第1章自動(dòng)控制原理-緒論

自動(dòng)控制原理

AutomaticControlTheoryChapter1

Preface

緒論自動(dòng)控制原理第1章緒論●自動(dòng)控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求3自動(dòng)控制的發(fā)展是一個(gè)很長(zhǎng)的過程自動(dòng)控制是人類在認(rèn)識(shí)世界和發(fā)明創(chuàng)新的過程中發(fā)展起來的一門重要的科學(xué)技術(shù)。依靠它，人類可以從笨重，重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。

自動(dòng)化也即大范圍自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，從而達(dá)到現(xiàn)代化。自動(dòng)控制的發(fā)展歷史4自動(dòng)控制原理I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）(0)中國(guó)，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺(1400B.C.~1100B.C.)。孫武著《孫子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王時(shí)，李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實(shí)踐(300B.C.)西漢漏壺5自動(dòng)控制原理(3)中國(guó)張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動(dòng)測(cè)量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀(132年)(2)亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水等自動(dòng)裝置(100年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）6自動(dòng)控制原理(4)中國(guó)馬鈞研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車(235年)(5)中國(guó)北宋蘇頌制造的水運(yùn)儀象臺(tái)(1086年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）7自動(dòng)控制原理(6)英國(guó)J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的速度(1788年)(7)英國(guó)J.C.Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器”(OnGovernors)論文(1868年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）8自動(dòng)控制原理(8)英國(guó)E.J.Routh建立Routh判據(jù)(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)(9)俄國(guó)A.M.Lyapunov博士論文“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問題”(1892年)(10)英國(guó)J.M.Gray設(shè)計(jì)出第一艘全自動(dòng)蒸汽輪船“東方”號(hào)(GreatEastern)(1866年)I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）9自動(dòng)控制原理(11)由徐壽設(shè)計(jì)的中國(guó)第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(hào)(L20m,25T,10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水(1866)。次年，中國(guó)第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古”號(hào)在江南造船廠下水。操江號(hào)(62mx10m),392匹馬力，600T排水，備炮9門I.前期控制(EarlyControl)（1400B.C.–1900）10自動(dòng)控制原理II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)(1)美國(guó)福特(FordMotor)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913)(2)美國(guó)N.Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出PID控制方法(1922)(3)美國(guó)MIT的VannevarBush研制成第一臺(tái)大型模擬計(jì)算機(jī)(DifferentialAnalyzer)(1928)V.Bush11自動(dòng)控制原理(4)美國(guó)H.S.Black提出放大器性能的負(fù)反饋方法(NegativeFeedbackAmplifier)

(1927)H.S.BlackII.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)12自動(dòng)控制原理(5)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制?？刂普摰牡旎薔.Wiener給出的定義為：“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)13自動(dòng)控制原理(6)美國(guó)E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)II.經(jīng)典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)14自動(dòng)控制原理III.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）(1)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的H.Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率響應(yīng)法(2)美國(guó)Taylor儀器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法(1942)(3)美國(guó)MIT的N.Wiener研究隨機(jī)過程的預(yù)測(cè)(1942)，提出Wiener濾波理論(1942)，發(fā)表《控制論》(Cybernetics)一書(1948)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。N.B.NicholsN.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory15自動(dòng)控制原理(4)美國(guó)的H.Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(TheoryofServome-chanism)

(1934)，并在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(ServomechanismLaboratory)

(1939)H.HazenIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）16自動(dòng)控制原理(5)英國(guó)A.M.Turine提出圖靈計(jì)算機(jī)的設(shè)想(1937)(6)在貝爾實(shí)驗(yàn)室Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的C.Shannon提出繼電器邏輯自動(dòng)化理論(1938)，隨后，發(fā)表專著《通信的數(shù)字理論》(TheMathematicalTheoryofCommunication)，奠定了信息論的基礎(chǔ)(1948)C.E.ShannonIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）17自動(dòng)控制原理(7)

MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷達(dá)控制系統(tǒng)的過程中，創(chuàng)立了NicholsChartDesignMethod，R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms，以及Hurwicz(1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(SampledDataSystem)(8)美國(guó)W.Evans提出根軌跡法(RootLocusMethod)(1948)，以單輸入線性系統(tǒng)為對(duì)象的經(jīng)典控制研究工作完成。(9)多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，包括Ed.S.Smith的AutomaticControlEngineering(1942)，H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945)，L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945)，以及錢學(xué)森的《工程控制論》(EngineeringCybernetics)(1954)LanJ.ChuIII.經(jīng)典控制(ClassicalControl)

（1935-1950）18自動(dòng)控制原理現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達(dá)，飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)(英國(guó)科學(xué)家A.J.G.MacFarlane)。19自動(dòng)控制原理(2)美國(guó)R.Bellman在RANDCoporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的DynamicProgramming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(1957)(3)國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)成立(1957)，中國(guó)為發(fā)起國(guó)之一，第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議于莫斯科召開(1960)(1)蘇聯(lián)L.S.Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.Pontryagin現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)20自動(dòng)控制原理(4)美國(guó)MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(1952)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)21自動(dòng)控制原理(5)世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace

1957.Laika.Sputnik222自動(dòng)控制原理Oct.4,1957:LaunchoftherocketcarryingSputnik,thefirstman-madesatellite.Photosofthelaunchwerenotinitiallyreleased.Thisphotoisastillfroma1967Sovietdocumentaryfilm.K.S.Pavlovitch(1906-1966),RussianspacecraftdesignerandheaderoftheVostokandVoskhodprojects.現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)23自動(dòng)控制原理(6)美國(guó)GeorgeDevol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954)，兩年后，被稱為機(jī)器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司，UnimationR.E.Kalman現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)24自動(dòng)控制原理(7)美籍匈牙利人R.E.Kalman發(fā)表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等論文，引入狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測(cè)性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)(1960)(8)

蘇聯(lián)東方-１號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.

宇宙哥倫布-加加林AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)25自動(dòng)控制原理(9)

1963年,美國(guó)的LoftiZadeh與C.Desoer發(fā)表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(10)美國(guó)的E.I.Jury

發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng)”(Sampled-DataControlSystem)，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)(1958)

C.Desoer現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)26自動(dòng)控制原理(11)蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號(hào)探測(cè)器，首次在月面軟著陸成功(1966)，三年后(1969)，美國(guó)“阿波羅”11號(hào)把宇航員N.A.Armstrong送上月球。N.A.Armstrong現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)27自動(dòng)控制原理(12)瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辯識(shí)，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問題和定階方法(1967)，六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1993年獲得IEEEMedalofHonor。K.J.Astrom(13)

英國(guó)H.HRosenbrock

發(fā)表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham

發(fā)表LinearMultivariableControl:AGeometricApproach(1974)。W.MWonham現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)28自動(dòng)控制原理(14)美國(guó)的M.E.Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(1969)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)29自動(dòng)控制原理(15)美國(guó)ARPA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971)(16)日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(1976)現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)30自動(dòng)控制原理(17)美國(guó)R.Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)

(1985)。A.IsidoriR.Brockett現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)31自動(dòng)控制原理(18)加拿大G.Zames提出H∞

魯棒控制設(shè)計(jì)方法(1981年)(19)美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功(1981年)GorgeZames現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)32自動(dòng)控制原理(20)美國(guó)A.Bryson

和Y.CHo

發(fā)表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao等提出離散事件系統(tǒng)理論(1983)(21)中國(guó)批準(zhǔn)863高技術(shù)計(jì)劃，包括自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能機(jī)器人兩個(gè)主題(1986)A.BrysonYuC.HoP.Kokotovic現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)33自動(dòng)控制原理(22)

IEEEControlSystemsAward獲得者?，F(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)34自動(dòng)控制原理(23)第一臺(tái)火星探測(cè)器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)(24)旅行者Voyager一號(hào)，二號(hào)開始走出太陽系，對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索現(xiàn)代控制(ModernControl)

(1950-)35自動(dòng)控制原理36自動(dòng)控制的發(fā)展和現(xiàn)狀以維納的《控制論》為標(biāo)志，1948年正式形成。第一時(shí)期經(jīng)典控制理論時(shí)期20世紀(jì)40年代末到50年代初第二時(shí)期現(xiàn)代控制理論時(shí)期20世紀(jì)60年代第三時(shí)期大系統(tǒng)理論、智能控制理論時(shí)期20世紀(jì)70始至今自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理控制系統(tǒng)的發(fā)展自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的一般性理論，是研究自動(dòng)控制過程共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科。它是一個(gè)方法論。

本課程在重點(diǎn)，經(jīng)典控制理論主要研究單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。37該課程與其它課程的關(guān)系自動(dòng)控制原理電機(jī)與拖動(dòng)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）過程工程基礎(chǔ)電力電子技術(shù)各類控制系統(tǒng)課程38自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第1章緒論●自動(dòng)控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求39自動(dòng)控制原理為消除不確定的干擾的影響，借助于某些儀器設(shè)備等工具（控制裝置）使對(duì)象（被控對(duì)象）的一個(gè)或多個(gè)屬性（被控變量）滿足期望的運(yùn)動(dòng)變化要求的操作過程稱為控制，用人工操作稱為人工控制，不要人的干預(yù)完全借助儀器設(shè)備來完成的控制稱為自動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)的基本概念右圖的被控對(duì)象：水池被控變量：水池的水位控制裝置：閥門干擾：閥門前后壓力變化、出水量的變化等40自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制的定義：是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某一工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：由被控對(duì)象(水池)和控制裝置(測(cè)量裝置-浮子；運(yùn)算裝置-連桿杠桿；執(zhí)行裝置-閥門)構(gòu)成的實(shí)現(xiàn)控制功能的統(tǒng)一有機(jī)整體?？刂葡到y(tǒng)的基本概念41自動(dòng)控制原理控制系統(tǒng)的基本概念◆

被控對(duì)象：控制系統(tǒng)要進(jìn)行控制的受控客體◆被控變量：被控制對(duì)象上需要實(shí)現(xiàn)其期望要的物理量常見的控制系統(tǒng)被控變量如冰箱溫度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛機(jī)姿態(tài)角、船的航跡、電網(wǎng)的電壓、生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度、濕度等?！艨刂蒲b置：代替人對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程施加控制作用的裝置?！艚o定量：決定被控量的物理量稱為給定量或參考輸入。給定量表征被控量的期望值或受控對(duì)象的期望狀態(tài)?！魯_動(dòng)量：妨礙給定量對(duì)被控量進(jìn)行正?？刂频乃幸蛩胤Q為擾動(dòng)量。如果擾動(dòng)量產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱為內(nèi)擾；擾動(dòng)量產(chǎn)生在系統(tǒng)外部稱為外擾。給定量和擾動(dòng)量都是自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入量。42自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

為什么自動(dòng)控制是一個(gè)系統(tǒng)？各對(duì)象間是怎么相互作用制約的？系統(tǒng)：為了達(dá)到某一目的，由多個(gè)對(duì)象相互作用相互制約，組成的具有確定功能的有機(jī)整體。浮子的水位信息連桿杠桿的比例運(yùn)算閥門開度變化進(jìn)水流量變化水池水位變化控制系統(tǒng)的基本概念43自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理系統(tǒng)中存在信息的傳遞。從被控對(duì)象輸出端獲得的信息通過中間環(huán)節(jié)（稱為反饋環(huán)節(jié)）再送回控制器的輸入端的過程，稱為反饋?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電梯、汽車、電廠鍋爐、釀酒過程、航空航天等各種機(jī)器或生產(chǎn)過程控制以及軍事領(lǐng)域?？刂葡到y(tǒng)的基本概念44方塊圖的基本元素：（1）：元件（2）：信號(hào)（物理量）及傳遞方向（3），：比較點(diǎn)（信號(hào)疊加）（4）：引出點(diǎn)（分支、信號(hào)強(qiáng)度）（5）+/-：符號(hào)的意義（正、負(fù)反饋）控制系統(tǒng)的基本概念45自動(dòng)控制原理輸出量

環(huán)節(jié)名稱(或特性)輸入量(a)

(-)e=r-br(+)

(-)b(b)re=r-b

b或(c)c引出點(diǎn)cc控制系統(tǒng)的基本概念方框圖中的幾種表示法：系統(tǒng)的方框圖

46自動(dòng)控制原理溫度計(jì)

加熱電阻絲調(diào)壓器u(a)原理圖~220V輸出量(手柄位置)輸入量

調(diào)壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對(duì)象(溫度)擾動(dòng)量(b)方塊圖控制裝置基本控制方式擾動(dòng)輸出量輸入量控制裝置受控對(duì)象開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

閉環(huán)控制開環(huán)控制爐溫開環(huán)控制控制系統(tǒng)的基本概念47自動(dòng)控制原理控制任務(wù)

爐溫保持恒定工作原理調(diào)壓器電壓→加熱電阻電流→加熱爐溫

特點(diǎn)：系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。只有從輸入端到輸出端的信號(hào)前向通道，不存在由輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路。按給定值控制，無抗擾動(dòng)能力，精度低。環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好。

爐溫開環(huán)控制控制系統(tǒng)的基本概念48自動(dòng)控制原理開環(huán)控制有兩種形式

１按給定值控制２按擾動(dòng)補(bǔ)償

圖1.3兩種開環(huán)控制形式方框圖

控制系統(tǒng)的基本概念49自動(dòng)控制原理+-+ugudoMiuin(a)原理圖R

放大

器

負(fù)載

給定信號(hào)ug被控量

擾動(dòng)inui(b)方塊圖

電壓

放大

電阻

R

觸發(fā)器

晶闡管可控整流器

電動(dòng)

機(jī)控制裝置與受控對(duì)象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系。開環(huán)控制按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)那梆伩刂?開環(huán))兩種開環(huán)控制50自動(dòng)控制原理開環(huán)控制的應(yīng)用

目前國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門都廣泛應(yīng)用開環(huán)控制系統(tǒng)，如自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)、產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)流水線及交通指揮的紅綠燈轉(zhuǎn)換等?？刂葡到y(tǒng)的基本概念51自動(dòng)控制原理閉環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)難以保持被控變量滿足希望的要求，比如無論擾動(dòng)大小都要使?fàn)t溫保持恒定，就需人工干預(yù)。閉環(huán)控制是在開環(huán)控制基礎(chǔ)上改進(jìn)演變而來的

控制系統(tǒng)的基本概念52自動(dòng)控制原理人工閉環(huán)爐溫控制

手動(dòng)控制電加熱爐

控制系統(tǒng)的基本概念53自動(dòng)控制原理人工干預(yù)過程１用眼觀察溫度計(jì)測(cè)量爐溫２大腦中比較實(shí)際與給定溫度３相應(yīng)調(diào)整(增加或減小)電壓

手動(dòng)控制電加熱爐方框圖

54自動(dòng)控制原理人工閉環(huán)控制作用

人工的關(guān)鍵性作用是使系統(tǒng)的輸出量參與了系統(tǒng)的控制，形成了信號(hào)傳遞的閉環(huán)回路。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，就調(diào)整控制量，從而保證了輸出量的恒定。人工控制系統(tǒng)也叫做人工反饋系統(tǒng)，或叫人工閉環(huán)控制系統(tǒng)。這兒如果用自動(dòng)控制裝置來取代人工操作功能，就變成自動(dòng)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的基本概念55自動(dòng)控制原理前向通道反饋反饋通道負(fù)反饋正反饋反饋控制系統(tǒng)控制任務(wù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本概念56自動(dòng)控制原理電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)工作原理

控制結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的基本概念57自動(dòng)控制原理閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)的輸出端與輸入端存在反饋回路，輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響的系統(tǒng)。存在從輸入端到輸出端的信號(hào)前向通道和從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，形成一個(gè)閉合的回路。按偏差控制，有抗擾動(dòng)能力，精度高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性降低，實(shí)現(xiàn)較困難?？刂葡到y(tǒng)的基本概念58自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理59閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)，是應(yīng)用最廣泛的控制方式。負(fù)反饋——假設(shè)個(gè)環(huán)節(jié)輸入輸出正特性（同向變化），把輸出量送回輸入端，并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過程，稱為負(fù)反饋。閉環(huán)控制通常采用負(fù)反饋方式，并利用偏差進(jìn)行決策控制的過程（利用偏差修正偏差）。由于引入了被控量的反饋信息，整個(gè)控制過程成為閉合的，信息傳遞構(gòu)成了回路，稱為閉環(huán)。應(yīng)當(dāng)指出，反饋控制系統(tǒng)不限于工程范疇，在各種非工程范疇內(nèi)，諸如社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和生物學(xué)中，也存在著反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本概念如何判斷反饋還是前饋？反饋（有回路，測(cè)得的輸出影響輸入）前饋（無回路）信息傳遞存在回路?？刂葡到y(tǒng)的基本概念60自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第1章緒論●自動(dòng)控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)與基本要求61

開環(huán)控制按控制方式閉環(huán)控制（反饋控制）復(fù)合控制控制系統(tǒng)的分類按信號(hào)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類62自動(dòng)控制原理復(fù)合控制將開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式組合在一起的控制方式

控制系統(tǒng)的分類63自動(dòng)控制原理

各種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的分類64自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理按給定信號(hào)變化特點(diǎn)分類

恒值控制系統(tǒng)

輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。如：工業(yè)生產(chǎn)中的恒溫、恒壓等自動(dòng)控制系統(tǒng)。

隨動(dòng)系統(tǒng)

輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。如：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。

程序控制系統(tǒng)

輸入信號(hào)是一個(gè)已知的函數(shù)但不一定是恒定的。系統(tǒng)的控制過程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。恒值控制系統(tǒng)可看成輸入等于常值的程序控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)的分類65按控制系統(tǒng)元件特性分類：線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)疊加性：當(dāng)有幾個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的總響應(yīng)等于每個(gè)輸入信號(hào)單獨(dú)作用所產(chǎn)生響應(yīng)之和（疊加）?？刂葡到y(tǒng)的分類66自動(dòng)控制原理續(xù)1均勻性：當(dāng)輸入信號(hào)倍乘一常數(shù)時(shí)，則響應(yīng)也倍乘同一常數(shù)。即，若r(t)→c(t)，則kr(t)→kc(t)?？刂葡到y(tǒng)的分類67自動(dòng)控制原理[舉例1]：設(shè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)為r(t)，輸出信號(hào)為c(t)，試判斷c(t)=r(t)+5時(shí)，系統(tǒng)是否是線性系統(tǒng)？[解]：控制系統(tǒng)的分類68自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理控制系統(tǒng)的輸入輸出滿足均勻和疊加性，就叫線性控制系統(tǒng)，否則叫非線性系統(tǒng)，但部分非線性系統(tǒng)可線性化，不能線性化的叫本質(zhì)非線性。含有非線性環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)叫非線性控制系統(tǒng)。描述系統(tǒng)模型的線性微分方程的系數(shù)是不隨時(shí)間而變化的常數(shù)，則這種線性系統(tǒng)稱為線性定常系統(tǒng)若線性微分方程的系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)，則這種線性系統(tǒng)稱為線性時(shí)變系統(tǒng)控制系統(tǒng)的分類69非線性(P17)70自動(dòng)控制原理按控制信號(hào)形式分信號(hào)連續(xù)信號(hào)離散控制系統(tǒng)的分類71自動(dòng)控制原理按系統(tǒng)內(nèi)部傳輸信號(hào)的性質(zhì)分為連續(xù)控制和離散控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)中各部傳輸信號(hào)都是時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖

若在控制系統(tǒng)內(nèi)部有一個(gè)或一個(gè)以上的信號(hào)是時(shí)間t的離散信號(hào)，則稱這類系統(tǒng)為離散控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種常見離散控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的分類72自動(dòng)控制原理輸入信號(hào)數(shù)量：?jiǎn)屋斎雴屋敵鱿到y(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)分布特征：集中參數(shù)系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)元件類型：機(jī)電系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等系統(tǒng)功用：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等按控制理論方法：最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、預(yù)測(cè)控制等按其他參數(shù)分控制系統(tǒng)的分類73自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制系統(tǒng)分類的補(bǔ)充說明嚴(yán)格地講，任何實(shí)際系統(tǒng)都是非線性的嚴(yán)格地講，任何系統(tǒng)都是時(shí)變的嚴(yán)格地講，任何系統(tǒng)都是隨機(jī)的控制系統(tǒng)的分類74自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理第1章緒論●自動(dòng)控制的發(fā)展歷史●控制系統(tǒng)的基本概念●控制系統(tǒng)的分類●控制系統(tǒng)的響應(yīng)模態(tài)