控制工程基礎 第一章

控制工程基礎第一章第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動控制原理在現(xiàn)實生活中的應用機器人技術第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動控制原理在現(xiàn)實生活中的應用航空航天軍事技術第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動控制原理在現(xiàn)實生活中的應用工業(yè)控制第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動控制原理在現(xiàn)實生活中的應用交通運輸日常生活第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第一章緒論控制工程應用控制論(Cybernetics)的原理和方法，研究工程技術領域中有關問題的一門技術科學。1765年，瓦特發(fā)明了蒸汽機；1788年，瓦特采用離心式飛錘調(diào)速器控制蒸汽機的轉速，這引發(fā)了對系統(tǒng)穩(wěn)定性的討論；1868年，麥克斯威爾發(fā)表了對離心調(diào)速器進行理論分析的論文，從理論上分析了飛錘調(diào)速器的動態(tài)特性；其后，羅斯、奈魁斯特、伯德等人建立了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論，經(jīng)典控制理論逐漸形成；第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

1948年，維納發(fā)表了“控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學”，提出了控制論的三個要素：信息反饋控制 維納把控制論推廣到機器系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、社會和經(jīng)濟系統(tǒng)。 控制論的研究對象是系統(tǒng)，研究系統(tǒng)如何才能實現(xiàn)穩(wěn)定的、有目的的運動。 控制論深刻地揭示了： 系統(tǒng)存在著信息的轉換、傳遞和反饋，并且可以利用反饋進行控制的客觀規(guī)律。第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日發(fā)動機高壓供油路噴油泵離心式飛錘調(diào)速器第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動控制理論的發(fā)展過程第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日§1-1控制系統(tǒng)的基本工作原理一反饋控制原理例：恒溫爐自動控制系統(tǒng)ubui

熱電偶加熱電阻絲給定信號電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動機減速器調(diào)壓器⊿u～220V比較恒溫爐自動控制系統(tǒng)T第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日

在恒溫爐自動控制系統(tǒng)中：恒溫爐 被控對象；實際爐溫 被控量，是表示恒溫爐狀態(tài)的信息，稱為系統(tǒng)的輸出

信號，簡稱輸出；期望爐溫 是控制信息，稱為系統(tǒng)的輸入信號，簡稱輸入； 實際爐溫由熱電偶測出，并轉化為電壓ub，ub返回到給定電位器（輸入端），再輸入到系統(tǒng)中去。

第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日恒溫爐自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖

信息由輸出端返回到輸入端的傳遞方式，稱為信息的反饋。 反饋到輸入端的信息，稱為反饋信號，簡稱反饋。與輸入信號相比較（即相減）的反饋信號，稱為負反饋。 反饋信號與輸入信號相比較的結果，稱為偏差信號，簡稱偏差。偏差＝輸入－反饋第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日二名詞術語控制根據(jù)某種原理或方法，使被控對象的被控量，按預期規(guī)律

變化的操縱過程；系統(tǒng)由相互制約的各個部分組成的具有一定功能的整體；控制系統(tǒng)為了實現(xiàn)某種控制目的而構成的系統(tǒng)，使受控對象的狀態(tài)按照預期規(guī)律變化的系統(tǒng)；輸入系統(tǒng)接受到的、對其狀態(tài)（或被控量）有影響（或有控制作用）的信息； 輸入是期望輸出的函數(shù)。輸出系統(tǒng)表現(xiàn)出來的、受輸入影響（或控制的）的狀態(tài)；輸出也是信息，常稱為響應。 對控制系統(tǒng)而言，輸出就是被控量。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日擾動對系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利影響的信息；內(nèi)擾系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化引起的擾動；外擾由系統(tǒng)外部環(huán)境、負載或能源變化產(chǎn)生的擾動；反饋輸出的全部或一部分，直接或經(jīng)過轉換后，返回傳遞到輸入端，再向系統(tǒng)輸入的信息； 反饋是輸出的函數(shù)，并與輸入的量綱相同。負反饋與輸入保持相比較（或相減）關系的反饋，稱為

負反饋，反之稱為正反饋；主反饋由系統(tǒng)的輸出端返回到系統(tǒng)的輸入端的反饋，稱為主反饋，否則稱為局部反饋；第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日固有反饋（內(nèi)在反饋） 由于系統(tǒng)本身固有的、內(nèi)在相互作用而形成的反饋；第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日§1-2.自動控制系統(tǒng)的基本類型一按反饋的情況分類1閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 具有為控制目的而特意設置的主反饋（負反饋）的控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日給定元件 接受指令并將其轉換為輸入的元件；

指令是表示期望輸出的信息。反饋元件 檢測輸出并將其轉化為反饋的元件；比較元件 將輸入與反饋進行比較，并得出偏差的元件； 從廣義上講，比較元件是對信息進行合成的元件。放大及運算元件將比較元件傳遞來的偏差，進行轉換和放大的元件；執(zhí)行元件接受放大及運算元件傳遞來的信息，直接操縱被控對象的元件；被控對象控制系統(tǒng)中需要被控制的某種設備或過程，其輸出就是被控量；第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日 除了上述組成元件外，閉環(huán)控制系統(tǒng)中往往還有校正元件，其作用是改善控制系統(tǒng)的性能。 通常，把放大及運算元件和執(zhí)行元件合稱為控制元件。

第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日

也可以把被控對象以外的所有元件總稱為控制器。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日前向通路從輸入端到輸出端的通路；反饋通路從系統(tǒng)（或系統(tǒng)的某些組成元件）的輸出端返回到它的輸入端的通路；回路閉合的通路；主回路局部回路閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點： 閉環(huán)控制系統(tǒng)有自行糾偏的能力，因此，可以采用精度不太高、價格較低的元件構成精確的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點： 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成較復雜，當參數(shù)調(diào)配不當時，存在信息傳遞的主回路就會引起輸出持續(xù)振蕩、甚至發(fā)散的不穩(wěn)定現(xiàn)象。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日2開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)不具有為控制目的而特意設置的主反饋（負反饋）的控制系統(tǒng)。

開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點：開環(huán)控制系統(tǒng)的組成簡單，而且不存在復雜的穩(wěn)定性問題。開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋回路，也就沒有自行糾偏的能力，因此必須使用精度較高、價格較高的元件。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日開環(huán)控制系統(tǒng)的應用： 開環(huán)控制系統(tǒng)常用于，預知期望輸出且擾動很小，或擾動雖大，但預知其變化規(guī)律，從而能夠加以補償?shù)膱龊稀?/p>

第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日二按期望輸出的類型分類1自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)若期望輸出是常量，系統(tǒng)在有干擾的情況下，能使實際輸出相當精確地保持等于期望輸出，則稱該系統(tǒng)為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或恒值控制系統(tǒng)）。 自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應該是閉環(huán)控制系統(tǒng)。2隨動系統(tǒng)若期望輸出經(jīng)常發(fā)生變化，且不能預知其變化規(guī)律，系統(tǒng)能使實際輸出以一定的精度，及時跟隨期望輸出，則該系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。 隨動系統(tǒng)的輸出一般是機械量：位移、速度、加速度，此時又稱其為伺服系統(tǒng)，如：雷達跟蹤系統(tǒng)火炮瞄準系統(tǒng)艦船操縱系統(tǒng)第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日3程序控制系統(tǒng)若期望輸出經(jīng)常發(fā)生變化，但能預知其變化規(guī)律，系統(tǒng)能使實際輸出準確、可靠地復現(xiàn)期望輸出，則稱其為程序控制系統(tǒng)。典型的程序控制系統(tǒng)：數(shù)控機床第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準、快。穩(wěn)定性：系統(tǒng)受到擾動偏離平衡狀態(tài)，當擾動消失后，系統(tǒng)恢復到平衡狀態(tài)的能力。

穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件。準確性：輸出量與給定量之間的偏差；動態(tài)精度偏差

偏差隨時間變化的程度；靜態(tài)精度偏差調(diào)整過程結束后的偏差?？焖傩裕寒斚到y(tǒng)出現(xiàn)偏差時，系統(tǒng)