自動控制原理第一章

控制理論與仿真I講授：李秀娟合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系（第1講）第一章自動控制的一般概念

§1.1引言

§1.2自動控制理論發(fā)展概述

§1.3自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念

§1.4自動控制系統(tǒng)的基本組成

§1.5控制系統(tǒng)示例控制理論與仿真I控制理論發(fā)展簡史經(jīng)典控制理論(19世紀初)

時域法復(fù)域法(根軌跡法)

頻域法

現(xiàn)代控制理論(20世紀60年代)

線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制最優(yōu)控制魯棒控制最佳估計容錯控制系統(tǒng)辨識集散控制大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)智能控制理論(20世紀70年代)

專家系統(tǒng)模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法控制理論與仿真I自動控制理論是研究自動控制系統(tǒng)組成，進行系統(tǒng)分析設(shè)計的一般性理論是研究自動控制過程共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科自動控制在無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機械、或生產(chǎn)過程（被控對象）的某一個物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運行?？刂评碚摶靖拍钭詣涌刂葡到y(tǒng)：是由控制裝置和被控對象所組成，它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個有機整體，并對被控對象進行自動控制?？刂破鳎簩Ρ豢貙ο笃鹂刂谱饔醚b置的總體.被控對象：要求實現(xiàn)自動控制的機器，設(shè)備或生產(chǎn)過程?？刂破鳎簩Ρ豢貙ο笃鹂刂谱饔醚b置的總體，稱做控制裝置或控制器。輸出量：表現(xiàn)于控制對象或系統(tǒng)輸出端，并要求實現(xiàn)自動控制的物理量。輸入量：作用于控制對象或系統(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：所有妨礙控制量對被控量按要求進行正?？刂频囊蛩?，稱為干擾量或擾動量。基本控制方式1.開環(huán)控制

2.閉環(huán)控制

3.復(fù)合控制

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現(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)定性不是主要問題；主要特點：控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應(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。對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償。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)定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。主要特點：開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現(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)定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應(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。對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償。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)定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現(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)定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應(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。對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償。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)定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。控制器被控制對象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖按擾動補償

：利用對擾動信號的測量產(chǎn)生控制作用，以補償擾動對輸出量的影響。由于擾動信號經(jīng)測量裝置，控制器至被控對象的輸出量是單向傳遞的，故屬于開環(huán)控制方式。對于不可測擾動以及被控對象及各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響，系統(tǒng)自身無法控制。因此，控制精度有限，常用于工作機械的恒速控制（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?？刂破鞅豢刂茖ο筝敵隽繙y量裝置擾動按擾動補償?shù)脑矸娇驁D閉環(huán)控制：是指控制器與控制對象之間既有順向作用又有反向

聯(lián)系的控制過程。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)；因為可能發(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。主要特點：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，負反饋。我們所講述的反饋系統(tǒng)如果無特殊說明，一般都指負反饋。控制器被控制對象輸出出量擾動擾動閉環(huán)控制典型方框圖輸入量例1爐溫控制系統(tǒng)

爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖由上述舉例表明，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)被控對象；(6)測量元件。放大整形串聯(lián)校正-并聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對象測量元件-閉環(huán)系統(tǒng)的組成:方框圖中各符號的意義

元部件方框（塊）圖信號（物理量）及傳遞方向中的符號比較點引出點表示負反饋

例2函數(shù)記錄儀

函數(shù)記錄儀方框圖

控制系統(tǒng)的組成(1)

被控對象控制系統(tǒng)

測量元件比較元件

控制裝置

放大元件執(zhí)行機構(gòu)

校正裝置

給定元件控制系統(tǒng)的組成(2)

控制系統(tǒng)的分類1、按給定信號的形式恒值系統(tǒng)/隨動系統(tǒng)2、按系統(tǒng)是否滿足疊加原理線性系統(tǒng)/非線性系統(tǒng)3、按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化定常系統(tǒng)/時變系統(tǒng)4、按信號傳遞的形式連續(xù)系統(tǒng)/離散系統(tǒng)5、按輸入輸出變量的多少單變量系統(tǒng)/多變量系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)：（基本要求）要求系統(tǒng)要穩(wěn)定2.準：（穩(wěn)態(tài)要求）系統(tǒng)響應(yīng)達到穩(wěn)態(tài)時，輸出跟蹤精度要高3.快：（動態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)