自控1第一章引論

自動(dòng)控制理論主講：張磊E-mail：zhl@自動(dòng)控制的概念自動(dòng)控制的概念

在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象（如機(jī)器、設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律變化（或運(yùn)行）。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)控制技術(shù)除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在宇航、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)及核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)更具特別重要的作用。不僅如此，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍現(xiàn)在已擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活領(lǐng)域中，自動(dòng)控制已成為現(xiàn)代社會(huì)生活中不可缺少的一部分。自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。既是一門古老的、已臻成熟的學(xué)科，又是一門正在發(fā)展的、具有強(qiáng)大生命力的新興學(xué)科。自動(dòng)控制理論的發(fā)展自動(dòng)控制l理論的發(fā)展自動(dòng)控制理論的發(fā)展可分為四個(gè)主要階段：第一階段：經(jīng)典控制理論（或古典控制理論）的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟；第二階段：現(xiàn)代控制理論的興起和發(fā)展；第三階段：大系統(tǒng)控制興起和發(fā)展階段；第四階段：智能控制發(fā)展階段?？刂评碚摰陌l(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)等基于反饋原理的軍用裝備，進(jìn)一步促進(jìn)和完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。經(jīng)典控制理論自動(dòng)控制l理論的發(fā)展經(jīng)典控制理論自動(dòng)控制l理論的發(fā)展1868年，馬克斯威爾（J.C.Maxwell）提出了低階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。1895年，數(shù)學(xué)家勞斯（Routh）和赫爾威茨（Hurwitz）分別獨(dú)立地提出了高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，即Routh和Hurwitz判據(jù)。二戰(zhàn)期間（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻率響應(yīng)理論；1948年，伊萬斯（W.R.Evans）提出了根軌跡法。至此，控制理論發(fā)展的第一階段基本完成，形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經(jīng)典控制理論。經(jīng)典控制理論的基本特征自動(dòng)控制l理論的發(fā)展主要用于線性定常系統(tǒng)的研究，即用于常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)的分析與綜合；只用于單輸入，單輸出的反饋控制系統(tǒng)；只討論系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，是一種對(duì)系統(tǒng)的外部描述方法?，F(xiàn)代控制理論自動(dòng)控制l理論的發(fā)展由于經(jīng)典控制理論只適用于單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，只注重系統(tǒng)的外部描述而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。因而在實(shí)際應(yīng)用中有很大局限性。隨著航天事業(yè)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代初，在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上，以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展起來。1954年貝爾曼（R.Belman)提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論1956年龐特里雅金（L.S.Pontryagin）提出極大值原理1960年卡爾曼（R.K.Kalman)提出多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論在數(shù)學(xué)工具、理論基礎(chǔ)和研究方法上不僅能提供系統(tǒng)的外部信息（輸出量和輸入量），而且還能提供系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的信息。它無論對(duì)線性系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)或多變量系統(tǒng)，都是一種有效的分析方法。大系統(tǒng)理論自動(dòng)控制l理論的發(fā)展20世紀(jì)70年代開始，現(xiàn)代控制理論繼續(xù)向深度和廣度發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的控制方法和理論。如（1）現(xiàn)代頻域方法

以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型，研究線性定常多變量系統(tǒng)；（2）自適應(yīng)控制理論和方法以系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ)，在實(shí)時(shí)辨識(shí)基礎(chǔ)上在線確定最優(yōu)控制規(guī)律；（3）魯棒控制方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不變的魯棒控制器，以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性。隨著控制理論應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，從個(gè)別小系統(tǒng)的控制，發(fā)展到若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，從傳統(tǒng)的工程控制領(lǐng)域推廣到包括經(jīng)濟(jì)管理、生物工程、能源、運(yùn)輸、環(huán)境等大型系統(tǒng)以及社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。大系統(tǒng)理論是過程控制與信息處理相結(jié)合的系統(tǒng)工程理論，具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段。智能控制自動(dòng)控制l理論的發(fā)展是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在控制上的應(yīng)用。智能控制的概念和原理主要是針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境、控制目標(biāo)或任務(wù)的復(fù)雜性提出來的，它的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜的控制問題。被控對(duì)象的復(fù)雜性體現(xiàn)為:模型的不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，動(dòng)態(tài)突變，多時(shí)間標(biāo)度，復(fù)雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，以及嚴(yán)格的特性指標(biāo)等。智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程，對(duì)自主機(jī)器人的控制就是典型的例子，而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí)。智能控制是從“仿人”的概念出發(fā)的。一般認(rèn)為，其方法包括學(xué)習(xí)控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、和專家控制等方法。目錄第一章引論第二章線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析第四章線性系統(tǒng)的根軌跡分析第五章線性系統(tǒng)的頻域分析第六章線性系統(tǒng)的校正第七章非線性系統(tǒng)的分析第八章采樣控制系統(tǒng)1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型1-3自動(dòng)控制理論概要1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)中的術(shù)語和定義第一章引論1-1開環(huán)控制和閉環(huán)系統(tǒng)1-1開環(huán)控制和閉環(huán)控制自動(dòng)控制：

在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象（如機(jī)器、設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律變化（或運(yùn)行）。放大器給定量ur電動(dòng)機(jī)被控量nud擾動(dòng)量Mz開環(huán)控制>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如電動(dòng)機(jī)負(fù)載的增減、磁場電流的變化、功率放大器電源的波動(dòng)開環(huán)控制系統(tǒng)自身無法糾正由于擾動(dòng)作用產(chǎn)生的偏差為了克服擾動(dòng)影響，維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，有兩種解決辦法：人工控制自動(dòng)控制>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速表眼：腦：手：人工控制：觀測轉(zhuǎn)速檢測裝置將轉(zhuǎn)速實(shí)際值與希望值進(jìn)行比較根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速恢復(fù)到希望值比較環(huán)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

只要控制裝置能自動(dòng)地完成“檢測、比較、執(zhí)行”的作用，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)測速機(jī)+-uf>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)測速機(jī)+-ufuf△u檢測：用測速發(fā)電機(jī)來測量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電位器上的電壓uf與轉(zhuǎn)速n成比例關(guān)系，即uf=kn。>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)測速機(jī)+-ufuf△u比較：給定電壓ur=knr與反饋電壓uf=kn進(jìn)行比較，偏差?u=ur–uf

=k(nr–n)>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)測速機(jī)+-ufuf△u執(zhí)行：偏差?u經(jīng)放大器放大后得到電壓ud，即可控制電動(dòng)機(jī)加速或減速，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速趨向于希望值。>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)測速機(jī)+-ufuf△u自動(dòng)控制過程：n↓ud↑uf↓△u↑n↑實(shí)例：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)>n放大器urud+-+-i電動(dòng)機(jī)測速機(jī)+-ufuf△u方框圖：放大器給定量ur電動(dòng)機(jī)被控量nud偏差?

u測速機(jī)+-反饋量uf閉環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)1.開環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制作用沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中信號(hào)只有從輸入到輸出一條前向通道，輸出與輸入之間不存在反饋通道。如洗衣機(jī)就是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)的精度取決于組成系統(tǒng)的元、器件的精度和特性調(diào)整的精確度。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，維護(hù)容易，成本低，一般不存在穩(wěn)定性問題。缺點(diǎn)：不能克服擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。開環(huán)控制2.閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸出量經(jīng)變換后反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱為反饋控制系統(tǒng)或偏差控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)中除了有前向通道外，還存在從輸出端到輸入端的反饋通道。

閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度在很大程度上由形成反饋的測量元、器件的精度決定。優(yōu)點(diǎn)：能削弱或消除外部擾動(dòng)或閉環(huán)內(nèi)主通道上各環(huán)節(jié)參數(shù)變化對(duì)輸出量的影響。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，存在穩(wěn)定性問題。閉環(huán)控制反饋的概念把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程。若反饋信號(hào)是與輸入信號(hào)相減而使偏差值越來越小，則稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。顯然，負(fù)反饋控制是一個(gè)利用偏差進(jìn)行控制并最后消除偏差的過程，又稱偏差控制。同時(shí)，由于有反饋的存在，整個(gè)控制過程是閉合的，故也稱為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制3.復(fù)合控制系統(tǒng)將開環(huán)控制和閉環(huán)控制適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合在一起，構(gòu)成開環(huán)—閉環(huán)控制系統(tǒng)，能取得較好的效果。恒溫箱控制系統(tǒng)開環(huán)控制恒溫箱控制系統(tǒng)閉環(huán)控制液面控制系統(tǒng)開環(huán)控制液面控制系統(tǒng)閉環(huán)控制液面控制系統(tǒng)閉環(huán)控制1-2自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型介紹幾種常用的分類方法一、恒值控制系統(tǒng)/隨動(dòng)控制系統(tǒng)按給定量的特征分類。

恒值控制系統(tǒng)：又稱為自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)或自鎮(zhèn)定系統(tǒng)。給定量是恒定不變的常量。系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證在任何擾動(dòng)的作用下能盡快地恢復(fù)（或接近）到原有的穩(wěn)態(tài)值。如前面介紹的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)和液面控制系統(tǒng)。

隨動(dòng)控制系統(tǒng)：又稱伺服系統(tǒng)。給定量是變化的。系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證被控量以一定的精度跟隨給定量變化。如雷達(dá)高射炮的角度控制系統(tǒng)?！锒?、線性控制系統(tǒng)/非線性控制系統(tǒng)按組成系統(tǒng)的元件的特征分類。

線性控制系統(tǒng)：由線性元件組成，系統(tǒng)的輸入與輸出間的關(guān)系用線性微分方程或差分方程描述，線性系統(tǒng)具有齊次性和疊加性，且系統(tǒng)的響應(yīng)與初始狀態(tài)無關(guān)。如果線性系統(tǒng)中的參數(shù)不隨時(shí)間而變化，則稱為線性定常系統(tǒng)或自治系統(tǒng)；反之，則稱為線性時(shí)變系統(tǒng)或非自治系統(tǒng)。

非線性控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非線性元件，輸入與輸出間的關(guān)系用非線性微分方程來描述，非線性系統(tǒng)不具有齊次性和疊加性，且系統(tǒng)的響應(yīng)與初始狀態(tài)有很大關(guān)系?！飮?yán)格來說，絕對(duì)的線性控制系統(tǒng)（或元件）是不存在的，但在誤差允許范圍內(nèi)，可以將某些非線性特性線性化。三、連續(xù)控制系統(tǒng)/離散控制系統(tǒng)按系統(tǒng)中信號(hào)是連續(xù)的還是離散的進(jìn)行分類。

連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中各部分的信號(hào)都是連續(xù)時(shí)間變量的函數(shù)。如前述的水位控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。

離散控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中某一處或多處的信號(hào)是離散信號(hào)。如脈沖和數(shù)碼都屬于離散信號(hào)。在系統(tǒng)中采用采樣開關(guān)，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的脈沖信號(hào)去進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)；離散信號(hào)以數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是一種常見的離散控制系統(tǒng)?！镆?yàn)閿?shù)碼形式的控制信號(hào)遠(yuǎn)比模擬控制信號(hào)的抗干擾能力強(qiáng)，所以一般來說，數(shù)字控制的精度高于連續(xù)控制，但數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。四、單輸入單輸出系統(tǒng)/多輸入多輸出系統(tǒng)

單輸入單輸出系統(tǒng)：也稱為單變量系統(tǒng)。輸入量和輸出量各為一個(gè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單。

多輸入多輸出系統(tǒng)：也稱為多變量系統(tǒng)。輸入量和輸出量多于一個(gè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，回路多。一個(gè)輸入量對(duì)數(shù)個(gè)輸出量都有控制作用，同時(shí)一個(gè)輸出量往往受多個(gè)輸入量控制，也就是說相互之間有耦合作用。

★五、確定系統(tǒng)/不確定系統(tǒng)

確定系統(tǒng)：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)是確定的、已知的，系統(tǒng)的輸入信號(hào)（包括參考輸入及擾動(dòng)）也是確定的，可用解析式或圖表確切表示。若系統(tǒng)輸入信號(hào)基本上是確定的，但夾雜有不嚴(yán)重且其影響可忽略不計(jì)的噪聲時(shí)，則此系統(tǒng)也可視為確定系統(tǒng)。

不確定系統(tǒng)：系統(tǒng)本身或作用于該系統(tǒng)的輸入信號(hào)不確定。例如系統(tǒng)的輸入信號(hào)混雜有隨機(jī)噪聲，系統(tǒng)使用的元、器件的特性有隨機(jī)干擾等就構(gòu)成簡單的不確定系統(tǒng)?！锪?、集中參數(shù)系統(tǒng)/分布參數(shù)系統(tǒng)

集中參數(shù)系統(tǒng)：能用常微分方程描述的系統(tǒng)稱為集中參數(shù)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中的參量或是定常的，或者是時(shí)間的函數(shù)，系統(tǒng)的各狀態(tài)（輸入量、輸出量及中間量）都只是時(shí)間的函數(shù)，因此，可以用時(shí)間作為變量的常微分方程描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

分布參數(shù)系統(tǒng)：不能用常微分方程，而需要偏微分方程描述的系統(tǒng)稱為分布參數(shù)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，可能是一部分環(huán)節(jié)能用常微分方程描述，但至少有一個(gè)環(huán)節(jié)需要偏微分方程描述其運(yùn)動(dòng)。這個(gè)環(huán)節(jié)的參量不只是時(shí)間的函數(shù)（也許與時(shí)間無關(guān)，對(duì)時(shí)間而言是定常的），而是明顯地依賴這一環(huán)節(jié)的狀態(tài)。因此，系統(tǒng)的的輸出將不單純是時(shí)間變量的函數(shù)，而且還是系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的函數(shù)，所以需用偏微分方程描述系統(tǒng)?！铩?/p>

本課程重點(diǎn)：介紹研究單變量、集中參數(shù)、恒值、線性定常、連續(xù)系統(tǒng)的理論和方法。1-3自動(dòng)控制理論概要自動(dòng)控制理論的內(nèi)容：控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。

1.穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)最基本的要求。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后會(huì)偏離原來的平衡狀態(tài)，但當(dāng)擾動(dòng)消失后，經(jīng)過一定的時(shí)間，如果系統(tǒng)仍能回到原來的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)需要分析的問題不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法使用的，系統(tǒng)激烈而持久的振蕩會(huì)導(dǎo)致功率元件過載，甚至使設(shè)備損壞而發(fā)生事故，這是絕不允許的。

n1n0t常見的暫態(tài)過程如下：衰減振蕩：0tn0n單調(diào)收斂：tn10n0n0n給定信號(hào)躍變負(fù)載擾動(dòng)躍變系統(tǒng)是穩(wěn)定的常見的暫態(tài)過程如下：等幅振蕩：n10tn發(fā)散振蕩：n1t0nt系統(tǒng)是不穩(wěn)定的

2.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

準(zhǔn)確性是對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的要求。穩(wěn)態(tài)性能通常用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。穩(wěn)態(tài)誤差是指當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出量的實(shí)際值與期望值之間的誤差。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)控制精度越高。

3.暫態(tài)響應(yīng)

系統(tǒng)從給定量或擾動(dòng)量發(fā)生變化到系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程稱為暫態(tài)過程。對(duì)控制系統(tǒng)暫態(tài)性能的要求是快速性和相對(duì)穩(wěn)定性?？傊瑢?duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，我們希望它能達(dá)到三方面的性能要求：穩(wěn)準(zhǔn)快同一個(gè)系統(tǒng)，上述三項(xiàng)性能指標(biāo)之間往往是相互制約的。提高系統(tǒng)的快速性，可能會(huì)引起系統(tǒng)強(qiáng)烈振蕩；改善了平穩(wěn)性，控制過程又可能很遲緩，甚至使最終精度也很差。

分析和解決這些矛盾，將是本課程討論的重要內(nèi)容。

由于被控對(duì)象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對(duì)三項(xiàng)性能指標(biāo)的要求應(yīng)有所側(cè)重。例如恒值系統(tǒng)一般對(duì)穩(wěn)態(tài)性能限制比較嚴(yán)格，隨動(dòng)系統(tǒng)一般對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在給出被控對(duì)象及其技術(shù)指標(biāo)要求的情況下，尋求一個(gè)能完成控制任務(wù)、滿足技術(shù)指標(biāo)要求的控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的主要元件和結(jié)構(gòu)形式確定的前提下，設(shè)計(jì)任務(wù)往往是需要改變系統(tǒng)的某些參數(shù)，有時(shí)還要改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，選擇合適的校正裝置，計(jì)算、確定其參數(shù)，加入系統(tǒng)之中，使其滿足預(yù)定的性能指標(biāo)要求。這個(gè)過程稱為系統(tǒng)的校正。

分析和設(shè)計(jì)是兩個(gè)完全相反的命題。分析系統(tǒng)的目的在于了解和認(rèn)識(shí)已有的系統(tǒng)。對(duì)于從事自動(dòng)控制的工程技術(shù)人員而言，更重要的工作是設(shè)計(jì)系統(tǒng)，改造那些性能指標(biāo)未達(dá)到要求的系統(tǒng)，使其能夠完成確定的工作。1-4自動(dòng)控制系統(tǒng)中的術(shù)語和定義一、方框圖

用方框表示系統(tǒng)中各個(gè)組成部件，在每個(gè)方框中填入它所表示部件的名稱或其功能函數(shù)的表達(dá)式，不必畫出它們的具體結(jié)構(gòu)。根據(jù)信號(hào)在系統(tǒng)中的傳遞方向，用箭頭依次把它們連接起來，就求得整個(gè)系統(tǒng)的方框圖。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)控制對(duì)象和使用的元件不同，可以有各種不同的形式。但是從自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理和各部分的功能來看，都可以抽象成如圖所示的典型閉環(huán)控制系統(tǒng)。局部反饋主反饋控制器被控量給定量控制對(duì)象放大變換偏差檢測和變換環(huán)節(jié)+-反饋量控制量執(zhí)行機(jī)構(gòu)+-串聯(lián)校正反饋校正擾動(dòng)量實(shí)際的系統(tǒng)中并非一定包含上圖中的所有環(huán)節(jié)，而且有時(shí)多個(gè)環(huán)節(jié)的作用是由一個(gè)部件完成的。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)和變量

1.給定環(huán)節(jié)產(chǎn)生參考輸入信號(hào)的元件。產(chǎn)生的信號(hào)稱為輸入量或給定量，給定量與輸出量的期望值之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，給定環(huán)節(jié)是電位器，給定量為ur。給定量ur與轉(zhuǎn)速的期望值成比例關(guān)系。即：ur=knr。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)典型框圖

2.比較環(huán)節(jié)將給定量與反饋量進(jìn)行比較的裝置或線路。比較環(huán)節(jié)的輸出量代表給定量與反饋量比較的結(jié)果，稱為偏差量。如自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中通過線路連接將給定量ur與反饋量uf進(jìn)行比較，得到偏差?u=ur–uf。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)典型框圖

3.校正環(huán)節(jié)為改善系統(tǒng)特性而附加的裝置。這種裝置按某種規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，用運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行控制，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。

4.放大環(huán)節(jié)由于偏差量往往很小或者物理性質(zhì)不同，不能直接作用于執(zhí)行環(huán)節(jié)，所以偏差量往往還要經(jīng)過放大變換處理后作用于執(zhí)行環(huán)節(jié)。如自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的放大器。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)典型框圖

5.執(zhí)行環(huán)節(jié)