第1章自動控制系統(tǒng)的一般概念

1、第1章 自動控制的一般概念 自動控制理論自動控制理論(Automatic Control Theory）主講：李廣強主講：李廣強船舶自動化與仿真器研究所船舶自動化與仿真器研究所科學會館科學會館 323#大連海事大學信息科學技術(shù)學院大連海事大學信息科學技術(shù)學院課程教材：課程教材： 國家級精品教材國家級精品教材 胡壽松胡壽松 主編主編.自動控制原理自動控制原理(第五版第五版). 北京北京: 科學科學出版社出版社. 參考書目：參考書目：1. 李友善李友善. 自動控制原理自動控制原理(第三版第三版).北京北京: 國防工業(yè)國防工業(yè)出版社出版社. 2. 吳麒吳麒. 自動控制原理自動控制原理. 北京北京:

2、清華大學出版社清華大學出版社.3. Katsuhiko Ogata(緒方勝彥緒方勝彥). Modern Control Engineering (Fourth edition). NJ: Prentice Hall 學時分配：學時分配：理論課理論課56學時，每周學時，每周4學時學時實驗課實驗課8學時學時 考試辦法：考試辦法：平時成績平時成績(含實驗含實驗)約占約占30期末考試成績約占期末考試成績約占70，閉卷筆試，閉卷筆試答疑時間和地點：周二下午答疑時間和地點：周二下午15:1517:00，科學會館，科學會館323#課程主要內(nèi)容：課程主要內(nèi)容：第一章第一章 自動控制的一般概念自動控制的一般概念

3、第二章第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型控制系統(tǒng)的數(shù)學模型第三章第三章 線性系統(tǒng)的時域分析方法線性系統(tǒng)的時域分析方法第四章第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法線性系統(tǒng)的根軌跡法第五章第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法線性系統(tǒng)的頻域分析法第六章第六章 線性系統(tǒng)的校正方法線性系統(tǒng)的校正方法第七章第七章 線性離散系統(tǒng)的分析和校正線性離散系統(tǒng)的分析和校正第八章第八章 非線性控制系統(tǒng)分析非線性控制系統(tǒng)分析第九章第九章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和綜合線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和綜合 第1章 自動控制的一般概念 第一章自動控制的一般概念第一章自動控制的一般概念The basic conception of Automatic contr

4、ol經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 classical control theory現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 modern control theory被控對象被控對象 controlled objective反饋反饋 feedback控制理論控制理論 control theory控制器控制器 controller控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) control system 科技英語詞匯科技英語詞匯第1章 自動控制的一般概念 自動控制理論是控制類專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)，自動控制理論是控制類專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)，專門研究有關(guān)自動控制系統(tǒng)中的基本概念、基本專門研究有關(guān)自動控制系統(tǒng)中的基本概念、基本原理和基本方法。本章介紹開

5、環(huán)控制和閉環(huán)控制原理和基本方法。本章介紹開環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念，控制系統(tǒng)的基本原理和組成，控制系統(tǒng)的概念，控制系統(tǒng)的基本原理和組成，控制系統(tǒng)的類型，以及對控制系統(tǒng)的基本要求等。的類型，以及對控制系統(tǒng)的基本要求等。 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要歷史的回顧歷史的回顧地動儀和指南車地動儀和指南車歷史的回顧歷史的回顧瓦特的離心調(diào)速機瓦特的離心調(diào)速機(1788年年)歷史的回顧歷史的回顧1788年年，James Watt 為控制蒸汽機速度設(shè)計的離心調(diào)節(jié)器，為控制蒸汽機速度設(shè)計的離心調(diào)節(jié)器，是自動控制領(lǐng)域的第一項重大成果。是自動控制領(lǐng)域的第一項重大成果。1868年，年，J. C. Maxwell首先在首先在Pr

6、oceedings of the Royal Society of London第第16卷上發(fā)表了卷上發(fā)表了“論調(diào)速器論調(diào)速器”一文。自控理論開始一文。自控理論開始逐步形成。逐步形成。1884年，年，E. J. Routh提出了有關(guān)線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)。提出了有關(guān)線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)。1892年，俄國學者李雅普諾夫發(fā)表博士論文年，俄國學者李雅普諾夫發(fā)表博士論文“論運動穩(wěn)定性論運動穩(wěn)定性的一般問題的一般問題”，提出李雅普諾夫穩(wěn)定性理論。，提出李雅普諾夫穩(wěn)定性理論。1932年，年，Nyquist研制出電子管振蕩器，同時提出了著名的研制出電子管振蕩器，同時提出了著名的Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)；此后穩(wěn)

7、定性判據(jù)；此后Bode總結(jié)出了負反饋放大器?？偨Y(jié)出了負反饋放大器。1934年，年，Hezen提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機構(gòu)的概念，提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號的機電伺服機構(gòu)。討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號的機電伺服機構(gòu)。第二第二次世界大戰(zhàn)期間，美國次世界大戰(zhàn)期間，美國MIT伺服機構(gòu)試驗室對以往的自動調(diào)伺服機構(gòu)試驗室對以往的自動調(diào)節(jié)器與反饋放大器作了總結(jié)，提出了反饋控制的數(shù)學基礎(chǔ)。節(jié)器與反饋放大器作了總結(jié)，提出了反饋控制的數(shù)學基礎(chǔ)。1948年，年，N. Wiener發(fā)表了著名的控制論，形成了完發(fā)表了著名的控制論，形成了完整的經(jīng)典控制理論。整的經(jīng)典控

8、制理論。(Cybernetics,源于拉丁文源于拉丁文, 掌舵人掌舵人)1950年，年，W. R. Evans提出了根軌跡法，能簡便地尋找特提出了根軌跡法，能簡便地尋找特征方程的根，進一步充實了經(jīng)典控制論。征方程的根，進一步充實了經(jīng)典控制論。1954年，錢學森發(fā)表了名著工程控制論，對推動我年，錢學森發(fā)表了名著工程控制論，對推動我國控制理論的工程應用起了很大的作用。國控制理論的工程應用起了很大的作用。 以上主要為經(jīng)典控制部分以上主要為經(jīng)典控制部分20世紀世紀60年代，數(shù)字計算機技術(shù)的迅速發(fā)展為復雜系統(tǒng)年代，數(shù)字計算機技術(shù)的迅速發(fā)展為復雜系統(tǒng)的基于時域分析的的基于時域分析的現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論

9、提供了可能。提供了可能。從從1960年至今，系統(tǒng)的最優(yōu)控制，魯棒控制及復雜系統(tǒng)年至今，系統(tǒng)的最優(yōu)控制，魯棒控制及復雜系統(tǒng)的自適應控制和的自適應控制和智能控制技術(shù)智能控制技術(shù)(20世紀世紀70年代后出現(xiàn)，包年代后出現(xiàn)，包括專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等括專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等) 等，等，都得到廣泛的發(fā)展和研究。都得到廣泛的發(fā)展和研究。歷史的回顧歷史的回顧 在現(xiàn)代控制理論發(fā)展中，特別應該提到三位學者的重在現(xiàn)代控制理論發(fā)展中，特別應該提到三位學者的重大貢獻：大貢獻：1956年，前蘇聯(lián)科學家龐特里亞金年，前蘇聯(lián)科學家龐特里亞金(Pontryagin) 提出的極提出的極小值原

10、理；小值原理；1957年，美國學者年，美國學者Bellman提出動態(tài)規(guī)劃；提出動態(tài)規(guī)劃；1960年，美國的年，美國的Kalman提出了提出了Kalman濾波理論和狀態(tài)空濾波理論和狀態(tài)空間分析方法；間分析方法；他們的工作對現(xiàn)代控制他們的工作對現(xiàn)代控制理論的建立有著特別重要的作用。理論的建立有著特別重要的作用。古典控制理論古典控制理論 以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究單輸入要研究單輸入-單輸出單輸出的一類線性定?？刂葡档囊活惥€性定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計問題。統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。這些理論由于其發(fā)展較這些理論由于其發(fā)展較早，現(xiàn)已趨成熟。早，現(xiàn)已趨成熟。 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 以狀態(tài)空

11、間法為基礎(chǔ)，以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，主要研究多輸入主要研究多輸入-多輸出、多輸出、時變、非線性一類控制時變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。系統(tǒng)具有高精度、高性系統(tǒng)具有高精度、高性能、多耦合回路、多變能、多耦合回路、多變量的特點。量的特點?？刂评碚摰膭澐挚刂评碚摰膭澐講 1 1-1 -1 自動控制的基本原理與方式自動控制的基本原理與方式v 1 1-2 -2 自動控制系統(tǒng)示例自動控制系統(tǒng)示例v 1 1-3 -3 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類 v 1 1-4 -4 自動控制系統(tǒng)性能的基本要求自動控制系統(tǒng)性能的基本要求 v 1 1-5 -5 自動控制課程的主要任務、學習

12、方法自動控制課程的主要任務、學習方法及自控系統(tǒng)分析設(shè)計工具簡介及自控系統(tǒng)分析設(shè)計工具簡介 v小結(jié)小結(jié) 本章內(nèi)容本章內(nèi)容1-1 自動控制的基本原理與方式自動控制的基本原理與方式 1 自動控制技術(shù)及其應用自動控制技術(shù)及其應用 自動控制（自動控制（Automatic control）指在沒有人直接參與的情指在沒有人直接參與的情況下，利用控制器況下，利用控制器(外加的設(shè)備或裝置外加的設(shè)備或裝置)使被控對象（如機器、使被控對象（如機器、設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某個參數(shù)（或工作狀態(tài)，即被控量）能自設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某個參數(shù)（或工作狀態(tài)，即被控量）能自動按照預定的規(guī)律變化（或運行）。動按照預定的規(guī)律變化（或運行）

13、。例子例子 宇宙飛船的太陽能電池板宇宙飛船的太陽能電池板 化學反應爐的溫度或壓力自動地維持恒定化學反應爐的溫度或壓力自動地維持恒定 數(shù)控車床按照預定程序自動地切削加工工件數(shù)控車床按照預定程序自動地切削加工工件自動控制的作用自動控制的作用 提高勞動生產(chǎn)率，改善生活質(zhì)量，探索未知世界提高勞動生產(chǎn)率，改善生活質(zhì)量，探索未知世界具有很高自動化水平的化工廠具有很高自動化水平的化工廠現(xiàn)代空間技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代空間技術(shù)的發(fā)展數(shù)控機床數(shù)控機床汽車、船舶和飛機汽車、船舶和飛機第1章 自動控制的一般概念 2 自動控制理論自動控制理論 自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的( (技術(shù)技

14、術(shù)) )科學?？茖W。 從從物理角度物理角度上來看，自動控制理論研究的是特定上來看，自動控制理論研究的是特定激勵作用下的系統(tǒng)響應變化情況；從激勵作用下的系統(tǒng)響應變化情況；從數(shù)學角度數(shù)學角度上來看，上來看，研究的是輸入與輸出之間的映射關(guān)系；從研究的是輸入與輸出之間的映射關(guān)系；從信息處理信息處理的的角度來看，研究的是信息的獲取、處理、變換、輸出角度來看，研究的是信息的獲取、處理、變換、輸出等問題。等問題。 隨著科學技術(shù)的進步，自動控制的概念也在擴大，隨著科學技術(shù)的進步，自動控制的概念也在擴大，政治、經(jīng)濟、社會等各個領(lǐng)域也越來越多地被認為與政治、經(jīng)濟、社會等各個領(lǐng)域也越來越多地被認為與自動控制有關(guān)?，F(xiàn)

15、在已發(fā)展成為一門獨立的學科自動控制有關(guān)?，F(xiàn)在已發(fā)展成為一門獨立的學科控控制論制論。其中包括：工程控制論、生物控制論和經(jīng)濟控。其中包括：工程控制論、生物控制論和經(jīng)濟控制論。制論。 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)：為了實現(xiàn)各種復雜的控制任務，首：為了實現(xiàn)各種復雜的控制任務，首先要將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起先要將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機整體，這就是自動控制系統(tǒng)。來，組成一個有機整體，這就是自動控制系統(tǒng)。3 反饋控制原理反饋控制原理(Feedback control theory) 反饋控制原理反饋控制原理：在自動控制系統(tǒng)中，控制裝置：在自動控制系統(tǒng)中，控制裝置(

16、 (控制控制器器) )對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息饋信息, ,用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差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，這就是反饋從而實現(xiàn)對被控對象進行控制的任務，這就是反饋控制的原理?？刂频脑?。（人工）反饋控制的例子（人工）反饋控制的例子 水池液面控制系統(tǒng)水池液面控制系統(tǒng) 自動控制和人工控制的基本原理是相同的自動控制和人工控制的基本原理是相同的, ,它們都是建立它們都是建立在在“測量偏差測量偏差, ,修正偏差修正偏差”的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上, ,并且為了測量偏差并且為了測量偏差,

17、,必須必須把系統(tǒng)的實際輸出反饋到輸入端。自動控制和人工控制的區(qū)別把系統(tǒng)的實際輸出反饋到輸入端。自動控制和人工控制的區(qū)別在于自動控制用控制器代替人完成控制。在于自動控制用控制器代替人完成控制。 人在參與控制中起了以下三方面的作用：人在參與控制中起了以下三方面的作用： 1) 測量實際液面高度測量實際液面高度h1用眼睛。用眼睛。 2) 將測得實際液面將測得實際液面h1與希望液面的高度與希望液面的高度h0相比相比較較用腦。用腦。 3) 根據(jù)比較的結(jié)果，即按照偏差的正負去決定根據(jù)比較的結(jié)果，即按照偏差的正負去決定的動作的動作用手。用手。抽象成控制系統(tǒng)方塊圖抽象成控制系統(tǒng)方塊圖液面（人工）反饋控制系統(tǒng)的框

18、圖液面（人工）反饋控制系統(tǒng)的框圖- - 把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為生偏差信號的過程，稱為反饋反饋。若反饋的信號是與輸入信。若反饋的信號是與輸入信號相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，則稱為號相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，則稱為負反饋負反饋；反之，；反之，則稱為則稱為正反饋正反饋。反饋控制就是采用負反饋并利用偏差進行。反饋控制就是采用負反饋并利用偏差進行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為控制過程成為閉合閉合過程，因此反饋控制也稱過程，因此反饋

19、控制也稱閉環(huán)控制閉環(huán)控制。 在工程實踐中在工程實踐中, , 為了實現(xiàn)上述對被控對象的反饋控制為了實現(xiàn)上述對被控對象的反饋控制, ,系統(tǒng)中必須配置具有人的眼睛、大腦和手臂功能的設(shè)備，系統(tǒng)中必須配置具有人的眼睛、大腦和手臂功能的設(shè)備，以便用來對被控量進行測量、反饋和比較，并按偏差進行以便用來對被控量進行測量、反饋和比較，并按偏差進行控制。這些設(shè)備依其功能分別稱為控制。這些設(shè)備依其功能分別稱為測量元件、比較元件和測量元件、比較元件和執(zhí)行元件執(zhí)行元件，并統(tǒng)稱為，并統(tǒng)稱為控制裝置控制裝置。液位液位( (自動自動) )反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)液位自動控制系統(tǒng)原理方框圖液位自動控制系統(tǒng)原理方框圖以液位以液位

20、(自動自動)反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)(Feedback control system)為例說明：為例說明：測量元件測量元件浮子和杠桿；浮子和杠桿；給定元件給定元件（實際上是）電位器中點（給出與期望的被控量相對（實際上是）電位器中點（給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量）；應的系統(tǒng)輸入量）；比較元件比較元件電位器電位器 （求浮子的希望位置與實際位置之偏差）；（求浮子的希望位置與實際位置之偏差）；放大元件放大元件放大器（當測量元件測得的信號與給定信號比較后得放大器（當測量元件測得的信號與給定信號比較后得到的偏差信號不足以使執(zhí)行元件動作時，一般都需要放大元件進到的偏差信號不足以使執(zhí)行元件動作時，一般

21、都需要放大元件進行電壓和功率放大，來推動執(zhí)行元件去控制被控對象）；行電壓和功率放大，來推動執(zhí)行元件去控制被控對象）；執(zhí)行元件執(zhí)行元件電機和閥電機和閥（直接驅(qū)動被控對象，以改變被控制量）；直接驅(qū)動被控對象，以改變被控制量）；校正元件校正元件（補償元件）（補償元件）為了改善控制系統(tǒng)的動、穩(wěn)態(tài)性能通常為了改善控制系統(tǒng)的動、穩(wěn)態(tài)性能通常還在系統(tǒng)中加上某種形式的校正裝置。還在系統(tǒng)中加上某種形式的校正裝置。 一個一個反饋控制反饋控制系統(tǒng)必然包含系統(tǒng)必然包含被控對象被控對象和和控制裝置控制裝置兩大部分，兩大部分，而控制裝置是由具有一定職能的各種而控制裝置是由具有一定職能的各種基本元件基本元件組成的。組成的。

22、4 . 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成 圖中圖中“”代表比較點代表比較點( (元件元件) )，將測量元件檢測到的被控量與，將測量元件檢測到的被控量與參據(jù)量進行比較，參據(jù)量進行比較，“”“”號表示兩者符號相反，即負反饋；號表示兩者符號相反，即負反饋；“”號（可省略號（可省略）表示兩者符號相同，即正反饋。表示兩者符號相同，即正反饋。 信號從輸入端沿箭頭方向到達輸出端的傳輸通路稱信號從輸入端沿箭頭方向到達輸出端的傳輸通路稱前向通路前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱主反饋通路主反饋通路。前。前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成向通路

23、與主反饋通路共同構(gòu)成主回路主回路。此外，還有。此外，還有局部反饋通路局部反饋通路以以及由它構(gòu)成的及由它構(gòu)成的內(nèi)回路內(nèi)回路。只包含一個主反饋通路的系統(tǒng)稱。只包含一個主反饋通路的系統(tǒng)稱單回路系統(tǒng)單回路系統(tǒng)；有兩個或兩個以上反饋通路的系統(tǒng)稱有兩個或兩個以上反饋通路的系統(tǒng)稱多回路系統(tǒng)多回路系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)基本組成反饋控制系統(tǒng)基本組成 加到控制系統(tǒng)上的外作用有加到控制系統(tǒng)上的外作用有兩種兩種類型，一種是有用類型，一種是有用輸入輸入，一種是一種是擾動擾動。有用輸入決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律；而擾動是。有用輸入決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律；而擾動是系統(tǒng)不希望有的外作用，它破壞有用輸入對系統(tǒng)的控制。在實系統(tǒng)不希望

24、有的外作用，它破壞有用輸入對系統(tǒng)的控制。在實際系統(tǒng)中，擾動總是際系統(tǒng)中，擾動總是不可避免不可避免的。如電源電壓的波動，環(huán)境溫的。如電源電壓的波動，環(huán)境溫度、壓力以及負載的變化等。度、壓力以及負載的變化等?；拘g(shù)語基本術(shù)語5. 控制系統(tǒng)的基本控制方式控制系統(tǒng)的基本控制方式 反饋控制（閉環(huán)控制）是自控系統(tǒng)最基本的控制方式，反饋控制（閉環(huán)控制）是自控系統(tǒng)最基本的控制方式，應用最廣。除此之外，還有開環(huán)控制方式和復合控制方式應用最廣。除此之外，還有開環(huán)控制方式和復合控制方式. . 反饋反饋( (閉環(huán)閉環(huán)) ) 控制：指控制器與控制對象之間既有順向作控制：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

25、制過程。用又有反向聯(lián)系的控制過程。反饋控制方式是按反饋控制方式是按偏差偏差進行控制進行控制的，特點是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，的，特點是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定會產(chǎn)生一個相應的控制作用去必定會產(chǎn)生一個相應的控制作用去減小或消除減小或消除這個偏差，使被這個偏差，使被控量與期望值趨于一致。反饋控制系統(tǒng)，具有控量與期望值趨于一致。反饋控制系統(tǒng)，具有抑制內(nèi)、外擾動抑制內(nèi)、外擾動對被控量產(chǎn)生影響的能力，有對被控量產(chǎn)生影響的能力，有較高的控制精度較高的控制精度。但這種系統(tǒng)使。但這種系統(tǒng)使用元件較多，結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計也較麻煩。用元件較多，結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)

26、的性能分析和設(shè)計也較麻煩。 開環(huán)控制：指控制器與控制對象之間只有順向作用而沒有反開環(huán)控制：指控制器與控制對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。向聯(lián)系的控制過程。特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。開環(huán)控制系統(tǒng)可以用發(fā)生影響。開環(huán)控制系統(tǒng)可以按給定量控制按給定量控制方式組成方式組成，也可，也可以以按擾動控制按擾動控制方式組成方式組成。 按給定量控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產(chǎn)生按給定量控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產(chǎn)生, ,給定一個輸入量，就有一個輸出量與之相對應，控制精度完全取決于所用給定一個輸入量，就

27、有一個輸出量與之相對應，控制精度完全取決于所用的元件及校準的精度。沒有自動修正偏差的能力，抗擾動性較差。但其結(jié)的元件及校準的精度。沒有自動修正偏差的能力，抗擾動性較差。但其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適用于在精度要求不高或擾動影響較小的場合。構(gòu)簡單、成本低，適用于在精度要求不高或擾動影響較小的場合。 按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，是利用可測量的擾動量，產(chǎn)生一種補償按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，是利用可測量的擾動量，產(chǎn)生一種補償作用，以減小或抵消擾動對輸出量的影響，這種控制方式也稱作用，以減小或抵消擾動對輸出量的影響，這種控制方式也稱順饋控制順饋控制。 如在直流電機速度控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速常隨負載的增加而下如在直流電

28、機速度控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速常隨負載的增加而下降，且其轉(zhuǎn)速的下降是由于電樞回路的電壓降引起的。如果設(shè)降，且其轉(zhuǎn)速的下降是由于電樞回路的電壓降引起的。如果設(shè)法將負載引起的電流變化測量出來，并按其大小產(chǎn)生一個附加法將負載引起的電流變化測量出來，并按其大小產(chǎn)生一個附加的控制作用，用以補償由它引起的轉(zhuǎn)速下降，這樣就可以構(gòu)成的控制作用，用以補償由它引起的轉(zhuǎn)速下降，這樣就可以構(gòu)成按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。 此控制方式是此控制方式是直接從直接從擾動取得信息擾動取得信息，并據(jù)以，并據(jù)以改變被控量，因此抗擾改變被控量，因此抗擾動性好，精度也較高，動性好，精度也較高，但但只適用于擾動是可測只適

29、用于擾動是可測量的場合量的場合。 復合控制：復合控制：綜上綜上, , 較合理的控制方式是把按偏差控制與按擾較合理的控制方式是把按偏差控制與按擾動控制結(jié)合起來，對于主要擾動采用適當?shù)难a償裝置實現(xiàn)按擾動控制結(jié)合起來，對于主要擾動采用適當?shù)难a償裝置實現(xiàn)按擾動控制，同時再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其動控制，同時再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動產(chǎn)生的偏差。這樣，系統(tǒng)的主要擾動已被補償，反饋控余擾動產(chǎn)生的偏差。這樣，系統(tǒng)的主要擾動已被補償，反饋控制系統(tǒng)就比較容易設(shè)計，控制效果也更好。這種制系統(tǒng)就比較容易設(shè)計，控制效果也更好。這種開環(huán)和閉環(huán)控開環(huán)和閉環(huán)控制相結(jié)合制相結(jié)合的控制方式

30、稱為的控制方式稱為復合控制復合控制。按輸入補償?shù)膹秃峡刂瓢摧斎胙a償?shù)膹秃峡刂齐姍C轉(zhuǎn)速的復合控制系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速的復合控制系統(tǒng)原理線路圖和方塊圖原理線路圖和方塊圖1-2 自動控制系統(tǒng)實例自動控制系統(tǒng)實例 1. 飛機飛機-自動駕駛儀系統(tǒng)自動駕駛儀系統(tǒng)飛機與自動駕駛儀組成的自動飛機與自動駕駛儀組成的自動控制系統(tǒng)稱為飛機控制系統(tǒng)稱為飛機- -自動駕駛自動駕駛儀系統(tǒng)。它是一種能保持或改儀系統(tǒng)。它是一種能保持或改變飛機飛行狀態(tài)的自動裝置。變飛機飛行狀態(tài)的自動裝置。 系統(tǒng)穩(wěn)定俯仰角的原理：垂直陀螺儀為測量元件用以測量飛機的俯系統(tǒng)穩(wěn)定俯仰角的原理：垂直陀螺儀為測量元件用以測量飛機的俯仰角，當飛機以給定俯仰角水平飛

31、行時，陀螺儀電位器無電壓輸出；如仰角，當飛機以給定俯仰角水平飛行時，陀螺儀電位器無電壓輸出；如果飛機受到擾動，使俯仰角向下偏離期望值，陀螺儀電位器輸出與俯仰果飛機受到擾動，使俯仰角向下偏離期望值，陀螺儀電位器輸出與俯仰角偏差成正比的信號，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動舵機，一方面推動升降舵面角偏差成正比的信號，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動舵機，一方面推動升降舵面向上偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生使飛機抬頭的轉(zhuǎn)矩，以減小俯仰角偏差；同時還帶動反向上偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生使飛機抬頭的轉(zhuǎn)矩，以減小俯仰角偏差；同時還帶動反饋電位器滑臂，輸出與舵偏角成正比的電壓并反饋到輸入端。隨著俯仰饋電位器滑臂，輸出與舵偏角成正比的電壓并反饋到輸入端。隨著俯仰角偏差的減

32、小，陀螺儀電位器輸出信號越來越小，舵偏角也隨之減小，角偏差的減小，陀螺儀電位器輸出信號越來越小，舵偏角也隨之減小，直到俯仰角回到期望值。直到俯仰角回到期望值。 飛機飛機- -自動駕駛儀系統(tǒng)穩(wěn)定俯仰角的系統(tǒng)方塊圖。圖中自動駕駛儀系統(tǒng)穩(wěn)定俯仰角的系統(tǒng)方塊圖。圖中飛機是被控對象，俯仰角是被控量，放大器、舵機、垂直陀飛機是被控對象，俯仰角是被控量，放大器、舵機、垂直陀螺儀、反饋電位器等是控制裝置，即自動駕駛儀。參據(jù)量是螺儀、反饋電位器等是控制裝置，即自動駕駛儀。參據(jù)量是給定的常值俯仰角，控制系統(tǒng)的任務就是在任何擾動（如陣給定的常值俯仰角，控制系統(tǒng)的任務就是在任何擾動（如陣風或氣流沖擊）作用下，始終保持

33、飛機以給定俯仰角飛行。風或氣流沖擊）作用下，始終保持飛機以給定俯仰角飛行。2. 電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng) 電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值用計算機鍵盤預先設(shè)電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值用計算機鍵盤預先設(shè)置置(不一定是常值不一定是常值)，爐溫實際值由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、，爐溫實際值由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由濾波后，由 AD變換器將模擬量變換為數(shù)字量送入計算機變換器將模擬量變換為數(shù)字量送入計算機, 在計算機在計算機中與所設(shè)置的溫度期望值比較后產(chǎn)生偏差信號，計算機便根據(jù)預定的中與所設(shè)置的溫度期望值比較后產(chǎn)生偏差信號，計

34、算機便根據(jù)預定的控制算法控制算法( (即控制規(guī)律即控制規(guī)律) )計算出相應的控制量，再經(jīng)計算出相應的控制量，再經(jīng)DA變換器變換成變換器變換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導通角，從而改變電阻絲中電流大小，電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導通角，從而改變電阻絲中電流大小，達到控制爐溫的目的。達到控制爐溫的目的。3. 磁盤驅(qū)動讀取系統(tǒng)磁盤驅(qū)動讀取系統(tǒng)目標是將磁頭準確定位，以正確讀取磁道上目標是將磁頭準確定位，以正確讀取磁道上信息。需進行精確控制的變量是安裝在滑動信息。需進行精確控制的變量是安裝在滑動簧片上的磁頭位置。磁盤旋轉(zhuǎn)速度在簧片上的磁頭位置。磁盤旋轉(zhuǎn)速度在18007200r/min，磁頭位置精度要求為

35、，磁頭位置精度要求為lm，且磁，且磁頭由磁道頭由磁道a移動到磁道移動到磁道b的時間小于的時間小于50ms。按控制方式可分為：開環(huán)控制、反饋控制、復合控制等按控制方式可分為：開環(huán)控制、反饋控制、復合控制等按元件類型可分為：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、液按元件類型可分為：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等按系統(tǒng)功用可分為：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置按系統(tǒng)功用可分為：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)等按系統(tǒng)性能分類：按系統(tǒng)性能分類：1 1）線性自動控制系統(tǒng)：）線性自動控制系統(tǒng)：線性定常線性定常自動自動控制系統(tǒng)；線性時變自

36、動控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；線性時變自動控制系統(tǒng)；2 2）非線性自動控制）非線性自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類：按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類：1 1）連續(xù)系統(tǒng)；）連續(xù)系統(tǒng)；2 2）離散系）離散系統(tǒng)（離散信號）統(tǒng)（離散信號）按參據(jù)量變化規(guī)律分類：按參據(jù)量變化規(guī)律分類：1 1）鎮(zhèn)定系統(tǒng)（恒值控制系統(tǒng)或）鎮(zhèn)定系統(tǒng)（恒值控制系統(tǒng)或調(diào)節(jié)器）；調(diào)節(jié)器）； 2 2）程序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)；3 3）隨動系統(tǒng)）隨動系統(tǒng)( (跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)) )這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述這類系統(tǒng)可以用線性微分方程式描述, ,其一般形式為其一般形式為)()()()()()()()(1111011110trbtrdt

37、dbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn式中式中,c(t)是被控量是被控量,r(t)是輸入量是輸入量.系數(shù)系數(shù)a0,a1,an；b0,b1,bm是是常數(shù)時常數(shù)時,稱為稱為定常系統(tǒng)定常系統(tǒng);系數(shù)系數(shù)a0,a1,an；b0,b1,bm隨時間變化隨時間變化時時,稱為稱為時變系統(tǒng)時變系統(tǒng).1. 線性連續(xù)控制系統(tǒng)線性連續(xù)控制系統(tǒng)以下簡介按參據(jù)量變化規(guī)律劃分的三類系統(tǒng)以下簡介按參據(jù)量變化規(guī)律劃分的三類系統(tǒng) 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)(跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng),被控量為機械位置或其導數(shù)被控量為機械位置或其導數(shù)) 輸入信號是時間的任意函數(shù)，其變化規(guī)律事先不

38、知道。系統(tǒng)要求輸入信號是時間的任意函數(shù)，其變化規(guī)律事先不知道。系統(tǒng)要求輸出量以盡可能小的誤差跟隨輸入信號的變化。系統(tǒng)分析設(shè)計的重點輸出量以盡可能小的誤差跟隨輸入信號的變化。系統(tǒng)分析設(shè)計的重點是研究被控量跟隨的是研究被控量跟隨的快速性和準確性快速性和準確性。如火炮控制系統(tǒng)。如火炮控制系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)(過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)) 系統(tǒng)的輸入信號是按預定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)系統(tǒng)的輸入信號是按預定規(guī)律隨時間變化的函數(shù), ,要求被控量迅要求被控量迅速、準確地加以速、準確地加以復現(xiàn)復現(xiàn)。如機械加工使用的數(shù)控機床。如機械加工使用的數(shù)控機床。 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)(鎮(zhèn)定系統(tǒng)鎮(zhèn)定系統(tǒng),調(diào)節(jié)器

39、調(diào)節(jié)器) 輸入信號是恒定常值，要求被控量也是一個與之對應的常值，輸入信號是恒定常值，要求被控量也是一個與之對應的常值，當外界有擾動時，系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用當外界有擾動時，系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用, ,使被控量保持為恒定使被控量保持為恒定的希望值。如液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分析和設(shè)計的重點是研究擾動對的希望值。如液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分析和設(shè)計的重點是研究擾動對被控對象的影響及抗擾動的措施。被控對象的影響及抗擾動的措施。 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)，不同之處在于前程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的參據(jù)量都是時間函數(shù)，不同之處在于前者是者是已知已知的時間函數(shù)，后者則是的時間函數(shù)，后者則是未知未知的

40、任意時間函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)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)的也可視為程序控制系統(tǒng)的特例特例。2. 線性定常離散系統(tǒng)線性定常離散系統(tǒng) 離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形式離散系統(tǒng)指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形式, ,因而信號在時間上是離散的因而信號在時間上是離散的. .連續(xù)信號經(jīng)連續(xù)信號經(jīng)采樣采樣可轉(zhuǎn)換成離散信號可轉(zhuǎn)換成離散信號. . 一般一般, ,在離散系統(tǒng)中既有連續(xù)的模擬信號在離散系統(tǒng)中既有連續(xù)的模擬信號, ,也有離散的數(shù)也有離散的數(shù)字信號。因此字信號。因此, ,離散系統(tǒng)要用離散系統(tǒng)要用差分方程差分方程來描述來描述. .線性差分方程線性差分方程

41、的一般形式為的一般形式為)() 1() 1()()() 1() 1()(110110krbkrbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn式中式中, mn, n為差分方程的次數(shù)為差分方程的次數(shù),a0,a1,an；b0,b1,bm為常系數(shù)為常系數(shù), r(k),c(k)分別為輸入和輸出采樣序列分別為輸入和輸出采樣序列. 工業(yè)計算機控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)，如前述的爐工業(yè)計算機控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)，如前述的爐溫微機控制系統(tǒng)等。溫微機控制系統(tǒng)等。3. 非線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個元部件的輸入系統(tǒng)中只要有一個元部件的輸入-輸出特性是非線性的輸出特性是非線性的,這類系統(tǒng)

42、就稱為非線性系統(tǒng)這類系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng).這時這時,要用非線性微分要用非線性微分(或差分或差分)方程來描述其特性方程來描述其特性. 非線性方程的特點是非線性方程的特點是系數(shù)與變量有關(guān)系數(shù)與變量有關(guān), ,或者或者方程中含有變方程中含有變量及其導數(shù)的高次冪或乘積項量及其導數(shù)的高次冪或乘積項, ,例如例如)()()()()(2trtytytyty 嚴格地說嚴格地說, ,實際的控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)實際的控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng). .但對于非線性程但對于非線性程度不太嚴重的元部件度不太嚴重的元部件, ,可采用在一定范圍內(nèi)線性化的方法可采用在一定范圍內(nèi)線性化的方法, ,從而將從而將非線性系統(tǒng)近似為線性控制

43、系統(tǒng)非線性系統(tǒng)近似為線性控制系統(tǒng). . 由于非線性方程在數(shù)學處理上較困難由于非線性方程在數(shù)學處理上較困難, ,目前對不同類型的非線目前對不同類型的非線性系統(tǒng)的研究還沒有統(tǒng)一的方法性系統(tǒng)的研究還沒有統(tǒng)一的方法. . 盡管自控系統(tǒng)有不同的類型盡管自控系統(tǒng)有不同的類型, ,對每個系統(tǒng)也都有不同的特對每個系統(tǒng)也都有不同的特殊要求殊要求, ,但在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時但在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時, ,通常感興趣的都是系統(tǒng)通常感興趣的都是系統(tǒng)在某種典型輸入信號下在某種典型輸入信號下, ,其被控量變化的全過程其被控量變化的全過程, ,且對全過程提且對全過程提出的共同基本要求都是一樣的，即出的共同基本要求都是一

44、樣的，即穩(wěn)穩(wěn)定性、定性、快快速性和速性和準準確性。確性。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決先決條件條件. .一個穩(wěn)定的一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng), ,其被控量偏離期望值的初始偏差應隨時間的增長逐其被控量偏離期望值的初始偏差應隨時間的增長逐漸減小或趨于零漸減小或趨于零. . 不穩(wěn)定系統(tǒng)輸出量的過渡過程隨時間而增長不穩(wěn)定系統(tǒng)輸出量的過渡過程隨時間而增長或表現(xiàn)為持續(xù)震蕩，無法完成預定的控制任務?；虮憩F(xiàn)為持續(xù)震蕩，無法完成預定的控制任務。 線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定所決定, ,與外與外界因素界因素無關(guān)

45、無關(guān). .1 基本要求的提法基本要求的提法 快速性快速性 控制系統(tǒng)不僅要穩(wěn)定控制系統(tǒng)不僅要穩(wěn)定, ,還必須對其過渡過程的形式和快慢還必須對其過渡過程的形式和快慢提出要求提出要求, ,一般稱為一般稱為動態(tài)性能動態(tài)性能. .通常希望過渡過程持續(xù)時間盡通常希望過渡過程持續(xù)時間盡量短量短. . 如對于穩(wěn)定的高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖炮身最終能跟如對于穩(wěn)定的高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖炮身最終能跟蹤目標，但若目標變動迅速，而炮身跟蹤目標所需過渡過程蹤目標，但若目標變動迅速，而炮身跟蹤目標所需過渡過程時間過長，就不可能擊中目標。時間過長，就不可能擊中目標。 準確性準確性 理想情況下理想情況下, ,當過渡過程結(jié)束后當

46、過渡過程結(jié)束后, ,被控量達到的穩(wěn)態(tài)值被控量達到的穩(wěn)態(tài)值( (即即平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)) )應與期望值一致應與期望值一致. .但實際上但實際上, ,由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外作用由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外作用形式以及摩擦、間隙等非線性因素的影響形式以及摩擦、間隙等非線性因素的影響, ,被控量的穩(wěn)態(tài)值與被控量的穩(wěn)態(tài)值與期望值之間會有誤差存在期望值之間會有誤差存在, ,稱為稱為穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差。它是衡量控制系統(tǒng)。它是衡量控制系統(tǒng)控制精度控制精度的重要標志的重要標志, ,在技術(shù)指標中一般都有具體要求在技術(shù)指標中一般都有具體要求. .2 典型外作用典型外作用 在工程實踐中，自動控制系統(tǒng)承受的外作用形式多種多樣，對不在工程實踐

47、中，自動控制系統(tǒng)承受的外作用形式多種多樣，對不同形式的外作用，系統(tǒng)被控量的變化情況（即響應）各不相同，為了同形式的外作用，系統(tǒng)被控量的變化情況（即響應）各不相同，為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能，通常選用幾種確定性函數(shù)作為函數(shù)作為典型外作用典型外作用。階躍、斜坡、脈沖、正弦函數(shù)。階躍、斜坡、脈沖、正弦函數(shù)(1) 階躍函數(shù)階躍函數(shù) 階躍函數(shù)的數(shù)學表達式為階躍函數(shù)的數(shù)學表達式為000)(tRttf 表示一個在表示一個在t=0時出現(xiàn)的幅值為時出現(xiàn)的幅值為R的階躍變化函數(shù)。在實際系統(tǒng)的階躍變化函數(shù)。在實際系統(tǒng)中，這意味著中，這意味

48、著t=0時突然加到系統(tǒng)上的一個幅值不變的外作用。幅值時突然加到系統(tǒng)上的一個幅值不變的外作用。幅值R1的階躍函數(shù)，稱的階躍函數(shù)，稱單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù)，用，用1(t)表示，幅值為表示，幅值為R的階躍函的階躍函數(shù)便可表示為數(shù)便可表示為f(t)R 1(t) 。在任意時刻。在任意時刻t0出現(xiàn)的階躍函數(shù)可表示為出現(xiàn)的階躍函數(shù)可表示為f(t- t0)R 1(t- t0) 。 階躍函數(shù)是自動控制系統(tǒng)在實際工作條件下經(jīng)常遇到的一種外階躍函數(shù)是自動控制系統(tǒng)在實際工作條件下經(jīng)常遇到的一種外作用形式。如電源電壓突然跳動。在控制系統(tǒng)的分析設(shè)計工作中，作用形式。如電源電壓突然跳動。在控制系統(tǒng)的分析設(shè)計工作中，一一般

49、將階躍函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應特性作為評價系統(tǒng)動態(tài)性能指標的依般將階躍函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應特性作為評價系統(tǒng)動態(tài)性能指標的依據(jù)。據(jù)。(2) 斜坡函數(shù)斜坡函數(shù) 斜坡函數(shù)的數(shù)學表達式為斜坡函數(shù)的數(shù)學表達式為000)(tRtttf 表示在表示在t=0時刻開始，以恒定速率時刻開始，以恒定速率R 隨時間而變化的函數(shù)。在隨時間而變化的函數(shù)。在工程實踐中，某些隨動系統(tǒng)就常常工作于這種外作用下，例如雷工程實踐中，某些隨動系統(tǒng)就常常工作于這種外作用下，例如雷達達-高射炮防空系統(tǒng)，當雷達跟蹤的目標以恒定速率飛行時，便可高射炮防空系統(tǒng)，當雷達跟蹤的目標以恒定速率飛行時，便可視為該系統(tǒng)工作于斜坡函數(shù)作用之下。視為該系統(tǒng)工作

50、于斜坡函數(shù)作用之下。(3) 脈沖函數(shù)脈沖函數(shù) 定義為定義為圖示兩個階躍合成為脈動函數(shù)圖示兩個階躍合成為脈動函數(shù), ,其面積為其面積為A=(A/t0)t0令令t00, 脈動函數(shù)極限就是強度脈動函數(shù)極限就是強度(面積面積)為為A的脈沖函數(shù)的脈沖函數(shù), 記作記作 A(t).面積為面積為1 1的脈沖函數(shù)稱為單位脈沖或的脈沖函數(shù)稱為單位脈沖或函數(shù)，記作函數(shù)，記作(t).在在t0時刻出現(xiàn)的單位脈沖表示為時刻出現(xiàn)的單位脈沖表示為(t-t0).+ + 脈沖函數(shù)在現(xiàn)實中是脈沖函數(shù)在現(xiàn)實中是不存在不存在的，只有數(shù)學上的定義的，只有數(shù)學上的定義, , 但它但它卻是一個重要而有效的數(shù)學工具卻是一個重要而有效的數(shù)學工具

51、. . 例如例如, ,一個任意形式的外作用一個任意形式的外作用, ,可以分解成不同時刻的一系列脈沖函數(shù)之和，這樣，通過研究控可以分解成不同時刻的一系列脈沖函數(shù)之和，這樣，通過研究控制系統(tǒng)在脈沖函數(shù)作用下的響應特性，便可以了解在任意形式外制系統(tǒng)在脈沖函數(shù)作用下的響應特性，便可以了解在任意形式外作用下的響應特性。作用下的響應特性。(4) 正弦函數(shù)正弦函數(shù) 數(shù)學表達式為數(shù)學表達式為f(t) 正弦函數(shù)是控制系統(tǒng)常用的一正弦函數(shù)是控制系統(tǒng)常用的一種典型外作用，很多實際隨動系統(tǒng)種典型外作用，很多實際隨動系統(tǒng)就是常在這種正弦函數(shù)外作用下工就是常在這種正弦函數(shù)外作用下工作的。例如，艦船的消擺系統(tǒng)、穩(wěn)作的。例如

52、，艦船的消擺系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺的隨動系統(tǒng)等，就是處于形定平臺的隨動系統(tǒng)等，就是處于形如正弦函數(shù)的波浪下工作的。更為如正弦函數(shù)的波浪下工作的。更為重要的是系統(tǒng)在正弦函數(shù)作用下的重要的是系統(tǒng)在正弦函數(shù)作用下的響應，即頻率響應，是自動控制理響應，即頻率響應，是自動控制理論中研究控制系統(tǒng)性能的重要依據(jù)論中研究控制系統(tǒng)性能的重要依據(jù).1. 主要任務主要任務 工程控制論的研究內(nèi)容大致有五個方面：工程控制論的研究內(nèi)容大致有五個方面： (1) 當系統(tǒng)已定、輸入已知時，求系統(tǒng)的輸出當系統(tǒng)已定、輸入已知時，求系統(tǒng)的輸出, 并研究控制系并研究控制系統(tǒng)的有關(guān)問題統(tǒng)的有關(guān)問題(穩(wěn)定性穩(wěn)定性, 動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能等動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能等)，此即，此即系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析問題問題; (2) 當系統(tǒng)已定時，確定輸入，且所確定的輸入應使得輸出盡可當系統(tǒng)已定時，確定輸入，且所確定的輸入應使得輸出盡可能符合給定的最佳要求，此即能符合給定的最佳要求，此即最優(yōu)控制最優(yōu)控制問題；問題； (3) 當輸入已知時，確定系統(tǒng)，且所確定的系統(tǒng)應使得輸出符合當輸入已知時，確定系統(tǒng)，且所確定的系統(tǒng)應使得輸出符合給定的要求，此即給定的要求，此即系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計問題；問題； (4) 當輸出已知時，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，當輸出已知時，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即此即濾波與預測濾波與預測問題；問題；