第一章 自動控制的一般概念

1、成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論自動控制原理自動控制原理講講 述述 人人 ：付克昌：付克昌 聯(lián)系方式：航空港校區(qū)金工樓聯(lián)系方式：航空港校區(qū)金工樓102102室室EmailEmail： 教師課件：網(wǎng)絡教學平臺教師課件：網(wǎng)絡教學平臺- -自動控制原理自動控制原理 用戶名：學號用戶名：學號 初始密碼：學號初始密碼：學號成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論課程性質課程性質：學科基礎、必修。：學科基礎、必修。學時安排學時安排：自動控制原理（：自動控制原理（6464學時，理論教學學時

2、，理論教學5656學時，實驗學時，實驗8 8學時）、學時）、現(xiàn)代控制理論（現(xiàn)代控制理論（3232學時（學時（24+824+8）作業(yè)作業(yè)：知識型作業(yè)，工程應用型作業(yè)和計算機仿真作業(yè)。：知識型作業(yè)，工程應用型作業(yè)和計算機仿真作業(yè)。成績評定成績評定： 期末卷面：期末卷面：60%60%（閉卷考試）（閉卷考試） 平時表現(xiàn)：考勤、課堂表現(xiàn)平時表現(xiàn)：考勤、課堂表現(xiàn)5%5%、作業(yè)、作業(yè)10%10%、實驗、實驗25%25%課程導論課程導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論本課程與其它課程的關系本課程與其它課程的關系自動控制原理自動控制原理電機與拖動電

3、機與拖動模擬電子技術模擬電子技術線性代數(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）微積分（含微分方程）復變函數(shù)、拉普拉斯變換復變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論電路理論大學物理（力學、熱力學）大學物理（力學、熱力學）電力電子技術電力電子技術各類專業(yè)課、線性系各類專業(yè)課、線性系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論課程導論課程導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論教材：教材： 胡壽松主編胡壽松主編 自動控制原理基礎教程自動控制原理基礎教程（第（第3版）版） 科學出版社科學出版社參考書：參考書： Richard C.Dorf Richard C.Dorf 現(xiàn)代控

4、制系統(tǒng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)（第（第8 8版）版） 高教出版社高教出版社 王劃一主編王劃一主編 自動控制原理自動控制原理 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 胡壽松主編胡壽松主編 自動控制原理習題集自動控制原理習題集（第（第2 2版）版） 科學出版科學出版社社 黃忠霖著黃忠霖著 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)MATLABMATLAB計算及仿真計算及仿真 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 劉坤主編劉坤主編 MATLABMATLAB自動控制原理習題精解自動控制原理習題精解國防工業(yè)出版國防工業(yè)出版社社本課程主要學習資料本課程主要學習資料成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論本

5、課程研究的主要內容本課程研究的主要內容課程導論課程導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1-1 1-1 自動控制的基本原理自動控制的基本原理1-21-2 自動控制系統(tǒng)示例自動控制系統(tǒng)示例1-3 1-3 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類1-41-4 自動控制系統(tǒng)的基本要求自動控制系統(tǒng)的基本要求1-5 1-5 自動控制系統(tǒng)的分析與設計工具（自學）自動控制系統(tǒng)的分析與設計工具（自學）n 本章主要內容本章主要內容成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制

6、系統(tǒng)導論n 本章學習要求本章學習要求1 1、明確什么叫自動控制、自動控制系統(tǒng)、負反饋原、明確什么叫自動控制、自動控制系統(tǒng)、負反饋原理等基本概念理等基本概念2 2、正確理解三種控制方式，特別是、正確理解三種控制方式，特別是閉環(huán)控制閉環(huán)控制3 3、掌握繪制系統(tǒng)方塊圖的方法、掌握繪制系統(tǒng)方塊圖的方法4 4、了解系統(tǒng)的分類，特別是線性與非線性系統(tǒng)區(qū)別、了解系統(tǒng)的分類，特別是線性與非線性系統(tǒng)區(qū)別5 5、明確對自動控制系統(tǒng)的要求：穩(wěn)、準、快、明確對自動控制系統(tǒng)的要求：穩(wěn)、準、快第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)

7、導論一、例一、例: 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)1.1 自動控制的基本原理自動控制的基本原理液位控制液位控制成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論進水進水出水出水水池水池控制器控制器電動閥門電動閥門變送器變送器成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論二、基本概念二、基本概念1. 1. 自動控制自動控制 P1P1 在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝在沒有人直接參與的情況下，利用外加的

8、設備或裝置（稱置（稱控制裝置或控制器控制裝置或控制器），使機器、設備或生產過），使機器、設備或生產過程（統(tǒng)稱程（統(tǒng)稱被控對象被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控被控量量）自動地按照預定的規(guī)律運行。）自動地按照預定的規(guī)律運行。被控對象被控對象 - - 被控制的具體的機器、設備或被控制的具體的機器、設備或生產過程，是系統(tǒng)的主體。生產過程，是系統(tǒng)的主體?？刂蒲b置控制裝置 - - 除去被控對象以外的具有測量、除去被控對象以外的具有測量、計算、放大和執(zhí)行功能的部分。計算、放大和執(zhí)行功能的部分。注意注意成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制

9、系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論2. 2. 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) P1P1 為實現(xiàn)各種復雜的控制任務，將被控對象和控制裝為實現(xiàn)各種復雜的控制任務，將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體。置按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體。被控被控對象對象執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置控制器控制器測量裝置測量裝置比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)參考輸參考輸入量入量偏差偏差測量值測量值輸出量輸出量控制量控制量擾動量擾動量操縱量操縱量廣義對象廣義對象控制裝置控制裝置自動控制系統(tǒng)方塊圖自動控制系統(tǒng)方塊圖成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論一些基本術語（變量、通道）一

10、些基本術語（變量、通道）被控量（輸出量）：被控量（輸出量）：指被控對象的輸出。指被控對象的輸出?？刂屏浚嚎刂屏浚褐缚刂破魇┘咏o廣義對象的控制信號。指控制器施加給廣義對象的控制信號。輸入：輸入：指輸入到控制系統(tǒng)中的信號指輸入到控制系統(tǒng)中的信號, ,包括參考輸入和擾動。包括參考輸入和擾動。參考輸入：參考輸入：指系統(tǒng)給定的輸入信號（給定量）。指系統(tǒng)給定的輸入信號（給定量）。擾動：擾動：指外界或系統(tǒng)內部影響系統(tǒng)輸出的干擾信號。指外界或系統(tǒng)內部影響系統(tǒng)輸出的干擾信號。偏差：偏差：參考輸入與反饋信號（測量值）之間的差值。參考輸入與反饋信號（測量值）之間的差值。前向通道：前向通道：指從輸入端沿箭頭方向到輸出

11、端的傳輸通道。指從輸入端沿箭頭方向到輸出端的傳輸通道。反向通道：反向通道：指從輸出端到輸入端的反方向通道。指從輸出端到輸入端的反方向通道。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論3.3.方塊圖（方塊圖（原理框圖原理框圖）（1 1） ：元件：元件（2 2） ：信號（物理量）及傳遞方向：信號（物理量）及傳遞方向（3 3） ：比較點（信號疊加）：比較點（信號疊加）（4 4） ：引出點（分支、信號強度）：引出點（分支、信號強度） （5 5）+/- +/- ：符號的意義（正、負反饋）：符號的意義（正、負反饋）成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工

12、程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論工作原理輸入輸出被控對象 中間環(huán)節(jié)信號傳遞( (自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)方塊圖方塊圖的繪制的繪制) )控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)關鍵點：關鍵點：成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論4.4.反饋控制原理反饋控制原理 P2P2反饋控制實質：按偏差進行控制的過程反饋控制實質：按偏差進行控制的過程反饋反饋：指取出輸出量送回到輸入端并與輸入量相比指取出輸出量送回到輸入端并與輸入量相比 較產生偏差的過程。較產生偏差的過程。 反饋方式反饋方式：正反饋和負反饋。正反饋和負反饋。反饋控制反饋控制: : 將系

13、統(tǒng)的將系統(tǒng)的輸出量輸出量反送到輸入端，與輸入量反送到輸入端，與輸入量相比較產生偏差；根據(jù)相比較產生偏差；根據(jù)偏差偏差調整控制量；根據(jù)控制量調整控制量；根據(jù)控制量驅動執(zhí)行器操作，實現(xiàn)控制目標。驅動執(zhí)行器操作，實現(xiàn)控制目標。負反饋負反饋指偏差越來越小，控制目的是指偏差越來越小，控制目的是減小或消除減小或消除偏差偏差成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1 1給定元件：給定元件：產生給定量或輸入量、期望量。產生給定量或輸入量、期望量。2 2測量元件：測量元件：測量輸出量，產生反饋量。為便于傳輸，反饋量通常為電量。測量輸出量，產生反饋量。為便于

14、傳輸，反饋量通常為電量。 3 3比較元件：比較元件：對輸入量和反饋量進行比較，產生偏差。對輸入量和反饋量進行比較，產生偏差。4 4放大元件：放大元件：對偏差進行放大，使之有足夠的能量驅動執(zhí)行元件實現(xiàn)對偏差進行放大，使之有足夠的能量驅動執(zhí)行元件實現(xiàn) 控制功能。控制功能。5 5執(zhí)行元件：執(zhí)行元件：直接對被控對象進行操縱的元件，如電動機、液壓馬達等。直接對被控對象進行操縱的元件，如電動機、液壓馬達等。6. 6. 校正元件：校正元件：用以改善系統(tǒng)控制質量的裝置。用以改善系統(tǒng)控制質量的裝置。三三 、反饋控制系統(tǒng)的基本組成、反饋控制系統(tǒng)的基本組成 P5成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程

15、學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論請問：教學過程方塊圖？請問：教學過程方塊圖？成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1、轉臺速度控制、轉臺速度控制- -開環(huán)控制開環(huán)控制控制裝置控制裝置放大器放大器執(zhí)行機構執(zhí)行機構直流電機直流電機過程過程轉臺轉臺期望速度信號期望速度信號（電壓）（電壓）實際速度實際速度(b)(b)框圖模型框圖模型DC motorSpeed settingDC amplifierBatterySpeed四四 、自動控制系統(tǒng)

16、基本控制方式、自動控制系統(tǒng)基本控制方式 P5成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論開環(huán)控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)（Open-loop control system）: : 在沒有反饋的情況下，利用執(zhí)行機構直接控制被控對象的在沒有反饋的情況下，利用執(zhí)行機構直接控制被控對象的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。1 1）按給定量控制：）按給定量控制：信號由給定量至輸出量單向傳遞。信號由給定量至輸出量單向傳遞。2 2）按擾動控制（順饋）：）按擾動控制（順饋）：通過對擾動量的測量產生控制作用，以補通過對擾動量的測量產生控制作用，以補償擾動對輸出量的影響。償擾動對輸出

17、量的影響。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論2、轉臺速度控制、轉臺速度控制- -反饋控制反饋控制控制裝置控制裝置放大器放大器執(zhí)行機構執(zhí)行機構直流電機直流電機過程過程轉臺轉臺期望速度信號期望速度信號（電壓）（電壓）實際速度實際速度(b)(b)框圖模型框圖模型檢測環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)轉速計轉速計- -+ +測得的速度信號測得的速度信號（電壓）（電壓）Speed settingSpeedBatteryDC motorTachometerDC amplifier成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制

18、系統(tǒng)導論 對輸出量進行測量，將此測量信號反饋，并與預期的輸對輸出量進行測量，將此測量信號反饋，并與預期的輸入量進行比較，產生偏差，按偏差大小實施控制，使系統(tǒng)變入量進行比較，產生偏差，按偏差大小實施控制，使系統(tǒng)變量之間保持預定關系的控制系統(tǒng)。量之間保持預定關系的控制系統(tǒng)。 整個控制過程成為閉合過程，因此反饋控制系統(tǒng)也稱整個控制過程成為閉合過程，因此反饋控制系統(tǒng)也稱閉閉環(huán)控制系統(tǒng)環(huán)控制系統(tǒng)。綜上所述綜上所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理：閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理：檢測輸出量的實際值；檢測輸出量的實際值；將輸出量的實際值與輸入量進行比較得出偏差；將輸出量的實際值與輸入量進行比較得出偏差；用偏差值產生控制調節(jié)作

19、用去消除偏差，使得輸出量維持期用偏差值產生控制調節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。望的輸出。反饋控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)（Close-loop control system）: :成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論水溫調節(jié)系統(tǒng)工作原理圖水溫調節(jié)系統(tǒng)工作原理圖3、水溫調節(jié)系統(tǒng)、水溫調節(jié)系統(tǒng)- -復合控制復合控制成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論水溫調節(jié)系統(tǒng)方塊圖水溫調節(jié)系統(tǒng)方塊圖成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制

20、系統(tǒng)導論復合控制：復合控制：成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論例：爐溫控制系統(tǒng)例：爐溫控制系統(tǒng)成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論爐溫控制系統(tǒng)方塊圖爐溫控制系統(tǒng)方塊圖成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論u分類方法很多，一般組合應用。例如：分類方法很多，一般組合應用。例如：按控制方式分：按控制方式分：開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制復合控制復合控制1.3 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類思考？思考？開環(huán)控制、閉環(huán)

21、控制、復合控制在結構、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復合控制在結構、工作機理、性能、成本上有何差別工作機理、性能、成本上有何差別按元件類型分：按元件類型分：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等按系統(tǒng)功用分：按系統(tǒng)功用分：溫度控制、位置控制等溫度控制、位置控制等成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1 1、按信號傳遞路徑劃分、按信號傳遞路徑劃分1 1）開環(huán)控制）開環(huán)控制2 2）閉環(huán)控制）閉環(huán)控制3 3）復合控制）復合控制2 2、按給定信號的特征劃分、按給定信號的特征劃分1 1）恒值控制系統(tǒng)）恒值控制系統(tǒng)2 2）隨動控制系統(tǒng)）隨動控制系統(tǒng)3 3）

22、程序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)例如：液位控制系統(tǒng)例如：液位控制系統(tǒng)例如：火炮自動瞄準系統(tǒng)例如：火炮自動瞄準系統(tǒng)例如：機床數(shù)控加工系統(tǒng)例如：機床數(shù)控加工系統(tǒng)u控制系統(tǒng)中通常如何分類？控制系統(tǒng)中通常如何分類？控制理論研究的重點是信息的傳遞和轉換，因此以系控制理論研究的重點是信息的傳遞和轉換，因此以系統(tǒng)信息為出發(fā)點進行分類，如下：統(tǒng)信息為出發(fā)點進行分類，如下：成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論3 3、按系統(tǒng)數(shù)學模型、按系統(tǒng)數(shù)學模型1 1）線性系統(tǒng)）線性系統(tǒng)2 2）非線性系統(tǒng)）非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)：線性系統(tǒng)：系統(tǒng)各元件輸入輸出特性是線性的，系系統(tǒng)

23、各元件輸入輸出特性是線性的，系統(tǒng)的狀態(tài)和性能可以用線性微分（或差分）方程來統(tǒng)的狀態(tài)和性能可以用線性微分（或差分）方程來描述，其突出特點是：描述，其突出特點是：滿足疊加原理滿足疊加原理。非線性系統(tǒng)：非線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要存在一個非線性的元件，系統(tǒng)中只要存在一個非線性的元件，系統(tǒng)就用非線性方程來描述，系統(tǒng)就用非線性方程來描述，通常在一定條件下線通常在一定條件下線性化處理性化處理。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論4 4、按信號傳遞的連續(xù)性劃分、按信號傳遞的連續(xù)性劃分1 1）連續(xù)系統(tǒng)）連續(xù)系統(tǒng)2 2）離散系統(tǒng)）離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：連續(xù)系統(tǒng)：

24、特點特點是系統(tǒng)中各元件的輸入輸出信號都是是系統(tǒng)中各元件的輸入輸出信號都是時間連續(xù)的函數(shù)（工程上稱為模擬量），其運動狀態(tài)時間連續(xù)的函數(shù)（工程上稱為模擬量），其運動狀態(tài)一般用微分方程來描述。一般用微分方程來描述。離散系統(tǒng)：離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中總有至少一處信號是脈沖序列系統(tǒng)中總有至少一處信號是脈沖序列（采樣序列）或數(shù)碼形式，其運動狀態(tài)一般用差分（采樣序列）或數(shù)碼形式，其運動狀態(tài)一般用差分方程來描述。方程來描述。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論5 5、按系統(tǒng)輸入輸出信號的數(shù)量劃分、按系統(tǒng)輸入輸出信號的數(shù)量劃分1 1）單變量系統(tǒng)（）單變量系統(tǒng)（

25、SISOSISO）2 2）多變量系統(tǒng)（）多變量系統(tǒng)（MIMOMIMO）單變量系統(tǒng)：單變量系統(tǒng)：從系統(tǒng)外部變量來說的，給定輸入量是單一的，從系統(tǒng)外部變量來說的，給定輸入量是單一的，響應也是單一的。響應也是單一的。是經(jīng)典控制理論的主要研究對象，以傳遞是經(jīng)典控制理論的主要研究對象，以傳遞函數(shù)為基本數(shù)學工具，討論線性定常系統(tǒng)的分析和設計問題。函數(shù)為基本數(shù)學工具，討論線性定常系統(tǒng)的分析和設計問題。多變量系統(tǒng)：多變量系統(tǒng)：系統(tǒng)有多個輸入量和多個輸出量，系統(tǒng)有多個輸入量和多個輸出量，是現(xiàn)代控制是現(xiàn)代控制理論的主要研究對象，以狀態(tài)空間法為數(shù)學基礎，討論多變理論的主要研究對象，以狀態(tài)空間法為數(shù)學基礎，討論多變量

26、、變參數(shù)、非線性、高精度等控制系統(tǒng)的分析和設計問題量、變參數(shù)、非線性、高精度等控制系統(tǒng)的分析和設計問題。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1 1、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性：基本要求基本要求 要求系統(tǒng)要穩(wěn)定要求系統(tǒng)要穩(wěn)定1.4.1 1.4.1 基本要求基本要求：“穩(wěn)、準、快穩(wěn)、準、快”輸輸入入信信號號響響應應1.4 自動控制系統(tǒng)的基本要求自動控制系統(tǒng)的基本要求成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論2 2、準確性：、準確性：穩(wěn)態(tài)要求穩(wěn)態(tài)要求不穩(wěn)定系統(tǒng)，沒有必要討論準確性不穩(wěn)定系統(tǒng)，沒有必

27、要討論準確性偏差：偏差：0 0偏差：偏差：0.50.5系統(tǒng)響應達到穩(wěn)態(tài)時，輸出跟蹤精度要高系統(tǒng)響應達到穩(wěn)態(tài)時，輸出跟蹤精度要高成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論不穩(wěn)定系統(tǒng)，沒有必要討論快速性不穩(wěn)定系統(tǒng)，沒有必要討論快速性緩慢收斂，穩(wěn)定緩慢收斂，穩(wěn)定快速收斂，穩(wěn)定快速收斂，穩(wěn)定3 3、快速性：、快速性：動態(tài)要求動態(tài)要求 系統(tǒng)階躍響應的過渡過程平穩(wěn)，快速系統(tǒng)階躍響應的過渡過程平穩(wěn)，快速成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論注意：注意： “ “穩(wěn)、準、快穩(wěn)、準、快”相互制約，不同性

28、質的系統(tǒng)，對相互制約，不同性質的系統(tǒng)，對穩(wěn)、準和快的要求各有側重，如：恒值系統(tǒng)對穩(wěn)、準和快的要求各有側重，如：恒值系統(tǒng)對“穩(wěn)、穩(wěn)、準準”要求嚴格，隨動系統(tǒng)對要求嚴格，隨動系統(tǒng)對“快快”要求嚴格，具體設要求嚴格，具體設計時要折中考慮。計時要折中考慮。綜上所述，對自動控制系統(tǒng)的要求，在時域中綜上所述，對自動控制系統(tǒng)的要求，在時域中一般可歸納為：一般可歸納為：要求系統(tǒng)絕對穩(wěn)定且有一定的穩(wěn)定裕量；瞬態(tài)要求系統(tǒng)絕對穩(wěn)定且有一定的穩(wěn)定裕量；瞬態(tài)響應過程具有一定的快速和平穩(wěn)性；系統(tǒng)最終響應的響應過程具有一定的快速和平穩(wěn)性；系統(tǒng)最終響應的準確度在工程允許的范圍內。準確度在工程允許的范圍內。成都信息工程學院成都

29、信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論 000ttRtr )(R R=1=1時，稱為單位階躍時，稱為單位階躍信號，用信號，用1(1(t t ) )表示表示 或用或用(t t ) )表示表示-1012345-1012345Step Signaltr(t)階躍信號：階躍信號：含寬頻帶諧波分量，產生容易，是含寬頻帶諧波分量，產生容易，是最常用系統(tǒng)性能測試信號。最常用系統(tǒng)性能測試信號。1.4.2 1.4.2 典型外作用典型外作用1 1、階躍信號階躍信號 (Step Signal)(Step Signal)成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第

30、一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論2 2、斜坡信號、斜坡信號(Ramp Signal)(Ramp Signal) 0 00ttRttr )(當當R R=1=1時，則稱為時，則稱為單位斜坡信號單位斜坡信號 -20246-20246Ramp Signaltr(t)斜坡信號：斜坡信號：為勻速信號，適于測試勻速系統(tǒng)。為勻速信號，適于測試勻速系統(tǒng)。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論3 3、加速度信號（拋物線信號、加速度信號（拋物線信號(Parabolic Signal)(Parabolic Signal)） 0 00t )(tRttr221

31、當當R R=1=1時，則稱為時，則稱為單位加速度信號單位加速度信號 拋物線信號：拋物線信號：為勻加速信號，適于測試為勻加速信號，適于測試勻加速系統(tǒng)勻加速系統(tǒng)成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論4 4、脈沖信號、脈沖信號(Impulse Signal)(Impulse Signal)1(-)1( lim)(0000t-tttRtrt 當面積當面積R=1R=1時就得理想時就得理想的單位脈沖信號的單位脈沖信號( (亦稱亦稱( (t t ) ) 函數(shù)函數(shù)) )。 脈沖信號：脈沖信號：可用于測試系統(tǒng)抗沖擊能力可用于測試系統(tǒng)抗沖擊能力成都信息工程

32、學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論5 5、正弦信號、正弦信號(Sin Signal)(Sin Signal) 0 00tttAtr sin)( A A為幅值為幅值 T T為周期，為周期， =2=2/ /T T為角頻率為角頻率 正弦信號：正弦信號：為單頻率信號，適于測試系統(tǒng)頻率特性為單頻率信號，適于測試系統(tǒng)頻率特性成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論本章教學要求本章教學要求1 1、明確什么叫自動控制，正確理解被控對象、被控量、控、明確什么叫自動控制，正確理解被控對象、被控量、控制裝置和自

33、動控制系統(tǒng)等概念；制裝置和自動控制系統(tǒng)等概念；2 2、正確理解三種控制方式，特別是閉環(huán)控制；、正確理解三種控制方式，特別是閉環(huán)控制；3 3、初步掌握由系統(tǒng)原理圖畫方塊圖的方法，并能正確判斷、初步掌握由系統(tǒng)原理圖畫方塊圖的方法，并能正確判斷系統(tǒng)的控制方式；系統(tǒng)的控制方式；4 4、明確系統(tǒng)常用分類方法；、明確系統(tǒng)常用分類方法；5 5、明確對自動控制系統(tǒng)的基本要求，正確理解三大性能指、明確對自動控制系統(tǒng)的基本要求，正確理解三大性能指標的含義。標的含義。作業(yè)作業(yè)：習題：習題：1-11-1、1-21-2成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論成都信

34、息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-控制原理實驗室控制原理實驗室 6111實際運行情況：實際運行情況：自動控制原理課程實驗、自動控制原理課程實驗、Matlab仿真類實驗仿真類實驗成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-運動控制實驗室運動控制實驗室 6112倒立擺控制系統(tǒng)是一個復雜的、不穩(wěn)定的、非線性系統(tǒng)倒立擺控制系統(tǒng)是一個復雜的、不穩(wěn)定的、非線性系統(tǒng)對象：倒立擺（單級、二級）對象：倒立擺（單級、二級）檢測元件：光電編碼器檢測元件：光電編碼器執(zhí)

35、行器：伺服電機執(zhí)行器：伺服電機控制器：運動控制卡控制器：運動控制卡實際運行情況實際運行情況：演示實驗、畢業(yè)設計演示實驗、畢業(yè)設計成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論運動控制實驗室運動控制實驗室 61126112實驗室介紹實驗室介紹-運動控制實驗室運動控制實驗室 6112成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-過程控制實驗室過程控制實驗室 6110成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論是工業(yè)現(xiàn)場控制的縮

36、影是工業(yè)現(xiàn)場控制的縮影對象：對象：液位控制：線性（單容水箱、雙容水箱，非線性（圓形水箱）；液位控制：線性（單容水箱、雙容水箱，非線性（圓形水箱）；溫度控制：（鍋爐）溫度控制：（鍋爐）檢測元件：流量計、壓力傳感器檢測元件：流量計、壓力傳感器執(zhí)行器：電磁閥、變頻器執(zhí)行器：電磁閥、變頻器控制器：儀表、控制器：儀表、DDC、 PLC、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線實驗室介紹實驗室介紹-過程控制實驗室過程控制實驗室 6110成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-過程控制實驗室過程控制實驗室 6110實際運行情況：過程控制類實驗、畢業(yè)設計

37、實際運行情況：過程控制類實驗、畢業(yè)設計成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-電氣工程實驗室電氣工程實驗室 6108成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-電氣工程實驗室電氣工程實驗室 6108實際運行情況：實際運行情況：電力拖動、運動控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)工程基礎、電力拖動、運動控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)工程基礎、電力電子技術等課程實驗、畢業(yè)設計電力電子技術等課程實驗、畢業(yè)設計成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院

38、控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-電氣工程實驗室電氣工程實驗室 6108實際運行情況：實際運行情況：電力系統(tǒng)繼電保護、配電網(wǎng)自動化等課程實驗、畢業(yè)設計電力系統(tǒng)繼電保護、配電網(wǎng)自動化等課程實驗、畢業(yè)設計成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實驗室介紹實驗室介紹-機器人創(chuàng)新實驗室機器人創(chuàng)新實驗室6106成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論實際運行情況：實際運行情況：機器人競賽類：機器人競賽類： 國際國際FIRA、ROBOCUP 足球機器人競賽、

39、機器人滅火競賽、足球機器人競賽、機器人滅火競賽、機器人足球競賽、機器人創(chuàng)新競賽等。機器人足球競賽、機器人創(chuàng)新競賽等。專業(yè)課程教學：專業(yè)課程教學： 面向對象程序設計、運動控制系統(tǒng)、智能控制、機器人工程、面向對象程序設計、運動控制系統(tǒng)、智能控制、機器人工程、機器人設計制作、大學生科技創(chuàng)新設計、畢業(yè)設計等。機器人設計制作、大學生科技創(chuàng)新設計、畢業(yè)設計等。實驗室介紹實驗室介紹-機器人創(chuàng)新實驗室機器人創(chuàng)新實驗室6106成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論控制理論與技術發(fā)展簡況控制理論與技術發(fā)展簡況成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控

40、制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論300BC 300BC 古希臘人發(fā)明的浮球調節(jié)裝置古希臘人發(fā)明的浮球調節(jié)裝置; ;800AD 800AD 古代阿拉伯人利用浮球進行水鐘控制古代阿拉伯人利用浮球進行水鐘控制; ; 1086AD 1086AD 蘇頌發(fā)明的水運儀象臺。蘇頌發(fā)明的水運儀象臺。Temple DoorTemple DoorWater ClockWater Clock水運儀象臺水運儀象臺控制理論與技術發(fā)展簡況控制理論與技術發(fā)展簡況成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論1788 1788 英國英國 J. Watt J. W

41、att 用離心式調速機構控制蒸汽機的速度用離心式調速機構控制蒸汽機的速度; ;1840 1840 英國英國 G.B.AriyG.B.Ariy首次用微分方程研究控制系統(tǒng)討論了反饋首次用微分方程研究控制系統(tǒng)討論了反饋系統(tǒng)的不穩(wěn)定系統(tǒng)的不穩(wěn)定; ; 1868 1868 英國英國 J.C.Maxwell J.C.Maxwell 發(fā)表了發(fā)表了“On Governors” On Governors” 一文一文, ,系統(tǒng)系統(tǒng)分析了反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題；分析了反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題；1877 E.J.Routh1877 E.J.Routh和和A.Hurwitz 1895A.Hurwitz 1895年分別

42、建立了年分別建立了“Routh-Routh-Hurwitz Stability CriteriaHurwitz Stability Criteria；1892 1892 俄國俄國 A.M.Lyapunov A.M.Lyapunov 完成博士論文完成博士論文“論運動穩(wěn)定性的一論運動穩(wěn)定性的一般問題般問題”。控制理論與技術發(fā)展簡況控制理論與技術發(fā)展簡況成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論19271927年年 美國美國H.S. BlackH.S. Black提出放大器性能的提出放大器性能的負反饋方法負反饋方法 (Negative Feedback Amplifier)(Negative Feedback Amplifier)1932 1932 美國美國H.NyquistH.Nyquist提出了基于極坐標圖的頻率域的穩(wěn)定性判據(jù)提出了基于極坐標圖的頻率域的穩(wěn)定性判據(jù); ;1938 1938 美國美國H.W