圖68給定量：xi，是設(shè)計(jì)者要把零件的毛胚加工成理想的那個(gè)模線。計(jì)算裝置：控制器，用來(lái)把三個(gè)輸入信號(hào)比較后得到的差值輸出給放大變換器，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。執(zhí)行元件：電動(dòng)機(jī)，用來(lái)拖動(dòng)工作臺(tái)按理想的模線運(yùn)動(dòng)。機(jī)床臺(tái)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖1-11所示。693.液位控制系統(tǒng)工作原理如圖1-12所示。被控對(duì)象：液體儲(chǔ)罐。被控量：液體儲(chǔ)罐的輸出量——液位xo。擾動(dòng)量：主要是Q2的變化。給定量：液體儲(chǔ)罐中液位的希望高度xi。測(cè)量元件：液位變送器。計(jì)算裝置：調(diào)節(jié)器。執(zhí)行元件：調(diào)節(jié)閥。液位控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖1-13所示。70圖1-12液位控制系統(tǒng)的原理圖71圖1-13液位控制系統(tǒng)的原理方框圖724.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-14所示。系統(tǒng)的方框圖如圖1-15所示。73圖1-14轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖74圖1-15轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)方框圖75由圖1-14可見(jiàn)，該系統(tǒng)有兩個(gè)反饋回路，構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)回路，故稱(chēng)雙閉環(huán)。其中,一個(gè)是由電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)-反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的電流環(huán)；另一個(gè)是由速度調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)-反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的速度環(huán)。由于速度環(huán)包圍電流環(huán)，因此稱(chēng)電流環(huán)為內(nèi)環(huán)（又稱(chēng)副環(huán)），稱(chēng)速度