第一章自動控制的一般概念(胡壽松第六版)

自動控制原理

（第六版）第一章自動控制的一般概念1-1 自動控制的基本原理與方法1-2 自動控制系統(tǒng)示例1-3 自動控制系統(tǒng)的分類1-4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求1-5 自動控制系統(tǒng)的分析與設計工具1-1自動控制的基本原理與方法1、什么是自動控制？所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（控制裝置或控制器），使及其、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動地按照預定的規(guī)律運行?？刂蒲b置：除被控對象意外的所有元件合在一起。被控量：最終需要被控制的變量（或過程）。被控對象：最終需要被控制的對象。1-1自動控制的基本原理與方法2、什么是自動控制原理？將研究出的自動控制共同規(guī)律的技術總結(jié)而成的理論體系。（正如微積分是一種數(shù)學工具一樣）。自動控制原理經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論智能控制20世紀40年代以傳遞函數(shù)為基礎20世紀五六十年代以狀態(tài)為基礎20世紀70年代向“大系統(tǒng)理論”和“智能控制”方向發(fā)展1-1自動控制的基本原理與方法解決的基本問題：建模：建立系統(tǒng)數(shù)學模型（實際問題抽象，數(shù)學描述）分析：分析控制系統(tǒng)的性能（穩(wěn)定性、動/穩(wěn)態(tài)性能）綜合：控制系統(tǒng)的綜合與校正——控制器設計（方案選擇、設計）1-1自動控制的基本原理與方法3、什么是反饋控制原理？在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現(xiàn)對被控對象進行控制的任務。如人取桌上書的過程（見下圖）：3、什么是反饋控制原理？系統(tǒng)方框圖符號組成：“”下圖為反饋控制原理方框圖3、什么是反饋控制原理？

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行工作的。當負載波動時，必然會引起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須對速度進行控制。3、什么是反饋控制原理？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)就是按照反饋控制原理進行工作的。當負載波動時，必然會引起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須對速度進行控制。

下圖示為龍門刨床速度控制系統(tǒng)。當負載發(fā)生變化時，如和控制速度。例如：3、什么是反饋控制原理？3、什么是反饋控制原理？下圖為龍門刨床速度控制系統(tǒng)的方框圖4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成信號從輸入端到達輸出端的傳輸通路稱為前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測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。此外，還有局部反饋通路。只包含一個主反饋通路的系統(tǒng)稱為單回路系統(tǒng)，有兩個或兩個以上反饋通路的系統(tǒng)稱為多回路系統(tǒng)。第一節(jié)自動控制的基本原理與方式四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式1、反饋控制方式特點：通過計算被控量和給定值的差值來控制被控對象。優(yōu)點：可以自動調(diào)節(jié)由于干擾和內(nèi)部參數(shù)的變化而引起的變動。計算比較給定值E執(zhí)行被控對象干擾被控量測量－按偏差調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理方框圖第一節(jié)自動控制的基本原理與方式如上圖所示，反饋回來的信號與給定值相減，即根據(jù)偏差進行控制，稱為負反饋，反之稱為正反饋。這種控制方式控制精度較高，因為無論是干擾的作用，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，只要被控量偏離給定值，系統(tǒng)就會自行糾偏。但是閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)如果匹配得不好，會造成被控量的較大擺動，甚至系統(tǒng)無法正常工作。第一節(jié)自動控制的基本原理與方式

飛機自動駕駛系統(tǒng)原理圖控制任務：系統(tǒng)在任何擾動作用下，保持飛機俯仰角不變。被控對象：飛機。被控量：飛機的俯仰角。

俯仰角控制系統(tǒng)原理方框圖第一節(jié)自動控制的基本原理與方式第一節(jié)自動控制的基本原理與方式2、開環(huán)控制方式計算執(zhí)行受控對象給定值干擾被控量按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)原理方框圖開環(huán)控制——系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。第一節(jié)自動控制的基本原理與方式爐溫控制系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)原理方框圖定時開關爐子電阻絲第一節(jié)自動控制的基本原理與方式特點：控制裝置只按給定值來控制受控對象優(yōu)點：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，相對來說成本低。缺點：對可能出現(xiàn)的被控量偏離給定值的偏差沒有任何修正能力，抗干擾能力差，控制精度不高。第一節(jié)自動控制的基本原理與方式定義：利用干擾信號產(chǎn)生控制作用，以及時補償干擾對被控量的直接影響。計算測量受控對象執(zhí)行干擾被控量特點：只能對可測干擾進行補償，對不可測干擾以及受控對象、各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化對被控量的影響，系統(tǒng)自身無法控制。適用于：存在強干擾且變化比較劇烈的場合。水位高度控制系統(tǒng)原理圖水位高度控制系統(tǒng)原理方框圖第一節(jié)自動控制的基本原理與方式3、復合控制方式

復合控制就是開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制。實質(zhì)上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎上，附加了一個輸入信號或擾動作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控制精度。

復合控制系統(tǒng)n控制裝置被控對象CR—補償裝置第一節(jié)自動控制的基本原理與方式第一章自動控制的一般概念

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類一、按控制方式來分

自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見的有以下幾種

二、按輸入量的變化規(guī)律來分開環(huán)控制、反饋控制、復合控制恒指控制、隨動控制、程序控制

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)(按控制系統(tǒng)的輸入作用來分）

系統(tǒng)的給定值為一定值，而控制任務就是克服擾動，使被控量保持恒值。例如：電機速度控制、恒溫、恒壓、水位控制系統(tǒng)等。恒值系統(tǒng)：隨動系統(tǒng)：

系統(tǒng)給定值按照事先不知道的時間函數(shù)變化，并要求被控量跟隨給定值變化。

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類程序控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的參據(jù)量時按預定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準確地加以復現(xiàn)。程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的參據(jù)量都是時間函數(shù)，不過前者是已知的時間函數(shù)，后者是未知的任意時間函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類三、按系統(tǒng)性能來分

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)：線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、定常系統(tǒng)、時變系統(tǒng)、確定性系統(tǒng)、不確定系統(tǒng)等。

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類定常系統(tǒng)和時變系統(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)為本書主要討論對象。

系統(tǒng)數(shù)學模型微分方程的系數(shù)不是時間變量的函數(shù)。否則稱為時變系統(tǒng)。

第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：

系統(tǒng)中各部分的信號都是時間的連續(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為時間的離散函數(shù)，如脈沖或數(shù)碼信號。

若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則又可稱之為采樣系統(tǒng)。第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求

常見的評價系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標是從動態(tài)過程中定義出來的。對系統(tǒng)性能的基本要求有三個方面。第一章自動控制的一般概念工程上常從穩(wěn)、快、準三個方面來評價控制系統(tǒng)。穩(wěn)：指動態(tài)過程的平穩(wěn)性?？欤褐竸討B(tài)過程的快速性。準：指動態(tài)過程的最終精度。1.基本要求的提法

第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)：指動態(tài)過程的平穩(wěn)性控制系統(tǒng)動態(tài)過程曲線如上圖所示，系統(tǒng)在外力作用下，輸出逐漸與期望值一致，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，如曲線①所示；反之，輸出如曲線②所示，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求快：指動態(tài)過程的快速性快速性即動態(tài)過程進行的時間的長短。過程時間越短，說明系統(tǒng)快速性越好，反之說明系統(tǒng)響應遲鈍，如曲線①所示。穩(wěn)和快反映了系統(tǒng)動態(tài)過程性能的好壞。既快又穩(wěn)，表明系統(tǒng)的動態(tài)精度高。

第四節(jié)對自動控制系統(tǒng)的基本要求準：指系統(tǒng)