第一章反饋控制原理

1、自自 動(dòng)動(dòng) 控控 制制 原原 理理課課 程程 特特 點(diǎn)點(diǎn) 本課程主要介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，本課程主要介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)的模型，控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)的模型，控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法，控制系統(tǒng)的根軌跡分析法，控制系統(tǒng)的頻率，控制系統(tǒng)的根軌跡分析法，控制系統(tǒng)的頻率特性分析法等。特性分析法等。 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較好的掌握分析通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生較好的掌握分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基本思想和基本方法，提高和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基本思想和基本方法，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為以后的課學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為以后的課程的學(xué)習(xí)奠定一定的理論基礎(chǔ)。程的學(xué)習(xí)奠定

2、一定的理論基礎(chǔ)。 課課 程程 特特 點(diǎn)點(diǎn)先修課程：先修課程：高等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)工程數(shù)學(xué)工程數(shù)學(xué) 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)信號(hào)與線性系統(tǒng)信號(hào)與線性系統(tǒng)學(xué)學(xué) 時(shí)：時(shí)：48 48 考核方式：考試考核方式：考試適用專業(yè)：電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)適用專業(yè)：電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)主要參考書主要參考書參考書：參考書：1 1、自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 張旺等張旺等 北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社2、自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 胡壽松胡壽松 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 (第四版第四版) 教材：教材：自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 張旺等張旺等 北京理工大

3、學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社 一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展1.1.萌芽萌芽1818世紀(jì)第一次技術(shù)革命（機(jī)械化）世紀(jì)第一次技術(shù)革命（機(jī)械化）俄國(guó)人波爾佐諾夫發(fā)明鍋爐水位調(diào)節(jié)器俄國(guó)人波爾佐諾夫發(fā)明鍋爐水位調(diào)節(jié)器英國(guó)人瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)離心飛錘式調(diào)速器，萌生了自英國(guó)人瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)離心飛錘式調(diào)速器，萌生了自動(dòng)控制的基本原理動(dòng)控制的基本原理18771877年，勞斯，年，勞斯，18951895年，赫維茨分別提出了系統(tǒng)穩(wěn)定年，赫維茨分別提出了系統(tǒng)穩(wěn)定的代數(shù)判據(jù)（的代數(shù)判據(jù)（1919世紀(jì)末）世紀(jì)末）2.2.奠定基礎(chǔ)（奠定基礎(chǔ)（2020世紀(jì)）世紀(jì)）經(jīng)典控制論經(jīng)典控制論30403040年代，奈奎斯特提

4、出系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻率判據(jù)年代，奈奎斯特提出系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻率判據(jù) 奈氏圖、奈氏判據(jù)、從時(shí)域分析轉(zhuǎn)到頻域分析奈氏圖、奈氏判據(jù)、從時(shí)域分析轉(zhuǎn)到頻域分析19401940年，伯德在頻率法中引入對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，伯德圖年，伯德在頻率法中引入對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，伯德圖19421942年，哈里斯引入傳遞函數(shù)概念年，哈里斯引入傳遞函數(shù)概念19481948年，伊萬恩提出根軌跡分析方法年，伊萬恩提出根軌跡分析方法19491949年，英國(guó)人維納在火炮控制中發(fā)現(xiàn)了反饋的概念，出年，英國(guó)人維納在火炮控制中發(fā)現(xiàn)了反饋的概念，出版了版了控制控制關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)，發(fā)現(xiàn)了控制論是信息、反饋與控

5、制三個(gè)基本要素，奠定了控發(fā)現(xiàn)了控制論是信息、反饋與控制三個(gè)基本要素，奠定了控制論的基礎(chǔ)制論的基礎(chǔ)5050年代中期，添加了非線性系統(tǒng)理論和離散控制理論，形成年代中期，添加了非線性系統(tǒng)理論和離散控制理論，形成了完整的理論體系。了完整的理論體系。 3.3.發(fā)展發(fā)展 迅速滲透到許多學(xué)科，應(yīng)用于火炮、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，數(shù)控、迅速滲透到許多學(xué)科，應(yīng)用于火炮、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，數(shù)控、電力、電力、 冶金，自動(dòng)化技術(shù)冶金，自動(dòng)化技術(shù)錢學(xué)森，錢學(xué)森，19541954年首創(chuàng)年首創(chuàng)“工程控制論工程控制論”，推廣到其它領(lǐng)域，推廣到其它領(lǐng)域生物控制論：生命系統(tǒng)生物控制論：生命系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)控制論：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與發(fā)展問題經(jīng)濟(jì)控制論：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6、與發(fā)展問題社會(huì)控制論：社會(huì)管理與社會(huì)服務(wù)問題社會(huì)控制論：社會(huì)管理與社會(huì)服務(wù)問題 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制論無論在三要素內(nèi)涵上，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制論無論在三要素內(nèi)涵上，還是在深度上和廣度上都發(fā)展變化著，對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和還是在深度上和廣度上都發(fā)展變化著，對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1.1.經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 40504050年代，高階常微分方程年代，高階常微分方程 以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入、單輸出系統(tǒng)的分析和設(shè)以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入、單輸出系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，針對(duì)線性定常系統(tǒng)，主要研究方

7、法有時(shí)域分析法、根軌計(jì)，針對(duì)線性定常系統(tǒng)，主要研究方法有時(shí)域分析法、根軌跡法和頻率特性法。跡法和頻率特性法。2.2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 60706070年代年代 以矩陣?yán)碚摰冉鷶?shù)學(xué)方法作為工具，主要研究方法是以矩陣?yán)碚摰冉鷶?shù)學(xué)方法作為工具，主要研究方法是狀態(tài)空間法，把高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階常微分方程組來狀態(tài)空間法，把高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階常微分方程組來描述系統(tǒng)，解決多輸入多輸出的問題，可處理多變量、非線描述系統(tǒng)，解決多輸入多輸出的問題，可處理多變量、非線性、時(shí)變系統(tǒng)。性、時(shí)變系統(tǒng)。3.703.70年代至今年代至今 巨大發(fā)展巨大發(fā)展 最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)、多變量控制、自適應(yīng)控制、專家

8、系最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)、多變量控制、自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、大系統(tǒng)理論等統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、大系統(tǒng)理論等 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制的基本概念一、自動(dòng)控制的基本術(shù)語(yǔ)一、自動(dòng)控制的基本術(shù)語(yǔ)1 1、控制：根據(jù)某種原理或方法，使特定對(duì)象（被控對(duì)象）、控制：根據(jù)某種原理或方法，使特定對(duì)象（被控對(duì)象）的某些物理量（被控量）按照預(yù)期規(guī)律變化的操縱過程的某些物理量（被控量）按照預(yù)期規(guī)律變化的操縱過程2 2、人工控制、人工控制 ：由人直接或間接操作執(zhí)行裝置的控制方式：由人直接或間接操作執(zhí)行裝置的控制方式 自動(dòng)控制：是指在沒有人直接或間接參與的情況下

9、，利用自動(dòng)控制：是指在沒有人直接或間接參與的情況下，利用外加的設(shè)備和裝置使被控對(duì)象自動(dòng)按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行外加的設(shè)備和裝置使被控對(duì)象自動(dòng)按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行 4 4、自動(dòng)控制系統(tǒng)：由控制器和被控對(duì)象組成的，能夠?qū)崿F(xiàn)自、自動(dòng)控制系統(tǒng)：由控制器和被控對(duì)象組成的，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制任務(wù)的系統(tǒng)動(dòng)控制任務(wù)的系統(tǒng)3、系統(tǒng)：為達(dá)到某一目的，由相互制約的各個(gè)部分，按照一、系統(tǒng)：為達(dá)到某一目的，由相互制約的各個(gè)部分，按照一定規(guī)律組成的具有一定功能的整體定規(guī)律組成的具有一定功能的整體5、被控制量：在控制系統(tǒng)中，按規(guī)定的任務(wù)需要加以控制、被控制量：在控制系統(tǒng)中，按規(guī)定的任務(wù)需要加以控制的物理量的物理量6、反饋：通過測(cè)量變換裝

10、置，將系統(tǒng)或元件的輸出量返回到、反饋：通過測(cè)量變換裝置，將系統(tǒng)或元件的輸出量返回到輸入端，與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差的過程輸入端，與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差的過程7、負(fù)反饋原理：把被控制量反饋到系統(tǒng)的輸入端與參考輸入、負(fù)反饋原理：把被控制量反饋到系統(tǒng)的輸入端與參考輸入進(jìn)行比較，利用偏差產(chǎn)生控制作用，通過控制輸出控制量以進(jìn)行比較，利用偏差產(chǎn)生控制作用，通過控制輸出控制量以減少或消除誤差減少或消除誤差 二、控制系統(tǒng)的基本形式二、控制系統(tǒng)的基本形式 控制系統(tǒng)的類型很多，它們的結(jié)構(gòu)類型和所完成的任務(wù)控制系統(tǒng)的類型很多，它們的結(jié)構(gòu)類型和所完成的任務(wù)也各不相同?？刂葡到y(tǒng)從信息傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也各不相

11、同?？刂葡到y(tǒng)從信息傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看可分為來看可分為開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)和和閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以及同時(shí)具有開，以及同時(shí)具有開環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)。 1 1、開環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng) 只有輸入量的前向控制作用，輸出量并不反饋回來只有輸入量的前向控制作用，輸出量并不反饋回來影響輸入量的控制作用，因而，我們將它稱為開環(huán)控制影響輸入量的控制作用，因而，我們將它稱為開環(huán)控制系統(tǒng)（系統(tǒng)（Open-Loop Control SystemOpen-Loop Control System）。開環(huán)控制系統(tǒng)可）。開環(huán)控制系統(tǒng)可用下圖表示。用下圖表示。

12、 控制器控制器被控制被控制對(duì)象對(duì)象擾動(dòng)擾動(dòng)因素因素參考參考輸入輸入被控被控 制量制量 開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，調(diào)試方便，成本低。因此，在輸入量和輸出量之間的調(diào)試方便，成本低。因此，在輸入量和輸出量之間的關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動(dòng)因素不大，關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載等擾動(dòng)因素不大，或這些擾動(dòng)因素可以預(yù)測(cè)并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，?yīng)盡或這些擾動(dòng)因素可以預(yù)測(cè)并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，?yīng)盡量采用開環(huán)控制系統(tǒng)。量采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制的缺點(diǎn)開環(huán)控制的缺點(diǎn)當(dāng)控制過程中受到來自系統(tǒng)當(dāng)控制過程中受到來自系統(tǒng)外部的各種擾動(dòng)因素，如負(fù)載變化、電源電壓波動(dòng)

13、等，外部的各種擾動(dòng)因素，如負(fù)載變化、電源電壓波動(dòng)等，以及來自系統(tǒng)內(nèi)部的擾動(dòng)因素，如元件參數(shù)變化等，以及來自系統(tǒng)內(nèi)部的擾動(dòng)因素，如元件參數(shù)變化等，都將會(huì)直接影響到輸出量，而控制系統(tǒng)不能自動(dòng)進(jìn)行都將會(huì)直接影響到輸出量，而控制系統(tǒng)不能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，開環(huán)系統(tǒng)對(duì)元器件的精度要求較高。補(bǔ)償。因此，開環(huán)系統(tǒng)對(duì)元器件的精度要求較高。 示例示例直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 給定電壓給定電壓u ug g經(jīng)放大后得到電樞電壓經(jīng)放大后得到電樞電壓u ua a，改變，改變u ug g可得可得不同的轉(zhuǎn)速不同的轉(zhuǎn)速n n，該系統(tǒng)只有輸入量，該系統(tǒng)只有輸入量u ug g對(duì)輸出量對(duì)輸出量n n的單向的單向

14、控制作用。輸出端和輸入端之間不存在反饋回路?？刂谱饔?。輸出端和輸入端之間不存在反饋回路。因而，輸出量因而，輸出量n n對(duì)對(duì)輸入量輸入量u ug g沒有任何沒有任何影響和聯(lián)系，輸出影響和聯(lián)系，輸出量的改變不會(huì)產(chǎn)生量的改變不會(huì)產(chǎn)生控制作用?？刂谱饔?。電電 壓壓放大器放大器功功 率率放大器放大器Mc負(fù)載負(fù)載n電 動(dòng)電 動(dòng)機(jī)機(jī)+_+_+_+E電 位電 位器器augu 2 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close-Loop Control SystemClose-Loop Control System）又稱又稱反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)（Feedback Control Sys

15、temFeedback Control System） ，是在閉環(huán)，是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，把輸出量檢測(cè)出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再控制系統(tǒng)中，把輸出量檢測(cè)出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定值（參考輸入）進(jìn)行比較（相減），反饋到輸入端去與給定值（參考輸入）進(jìn)行比較（相減），并利用比較后的偏差信號(hào)，以一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作并利用比較后的偏差信號(hào)，以一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制作用，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，逐步減小以至用，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，逐步減小以至消除這一偏差，從而實(shí)現(xiàn)要求的控制性能。消除這一偏差，從而實(shí)現(xiàn)要求的控制性能。 電電 壓壓放大器放大器功功 率率放大器放大

16、器Mc負(fù)載負(fù)載n電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)+_+_+_+E電位器電位器測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)+_ 設(shè)上述系統(tǒng)原已在某個(gè)給定電壓設(shè)上述系統(tǒng)原已在某個(gè)給定電壓u ug g相對(duì)于的轉(zhuǎn)速相對(duì)于的轉(zhuǎn)速n n狀態(tài)下運(yùn)狀態(tài)下運(yùn)行，若一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速行，若一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速下降時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地產(chǎn)生調(diào)整過程下降時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地產(chǎn)生調(diào)整過程 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，與開環(huán)控制抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，與開環(huán)控制相比，對(duì)參數(shù)變化不敏感，并能獲得滿意的動(dòng)態(tài)特性和相比，對(duì)參數(shù)變化不敏感，并能獲得滿意的動(dòng)態(tài)特性和控制精度?？刂凭取?閉環(huán)控制的缺點(diǎn)閉環(huán)控制的缺點(diǎn)

17、但是引入反饋增加了系統(tǒng)的復(fù)但是引入反饋增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，如果閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的選取不適當(dāng)，系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)雜性，如果閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的選取不適當(dāng)，系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生振蕩，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)而無法正常工作，這是自動(dòng)控制生振蕩，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)而無法正常工作，這是自動(dòng)控制理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須解決的重要問題。理論和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須解決的重要問題。自動(dòng)控制理論主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制理論主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng) 三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成串聯(lián)串聯(lián)校正元件校正元件放大放大元件元件執(zhí)行執(zhí)行元件元件被控被控對(duì)象對(duì)象擾動(dòng)擾動(dòng)并聯(lián)并聯(lián)校正元件校正元件反饋元件反饋元件參考輸入?yún)⒖驾斎胼敵隽枯敵隽勘容^比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)偏差偏

18、差信號(hào)信號(hào)e e主主反反饋饋信信號(hào)號(hào)測(cè)量反饋元件測(cè)量反饋元件主反饋主反饋局部反饋局部反饋給定給定元件元件)(tc)(tr1 1、組成、組成給定元件給定元件是給出與期望的輸出相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量，是產(chǎn)生控制指令的裝置。是給出與期望的輸出相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量，是產(chǎn)生控制指令的裝置。反饋元件反饋元件如傳感器和測(cè)量?jī)x表，測(cè)量被控變量的值并把它變換為與輸入如傳感器和測(cè)量?jī)x表，測(cè)量被控變量的值并把它變換為與輸入 量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。比較元件比較元件比較輸入信號(hào)與反饋信號(hào)，以產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號(hào)。比較輸入信號(hào)與反饋信號(hào)，以產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信

19、號(hào)。放大元件放大元件將微弱的信號(hào)作線性放大。將微弱的信號(hào)作線性放大。校正元件校正元件按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號(hào)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號(hào)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。執(zhí)行元件執(zhí)行元件由偏差信號(hào)的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，使被控制量按期望值變化由偏差信號(hào)的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，使被控制量按期望值變化 2 2、常見名詞、常見名詞 輸入信號(hào)：系統(tǒng)的輸入信號(hào)是指參考輸入，又稱給定量或給定輸入信號(hào)：系統(tǒng)的輸入信號(hào)是指參考輸入，又稱給定量或給定值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號(hào)。值，它是控制著輸出量變化規(guī)律的指令信號(hào)。 輸出信號(hào)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)是指被控對(duì)象中要求按一定

20、規(guī)律變輸出信號(hào)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)是指被控對(duì)象中要求按一定規(guī)律變化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。系。 反饋信號(hào)：由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（或反饋信號(hào)：由系統(tǒng)（或元件）輸出端取出并反向送回系統(tǒng)（或元件）輸入端的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。反饋分為主反饋和局部反元件）輸入端的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。反饋分為主反饋和局部反饋。饋。 偏差信號(hào)：它是指參考輸入與主反饋信號(hào)之差。偏差信號(hào)簡(jiǎn)稱偏差信號(hào)：它是指參考輸入與主反饋信號(hào)之差。偏差信號(hào)簡(jiǎn)稱偏差。偏差。 誤差信號(hào)：它是指系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差，簡(jiǎn)稱誤誤差信號(hào)：它是指系統(tǒng)

21、輸出量的實(shí)際值與期望值之差，簡(jiǎn)稱誤差。差。 擾動(dòng)信號(hào)：簡(jiǎn)稱擾動(dòng)或干擾，它與控制作用相反，是一種不希擾動(dòng)信號(hào)：簡(jiǎn)稱擾動(dòng)或干擾，它與控制作用相反，是一種不希望的、影響系統(tǒng)輸出的不利因素。擾動(dòng)信號(hào)既可來自系統(tǒng)內(nèi)部，望的、影響系統(tǒng)輸出的不利因素。擾動(dòng)信號(hào)既可來自系統(tǒng)內(nèi)部，又可來自系統(tǒng)外部，分別為內(nèi)部擾動(dòng)和外部擾動(dòng)。又可來自系統(tǒng)外部，分別為內(nèi)部擾動(dòng)和外部擾動(dòng)。 四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.1.按輸入信號(hào)的特征分類按輸入信號(hào)的特征分類1 1）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號(hào)為一常數(shù)，擾動(dòng)）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號(hào)為一常數(shù)，擾動(dòng)使被控量偏離理想值而出現(xiàn)偏差，利用偏差該系統(tǒng)可使被使

22、被控量偏離理想值而出現(xiàn)偏差，利用偏差該系統(tǒng)可使被控量回復(fù)到理想值或接近理想值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)、恒控量回復(fù)到理想值或接近理想值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)均屬于此類系統(tǒng)。溫控制系統(tǒng)均屬于此類系統(tǒng)。2 2）程序控制系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號(hào)是已知時(shí)間函數(shù)。）程序控制系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的輸入信號(hào)是已知時(shí)間函數(shù)。如：熱處理的溫度升溫、保溫、降溫過程。如：熱處理的溫度升溫、保溫、降溫過程。3 3）隨動(dòng)系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的給定量是時(shí)間的未知函數(shù)，系）隨動(dòng)系統(tǒng)：這類系統(tǒng)的給定量是時(shí)間的未知函數(shù)，系統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確、快速地跟隨給定量變化。隨動(dòng)系統(tǒng)又統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確、快速地跟隨給定量變化。隨動(dòng)系統(tǒng)又稱伺服系統(tǒng)?；鹋?/p>

23、自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、船舶自動(dòng)舵均屬此類系稱伺服系統(tǒng)?；鹋谧詣?dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、船舶自動(dòng)舵均屬此類系統(tǒng)。統(tǒng)。 2.2.按描述系統(tǒng)使用的數(shù)學(xué)方法分類按描述系統(tǒng)使用的數(shù)學(xué)方法分類1 1）線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸）線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性都是線性的，系統(tǒng)的性能可用線性微分方程（或差分方出特性都是線性的，系統(tǒng)的性能可用線性微分方程（或差分方程）來描述。程）來描述。2 2）非線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非）非線性系統(tǒng)：該類系統(tǒng)的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非線性元件。系統(tǒng)的性能需用非線性微分方程（或差分方程）來線性元件。系統(tǒng)的性能需用非線

24、性微分方程（或差分方程）來描述。描述。3.3.按信號(hào)的傳遞是否連續(xù)分類按信號(hào)的傳遞是否連續(xù)分類1 1）連續(xù)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號(hào)均為時(shí)間）連續(xù)系統(tǒng)：該類系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號(hào)均為時(shí)間t t的連續(xù)函數(shù)，的連續(xù)函數(shù)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用微分方程描述。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用微分方程描述。2 2）離散系統(tǒng)：該類系統(tǒng)在信號(hào)傳遞過程中有一處或多處的信號(hào)）離散系統(tǒng)：該類系統(tǒng)在信號(hào)傳遞過程中有一處或多處的信號(hào)是脈沖序列或數(shù)字編碼，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用差分方程描述。數(shù)字是脈沖序列或數(shù)字編碼，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用差分方程描述。數(shù)字控制系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)為離散系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)、采樣系統(tǒng)為離散系統(tǒng)。4.4.按其參數(shù)是否隨時(shí)間變化而分按其參數(shù)是否隨

25、時(shí)間變化而分 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)系統(tǒng)中的參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化系統(tǒng)中的參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化 時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)系統(tǒng)中的參數(shù)是時(shí)間系統(tǒng)中的參數(shù)是時(shí)間t t的函數(shù)的函數(shù) 五、自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)五、自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.1.典型外作用信號(hào)典型外作用信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室易得到現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室易得到系統(tǒng)在此信號(hào)作用下能反映實(shí)際工作性能系統(tǒng)在此信號(hào)作用下能反映實(shí)際工作性能數(shù)學(xué)表達(dá)是簡(jiǎn)單，易于理論計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)是簡(jiǎn)單，易于理論計(jì)算1）階躍函數(shù)）階躍函數(shù)如：如：階躍信號(hào)下系統(tǒng)的響應(yīng)常用來評(píng)價(jià)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性階躍信號(hào)下系統(tǒng)的響應(yīng)常用來評(píng)價(jià)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性 2）斜坡函數(shù)）斜坡函數(shù)如：如：常用來評(píng)價(jià)系統(tǒng)跟蹤特性常用來評(píng)價(jià)系統(tǒng)跟

26、蹤特性3）沖激函數(shù)）沖激函數(shù)現(xiàn)實(shí)中不存在現(xiàn)實(shí)中不存在其響應(yīng)具有特殊性其響應(yīng)具有特殊性 4）正弦函數(shù)）正弦函數(shù)如：如：傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù) 2.2.自動(dòng)控制系統(tǒng)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)指標(biāo)1）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性 穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的起碼條件穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的起碼條件 穩(wěn)穩(wěn)指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。w穩(wěn)定性穩(wěn)定性指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，它是自動(dòng)控指系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小或趨于零量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時(shí)間的增

27、長(zhǎng)逐漸減小或趨于零w平穩(wěn)性平穩(wěn)性指過渡過程振蕩的振幅與頻率。即被控量圍繞指過渡過程振蕩的振幅與頻率。即被控量圍繞給定值擺動(dòng)的幅度和擺動(dòng)的次數(shù)。好的過渡過程擺動(dòng)的幅度給定值擺動(dòng)的幅度和擺動(dòng)的次數(shù)。好的過渡過程擺動(dòng)的幅度要小，擺動(dòng)的次數(shù)要少。要小，擺動(dòng)的次數(shù)要少。 2）過渡過程）過渡過程 一般以階躍信號(hào)的響應(yīng)作為系統(tǒng)過渡過程的指標(biāo)一般以階躍信號(hào)的響應(yīng)作為系統(tǒng)過渡過程的指標(biāo)快快是指控制系統(tǒng)的快速性，即過渡過程持續(xù)的是指控制系統(tǒng)的快速性，即過渡過程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短。過渡過程越短，說明系統(tǒng)快速性越好，時(shí)間長(zhǎng)短。過渡過程越短，說明系統(tǒng)快速性越好，過渡過程持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，說明系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，難以過渡過程持續(xù)時(shí)間越

28、長(zhǎng)，說明系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，難以實(shí)現(xiàn)快速變化的指令信號(hào)。實(shí)現(xiàn)快速變化的指令信號(hào)。 3）穩(wěn)態(tài)誤差）穩(wěn)態(tài)誤差 系統(tǒng)希望輸出量與實(shí)際輸出量的差系統(tǒng)希望輸出量與實(shí)際輸出量的差準(zhǔn)準(zhǔn)是指系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量）是指系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量）對(duì)給定值的偏差而言，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系對(duì)給定值的偏差而言，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性越好。越好。 由于被控對(duì)象的具體情況不同，各系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)、快、準(zhǔn)由于被控對(duì)象的具體情況不同，各系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)、快、準(zhǔn)的要求各有側(cè)重。而且對(duì)同一系統(tǒng)，穩(wěn)、快、準(zhǔn)的要求常的要求各有側(cè)重。而且對(duì)同一系統(tǒng)，穩(wěn)、快、準(zhǔn)的要求常常是相互制約的。過分提