彭珍瑞控制工程基礎第一章緒論

1、pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院1主要內容主要內容第一節(jié)第一節(jié) 概論概論第二節(jié)第二節(jié) 控制的基本原理控制的基本原理第三節(jié)第三節(jié) 控制的基本方式控制的基本方式第四節(jié)第四節(jié) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分類的分類第五節(jié)第五節(jié) 控制系統(tǒng)的性能要求控制系統(tǒng)的性能要求 pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院2隨著科學技術的進步，控制的概念也在擴大，隨著科學技術的進步，控制的概念也在擴大，政治、經濟、社會等各個領域也越來越多地被認政治、經濟、社會等各個領域也越來越多地被認為與自動控制有關。現(xiàn)在已發(fā)展成為一門獨立的為與自動控制有關?，F(xiàn)在已發(fā)展成為一

2、門獨立的學科學科控制論。工程控制論、生物控制論、控制論。工程控制論、生物控制論、經濟控制論和社會控制論。經濟控制論和社會控制論?？刂普撆c工控制論與工程技術的結程技術的結合合pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院3第一節(jié)第一節(jié) 概論概論一、控制的含義一、控制的含義控制控制-某個某個主體主體使某個使某個客體客體按照一定的目的動作按照一定的目的動作。一件物體，一套裝置，一個物化過程，一個特定系統(tǒng)。人、機器系統(tǒng)-電力，化工，冶金物體-飛船裝置-鍋爐過程-燃燒pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院4二、二、 人工控制與自動控制人工控制與自動

3、控制煤氣灶上油煎雞蛋時的油溫控制煤氣灶上油煎雞蛋時的油溫控制自行車速度控制自行車速度控制 汽車駕駛汽車駕駛 收音機音量調節(jié)收音機音量調節(jié)電飯煲電飯煲 空調空調 抽水馬桶抽水馬桶 聲控光控路燈聲控光控路燈電動機轉速控制電動機轉速控制 導彈飛行控制導彈飛行控制1 1、人工控制、人工控制2 2、自動控制、自動控制pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院5三、控制理論的內容三、控制理論的內容控制理論控制理論經典控制理論(19世紀中葉-20世紀50年代)現(xiàn)代控制理論(60年代以來)線性線性非線性非線性根軌跡法根軌跡法頻域法頻域法時域法時域法采樣控制采樣控制狀態(tài)反饋控制狀態(tài)反

4、饋控制最優(yōu)控制最優(yōu)控制智能控制智能控制預測控制預測控制自適應控制自適應控制模糊控制模糊控制大系統(tǒng)多層分散控制大系統(tǒng)多層分散控制pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院6機械工程控制論主要研究：機械工程控制論主要研究：輸入，系統(tǒng)，輸出輸入，系統(tǒng)，輸出三三者之間的關系者之間的關系輸入輸入系統(tǒng)系統(tǒng)輸出輸出主要解決以下幾方面的問題：主要解決以下幾方面的問題：1、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)分析2、最優(yōu)控制、最優(yōu)控制3、最優(yōu)設計、最優(yōu)設計4、系統(tǒng)辨識、系統(tǒng)辨識5、濾波與預測、濾波與預測pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院7第二節(jié)第二節(jié) 自動控制的基本原理

5、自動控制的基本原理一、基本概念一、基本概念指指由人或用控制裝置由人或用控制裝置使使受控對象受控對象按照按照一定目的來動作所進行的操作。一定目的來動作所進行的操作?？刂疲嚎刂疲褐缚刂频娜蝿沼扇藖硗瓿伞Ｖ缚刂频娜蝿沼扇藖硗瓿?。人工控制：人工控制：指控制的任務用控制裝置來完成，指控制的任務用控制裝置來完成，而人不經常直接參與。而人不經常直接參與。自動控制：自動控制：一般由控制裝置和被控對象組成。一般由控制裝置和被控對象組成?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)：pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院8反饋：反饋：把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端，并與輸把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號

6、比較的過程。入信號比較的過程。根據反饋信號對輸入信號的影響不同將根據反饋信號對輸入信號的影響不同將其分為其分為正反饋正反饋和和負反饋負反饋。信息反饋是最基本的信息反饋是最基本的自動控制原理自動控制原理。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院9例例1 1 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)工業(yè)過程中的反饋控制系統(tǒng)例子工業(yè)過程中的反饋控制系統(tǒng)例子主蒸汽主蒸汽調節(jié)器汽包變送器過熱器省煤器執(zhí)行器給水調節(jié)閥給水泵給水圖圖1-2-1 1-2-1 鍋爐水位控制系統(tǒng)鍋爐水位控制系統(tǒng)pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院10例例2 2 水箱水

7、位控制水箱水位控制圖圖1-2-2 1-2-2 水箱水位控制系統(tǒng)水箱水位控制系統(tǒng)pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院11例例3 3 直流電動機速度控制系統(tǒng)直流電動機速度控制系統(tǒng)圖圖1-2-3 1-2-3 直流電動機速度自動控制的原理結構圖直流電動機速度自動控制的原理結構圖功率放大器U電動機測速發(fā)電機電位器 輸入信號輸入信號測量元件測量元件(變送器變送器)偏差信號偏差信號控制器控制器受控對象受控對象pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院12 直流電動機速度自動控制的原理結構圖如圖直流電動機速度自動控制的原理結構圖如圖1-2-3所示。

8、圖中，電位器電壓為輸入信號。測所示。圖中，電位器電壓為輸入信號。測速發(fā)電機是電動機轉速的測量元件，又稱為變速發(fā)電機是電動機轉速的測量元件，又稱為變送元件（變送器）。圖送元件（變送器）。圖1-2-3，代表電動機轉速，代表電動機轉速變化的測速發(fā)電機電壓送到輸入端與電位器電變化的測速發(fā)電機電壓送到輸入端與電位器電壓進行比較，兩者的差值（又稱偏差信號）控壓進行比較，兩者的差值（又稱偏差信號）控制功率放大器（控制器），控制器的輸出控制制功率放大器（控制器），控制器的輸出控制電動機的轉速，這就形成了電動機轉速自動控電動機的轉速，這就形成了電動機轉速自動控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。pagepage控制工程基礎第一章

9、緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院13 當電源變化、負載變化等引起轉速變化，稱當電源變化、負載變化等引起轉速變化，稱為擾動。電動機被稱為被控對象，轉速稱為為擾動。電動機被稱為被控對象，轉速稱為被控量，當電動機受到擾動后，轉速被控量，當電動機受到擾動后，轉速(被控被控量量)發(fā)生變化，經發(fā)生變化，經測速發(fā)電機測速發(fā)電機(測量元件測量元件)將轉將轉速信號速信號(反饋信號反饋信號)反饋到反饋到功率放大器功率放大器(控制控制器器)，使控制器的輸出，使控制器的輸出(控制量控制量)發(fā)生相應的變發(fā)生相應的變化，從而可以自動地保持轉速不變或使偏差化，從而可以自動地保持轉速不變或使偏差保持在允許的范圍內。保持在允

10、許的范圍內?？刂频娜蝿眨菏故芸貙ο蟮谋豢亓康扔诳刂频娜蝿眨菏故芸貙ο蟮谋豢亓康扔诨虬凑找欢ǖ木确舷Ｍ??；虬凑找欢ǖ木确舷Ｍ?。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院14 從物理角度上來看，控制理論研究的是特從物理角度上來看，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；定激勵作用下的系統(tǒng)響應變化情況； 從數學角度上來看，研究的是輸入與輸出從數學角度上來看，研究的是輸入與輸出之間的映射關系；之間的映射關系； 從信息處理的角度來看，研究的是信息的從信息處理的角度來看，研究的是信息的獲取、處理、變換、輸出等問題。獲取、處理、變換、輸出等問題。 pagep

11、age控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院15二、自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖二、自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖方框圖方框圖( (方框方框+ +箭頭箭頭+ +求和圓求和圓+ +線條線條) )：分析系統(tǒng)內各部：分析系統(tǒng)內各部分之間關系的圖解法。分之間關系的圖解法。 控制系統(tǒng)至少包括由測量、變送元件、控制器控制系統(tǒng)至少包括由測量、變送元件、控制器等組成的控制裝置和被控對象，它的組成方框圖如等組成的控制裝置和被控對象，它的組成方框圖如圖圖1-2-41-2-4所示。所示。 控制裝置應具備三種基本功能：控制裝置應具備三種基本功能：測量、計算和測量、計算和執(zhí)行。執(zhí)行。 參與控制的信號來自三條通

12、道：參與控制的信號來自三條通道：給定值、干擾給定值、干擾和被控量。和被控量。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院16例例4 4 鍋爐水位控制系統(tǒng)鍋爐水位控制系統(tǒng)調節(jié)器執(zhí)行器調節(jié)閥調節(jié)閥汽包汽包變送器變送器+-測量水位測量水位偏偏差差量量控控制制量量調調節(jié)節(jié)位位移移給給水水量量反饋元件反饋元件實實際際水水位位設定設定水位水位過熱器主蒸汽主蒸汽圖圖1-2-4 1-2-4 鍋爐水位控制系統(tǒng)方框圖鍋爐水位控制系統(tǒng)方框圖pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院17被控量被控量干擾干擾主反饋主反饋控制器控制器被控對象被控對象測量、變送元件測量

13、、變送元件給定信號給定信號偏差信號偏差信號控制量控制量reucbn比較元件比較元件圖圖1-2-5 1-2-5 反饋控制系統(tǒng)的組成框圖反饋控制系統(tǒng)的組成框圖pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院18給定信號給定信號r:r:輸入到系統(tǒng)中的指令信號輸入到系統(tǒng)中的指令信號( (參考輸入參考輸入) )。反饋反饋( (主反饋主反饋b)b)：與輸入成正比或某種函數關系與輸入成正比或某種函數關系且與參考輸入信號具有相同量綱的反饋信號。且與參考輸入信號具有相同量綱的反饋信號。偏差偏差e e：參考輸入與主反饋之差。參考輸入與主反饋之差。輸出信號輸出信號c(c(被控量被控量) )：反

14、饋控制系統(tǒng)的被控量，即：反饋控制系統(tǒng)的被控量，即 被控對象的輸出量。被控對象的輸出量?？刂屏靠刂屏縰 u：從控制器輸出并作用于控制對象的信號。從控制器輸出并作用于控制對象的信號。擾動擾動( (干擾干擾n)n)：來自系統(tǒng)內部或外部，對系統(tǒng)產生來自系統(tǒng)內部或外部，對系統(tǒng)產生影響的信號。影響的信號。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院19比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié): :將參考輸入與主反饋信號進行比教的將參考輸入與主反饋信號進行比教的環(huán)節(jié)環(huán)節(jié), ,它的輸出等于參考輸入與主反饋信號的差值。它的輸出等于參考輸入與主反饋信號的差值?？刂茖ο螅嚎刂茖ο螅罕豢刂频臋C器、設備、過程或系統(tǒng)被

15、控制的機器、設備、過程或系統(tǒng)?？刂破鳎嚎刂破鳎河脕韺Ρ豢貙ο笫┘涌刂谱饔玫难b置。用來對被控對象施加控制作用的裝置。反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)：將輸出量轉化為主反饋信號的裝置，將輸出量轉化為主反饋信號的裝置，反饋環(huán)節(jié)中通常有信號檢測裝置。反饋環(huán)節(jié)中通常有信號檢測裝置。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院20典型閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖典型閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)放大運算環(huán)節(jié)放大運算環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)被控對象被控對象比較比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)-控控制制量量偏偏差差量量反反饋饋量量被被控控量量擾擾動動量量圖圖1-2-61-2-6pagepage控制工程基礎

16、第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院21第三節(jié)第三節(jié) 控制的基本方式控制的基本方式從上面的分析可知，控制的基本方式可以有兩種：從上面的分析可知，控制的基本方式可以有兩種：開環(huán)控制開環(huán)控制和和閉環(huán)控制閉環(huán)控制。圖圖1-3-1 1-3-1 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)控制器控制器輸入輸入輸出輸出控制對象控制對象一、開環(huán)控制一、開環(huán)控制 指系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對指系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的方框圖如系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的方框圖如圖圖1-3-1所示。所示。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交

17、大能動學院蘭交大能動學院22如工業(yè)上使用的數字程序控制機床，參見圖如工業(yè)上使用的數字程序控制機床，參見圖1-3-2。圖紙圖紙位移位移放大器放大器執(zhí)行機執(zhí)行機構構(步進步進點機點機)微型微型計算機計算機切削切削刀具刀具工作工作機床機床圖圖1-3-2 1-3-2 微型計算機控制機床（開環(huán)系統(tǒng)）微型計算機控制機床（開環(huán)系統(tǒng)）pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院23系統(tǒng)每一個輸入信號，必有一個固定的工作狀態(tài)和一個系統(tǒng)每一個輸入信號，必有一個固定的工作狀態(tài)和一個系統(tǒng)的輸出量與之相對應，但是不具有修正由于擾動而系統(tǒng)的輸出量與之相對應，但是不具有修正由于擾動而出現(xiàn)的被控制量

18、希望值與實際值之間誤差的能力。出現(xiàn)的被控制量希望值與實際值之間誤差的能力。例如，執(zhí)行機構步進電機出現(xiàn)失步，機床某部分未能準例如，執(zhí)行機構步進電機出現(xiàn)失步，機床某部分未能準確地執(zhí)行程序指令的要求，切削刀具偏離了希望值，控確地執(zhí)行程序指令的要求，切削刀具偏離了希望值，控制指令并不會相應地改變。制指令并不會相應地改變。 開環(huán)控制系統(tǒng)特點：開環(huán)控制系統(tǒng)特點：1.信號從輸入到輸出無反饋信號從輸入到輸出無反饋,單向傳遞單向傳遞. 2.結構簡單結構簡單.3.控制精度不高控制精度不高,無法抑制擾動無法抑制擾動.pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院24二、閉環(huán)控制二、閉環(huán)控制

19、系統(tǒng)輸出信號與輸入端之間存在反饋回路的系統(tǒng)，叫系統(tǒng)輸出信號與輸入端之間存在反饋回路的系統(tǒng)，叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng)?！伴]環(huán)閉環(huán)”這個術語的含義，就是應用反饋作用來減小系統(tǒng)誤差。閉這個術語的含義，就是應用反饋作用來減小系統(tǒng)誤差。閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖1-3-3所示。所示。圖圖1-3-3 1-3-3 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器控制器輸入輸入輸出輸出控制對象控制對象pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院25圖紙圖紙位移位移放大器放大器執(zhí)行機執(zhí)行機構構(步進步進點機點機)微型微型

20、計算機計算機切削切削刀具刀具工作工作機床機床圖圖1-3-4 1-3-4 微型計算機控制機床（閉環(huán)系統(tǒng)）微型計算機控制機床（閉環(huán)系統(tǒng)）反饋測量元件反饋測量元件pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院26 在圖在圖1-3-4中，引入了反饋測量元件，閉環(huán)控制系統(tǒng)由中，引入了反饋測量元件，閉環(huán)控制系統(tǒng)由于有于有“反饋反饋”作用的存在，具有自動修正被控制量出現(xiàn)偏差作用的存在，具有自動修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力，可以修正元件參數變化及外界擾動引起的誤差。的能力，可以修正元件參數變化及外界擾動引起的誤差。 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點閉環(huán)控制系統(tǒng)特點: : 1.1.有反饋回路有反饋回路;

21、; 2.2.結構復雜結構復雜; ;3.3.控制精度高控制精度高, ,自動糾偏自動糾偏有些系統(tǒng)將開環(huán)和閉環(huán)結合在一起有些系統(tǒng)將開環(huán)和閉環(huán)結合在一起,稱為稱為復合控制復合控制。重點討論閉環(huán)控制系統(tǒng)，以后所講的控制系統(tǒng)都指重點討論閉環(huán)控制系統(tǒng)，以后所講的控制系統(tǒng)都指閉環(huán)控制。閉環(huán)控制。由于反饋的存在，由于反饋的存在，控制系統(tǒng)可能出控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)現(xiàn)“振蕩振蕩”。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院27第四節(jié)第四節(jié) 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類1 1、按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同來分、按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同來分2 2、按系統(tǒng)傳輸信號的性質來分、按系統(tǒng)傳輸信號的性

22、質來分3 3、按描述系統(tǒng)的數學模型不同來分、按描述系統(tǒng)的數學模型不同來分pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院28一、按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同來分一、按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同來分 1 1、恒值控制系統(tǒng)、恒值控制系統(tǒng)( (或稱自動調節(jié)系統(tǒng)或稱自動調節(jié)系統(tǒng)) )2 2、過程控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)( (或稱程序控制系統(tǒng)或稱程序控制系統(tǒng)) )特點特點:輸入信號是一個恒定的數值輸入信號是一個恒定的數值。主要研究各種干。主要研究各種干擾對系統(tǒng)輸出的影響以及如何克服這些干擾擾對系統(tǒng)輸出的影響以及如何克服這些干擾,使被控使被控量保持恒定的希望值量保持恒定的希望值,基本控

23、制過程是抗擾過程基本控制過程是抗擾過程(自動自動調節(jié)過程調節(jié)過程)，所以也稱為自動調節(jié)系統(tǒng)。，所以也稱為自動調節(jié)系統(tǒng)。特點特點:輸入信號是一個已知的時間函數輸入信號是一個已知的時間函數，系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)的控制過程按預定的程序進行，要求被控量能迅速準確地過程按預定的程序進行，要求被控量能迅速準確地復現(xiàn)。復現(xiàn)。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院293 3、隨動控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)特點特點: :輸入信號是一個未知的時間函數，輸入信號是一個未知的時間函數，給定量的變給定量的變化規(guī)律是事先不知道的或不需要知道的化規(guī)律是事先不知道的或不需要知道的。基本任務是保證被控量

24、跟隨給定量變化，也叫跟蹤基本任務是保證被控量跟隨給定量變化，也叫跟蹤系統(tǒng)。如果被控量是機械量的系統(tǒng)則可稱為伺服系系統(tǒng)。如果被控量是機械量的系統(tǒng)則可稱為伺服系統(tǒng)。如運動目標的自動跟蹤、瞄準系統(tǒng)、統(tǒng)。如運動目標的自動跟蹤、瞄準系統(tǒng)、 工業(yè)自動工業(yè)自動化儀表中的顯示記錄儀等均屬于隨動控制系統(tǒng)?；瘍x表中的顯示記錄儀等均屬于隨動控制系統(tǒng)。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院30系統(tǒng)的某一處或幾處，信號以脈沖序列或數碼的系統(tǒng)的某一處或幾處，信號以脈沖序列或數碼的形式傳遞的控制系統(tǒng)。其主要特點是：系統(tǒng)中用形式傳遞的控制系統(tǒng)。其主要特點是：系統(tǒng)中用脈沖開關或采樣開關，將連續(xù)信

25、號轉變?yōu)殡x散信脈沖開關或采樣開關，將連續(xù)信號轉變?yōu)殡x散信號?？煞譃槊}沖控制系統(tǒng)和數字控制系統(tǒng)。號?？煞譃槊}沖控制系統(tǒng)和數字控制系統(tǒng)。二、按系統(tǒng)傳輸信號的性質來分二、按系統(tǒng)傳輸信號的性質來分1 1、連續(xù)系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)各部分的信號都是時間的連續(xù)函數。系統(tǒng)各部分的信號都是時間的連續(xù)函數。如電動機速度自動控制系統(tǒng)。如電動機速度自動控制系統(tǒng)。2 2、離散系統(tǒng)、離散系統(tǒng)pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院31三、按描述系統(tǒng)的數學模型不同來分三、按描述系統(tǒng)的數學模型不同來分1 1、線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng) 由線性元件構成的系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)。其運動方程由線性元件構成的系統(tǒng)叫線性系

26、統(tǒng)。其運動方程為線性微分方程。若各項系數為常數，則稱為線為線性微分方程。若各項系數為常數，則稱為線性定常系統(tǒng)。性定常系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的主要特點是具有疊加性線性系統(tǒng)的主要特點是具有疊加性和齊次性和齊次性，即當系統(tǒng)的輸入分別為即當系統(tǒng)的輸入分別為r r1 1( (t t) )和和r r2 2( (t t) )時，對應的輸出分別為時，對應的輸出分別為c c1 1( (t t) )和和c c2 2( (t t) )，則當輸入，則當輸入為為r r( (t t)=)=a a1 1r r1 1( (t t)+)+a a2 2r r2 2( (t t) )時，輸出量為時，輸出量為c c( (t t)=)=a a

27、1 1c c1 1( (t t)+)+a a2 2c c2 2( (t t),), 其中為其中為a a1 1、a a2 2為常系數。為常系數。經典控制理論以連續(xù)線性定經典控制理論以連續(xù)線性定?？刂葡到y(tǒng)為研究對象。?？刂葡到y(tǒng)為研究對象。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院32 2. 嚴格來說，任何物理系統(tǒng)的嚴格來說，任何物理系統(tǒng)的特性特性都是非線性的。都是非線性的。2 2、非線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)1.1.非線性的理論研究一般只能非線性的理論研究一般只能近似的定性描述和數值計算近似的定性描述和數值計算。注意注意：在構成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個或一個以上的非線性在構成系統(tǒng)的

28、環(huán)節(jié)中有一個或一個以上的非線性環(huán)節(jié)時，該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。環(huán)節(jié)時，該系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)不滿非線性系統(tǒng)不滿足疊加性或齊次性。足疊加性或齊次性。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院33四、其它分類方法四、其它分類方法 自動控制系統(tǒng)還有其他的分類方法自動控制系統(tǒng)還有其他的分類方法:(1)按系統(tǒng)的輸入按系統(tǒng)的輸入/輸出信號的數量來分輸出信號的數量來分:有單輸入有單輸入/單輸單輸出系統(tǒng)和多輸入出系統(tǒng)和多輸入/多輸出系統(tǒng)。多輸出系統(tǒng)。(2)按控制系統(tǒng)的功能來分：有溫度控制系統(tǒng)、速度控按控制系統(tǒng)的功能來分：有溫度控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等。制系統(tǒng)、位置

29、控制系統(tǒng)等。(3)按系統(tǒng)元件組成來分：有機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生按系統(tǒng)元件組成來分：有機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生物系統(tǒng)。物系統(tǒng)。(4)按不同的控制理論分支設計的新型控制系統(tǒng)來分，按不同的控制理論分支設計的新型控制系統(tǒng)來分，有最優(yōu)控制系統(tǒng)，自適應控制系統(tǒng)，預測控制系統(tǒng)，有最優(yōu)控制系統(tǒng)，自適應控制系統(tǒng)，預測控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)，神經網絡控制系統(tǒng)等等。模糊控制系統(tǒng)，神經網絡控制系統(tǒng)等等。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院34第五節(jié)第五節(jié) 控制系統(tǒng)的性能要求控制系統(tǒng)的性能要求 當控制系統(tǒng)受到干擾或者人為要求給定值改當控制系統(tǒng)受到干擾或者人為要求給定值改變，被控量就會發(fā)生

30、變化，偏離給定值。通過系變，被控量就會發(fā)生變化，偏離給定值。通過系統(tǒng)的自動控制作用，經過一定的過渡過程，被控統(tǒng)的自動控制作用，經過一定的過渡過程，被控量又恢復到原來的穩(wěn)定值或者穩(wěn)定到一個新的給量又恢復到原來的穩(wěn)定值或者穩(wěn)定到一個新的給定值。定值。被控量在變化過程中的過渡過程稱為動態(tài)被控量在變化過程中的過渡過程稱為動態(tài)過程（即隨時間而變的過程），被控量處于平衡過程（即隨時間而變的過程），被控量處于平衡狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)。狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)。pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院35典型試驗信號典型試驗信號階躍信號階躍信號 斜坡信號斜坡信號 拋物線信號拋物線信號 脈

31、沖信號脈沖信號 正弦信號正弦信號v系統(tǒng)性能分析系統(tǒng)性能分析v動態(tài)特性分析動態(tài)特性分析 y(ty(t)- )- 輸出輸出 x(tx(t) - ) - 輸入輸入 動態(tài)特性動態(tài)特性: :系統(tǒng)輸出在典型測試信號下隨時間變系統(tǒng)輸出在典型測試信號下隨時間變化的特性化的特性v穩(wěn)態(tài)特性分析穩(wěn)態(tài)特性分析 y(y( ) )-穩(wěn)態(tài)輸出穩(wěn)態(tài)輸出 x- x- 輸入輸入 穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性: :平衡狀態(tài)下系統(tǒng)輸出與輸入的關系平衡狀態(tài)下系統(tǒng)輸出與輸入的關系 ( ) ( )y tf x t()( )y tf x pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院36穩(wěn)定性就是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢

32、復穩(wěn)定性就是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復平衡狀態(tài)的能力。平衡狀態(tài)的能力。自動控制系統(tǒng)的最基本的要求是自動控制系統(tǒng)的最基本的要求是系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是不能正常，不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是不能正常工作的。工作的。前提是前提是系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定?？焖傩允侵府斚到y(tǒng)輸出量與給定?？焖傩允侵府斚到y(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產生偏差時，消除這種偏差的快速程的輸入量之間產生偏差時，消除這種偏差的快速程度即度即過渡過程。一般希望這種過渡過程進行得越快過渡過程。一般希望這種過渡過程進行得越快越好，但如果要求過渡過程時間很短，可能使動態(tài)越好，但如果要求過渡過程時間很短，可能使動態(tài)誤差誤差(

33、偏差偏差)過大。合理的設計應該兼顧這兩方面的過大。合理的設計應該兼顧這兩方面的要求。要求。1 1. .穩(wěn)定性穩(wěn)定性2 2. .快速性快速性pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院37在調整過程結束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，在調整過程結束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標。這也是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標。即要求即要求動態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差都越小越好。動態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差都越小越好。常見的控制系統(tǒng)被控量變化的動態(tài)特性有以下幾種常見的控制系統(tǒng)被控量變化的動態(tài)特性有以下幾種: :3 3. .準確性準確性pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院38圖圖1-5-1 1-5-1 控制系統(tǒng)被控量變化的動態(tài)特性控制系統(tǒng)被控量變化的動態(tài)特性 (a)(b)(c)(d)pagepage控制工程基礎第一章 緒論 蘭交大能動學院蘭交大能動學院39 (a)(a)單調過程單調過程: : 被控量被控量y(t)y(t)單調變化單調變化( (沒有沒有“正，正，”，“負負”的變化的變化) )，緩慢地到達新的平衡狀態(tài)，緩慢地到達新的平衡狀態(tài)( (新的穩(wěn)態(tài)新的穩(wěn)態(tài)值值) )。如圖。如圖1-1