自動(dòng)控制原理第一章

自動(dòng)控制理論第一章自動(dòng)控制理論的一般概念第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法第四章根軌跡法第五章頻率法第六章控制系統(tǒng)的校正第七章非線性系統(tǒng)的分析第八章采樣控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)1當(dāng)前1頁，總共79頁。第一章自動(dòng)控制理論的一般概念1自動(dòng)控制發(fā)展簡史2自動(dòng)控制的基本方式3典型控制系統(tǒng)4自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求2當(dāng)前2頁，總共79頁?？刂破鳉鈩?dòng)閥門流入Q1浮子水箱流出Q2H水位自動(dòng)控制系統(tǒng)下面通過具體例子來說明自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念第一章緒論3當(dāng)前3頁，總共79頁。控制任務(wù)：維持水箱內(nèi)水位恒定；控制裝置：氣動(dòng)閥門、控制器；受控對(duì)象：水箱、供水系統(tǒng)；被控量：水箱內(nèi)水位的高度；4當(dāng)前4頁，總共79頁。給定值：控制器刻度盤指針標(biāo)定的預(yù)定水位高度；測(cè)量裝置：浮子；比較裝置：控制器刻度盤；干擾：水的流出量和流入量的變化都將破壞水位保持恒定；5當(dāng)前5頁，總共79頁。自動(dòng)控制即沒有人直接參與的控制，其基本任務(wù)是：在無人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控對(duì)象，使被控制量等于給定值。另一種定義：是指機(jī)器設(shè)備在沒有人直接參與的情況下，經(jīng)過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。自動(dòng)控制系統(tǒng)：是指實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。例：交通控制、水位控制、經(jīng)濟(jì)控制、人體控制一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。由此可見：

6當(dāng)前6頁，總共79頁。自動(dòng)化的核心是“控制”

自動(dòng)化技術(shù)的兩個(gè)方面：

①人手（腳）的延伸——?jiǎng)恿Ψ矫娴淖詣?dòng)化技術(shù)：工業(yè)化

②人腦的延伸——信息處理方面的自動(dòng)化技術(shù):信息化7當(dāng)前7頁，總共79頁。第一階段:經(jīng)典(自動(dòng))控制理論

經(jīng)典控制理論即古典控制理論,也稱為自動(dòng)控制理論。主要研究對(duì)象:對(duì)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程：一萌芽階段如果要追朔自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷史,早在兩千年前中國就有了自動(dòng)控制技術(shù)的萌芽。自動(dòng)控制的發(fā)展歷史8當(dāng)前8頁，總共79頁。1.兩千年前我國發(fā)明的

指南車，就是一種開

環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。指南車2.公元1086－1089年

（北宋哲宗元祐初年），

我國發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái)，

就是一種閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系

統(tǒng)。水運(yùn)儀象臺(tái)9當(dāng)前9頁，總共79頁。公元235年馬鈞研制出能自動(dòng)指示方向的指南車

10當(dāng)前10頁，總共79頁。公元前我國的自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺公元132年張衡研制的候風(fēng)地動(dòng)儀11當(dāng)前11頁，總共79頁。二起步階段

隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，到十八世紀(jì)，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，加速了第一次工業(yè)革命的步伐。瓦特12當(dāng)前12頁，總共79頁。1788年英國Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

13當(dāng)前13頁，總共79頁。三發(fā)展階段1.1868年馬克斯韋爾（J.C.Maxwell）解決了蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問題，提出了簡單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。馬克斯韋爾（J.C.Maxwell）14當(dāng)前14頁，總共79頁。1895年勞斯（Routh）與赫爾維茨（Hurwitz）把馬克斯韋爾的思想擴(kuò)展到高階微分方程描述的更復(fù)雜的系統(tǒng)中,各自提出了兩個(gè)著名的穩(wěn)定性判據(jù)—?jiǎng)谒古袚?jù)和赫爾維茨判據(jù)?；旧蠞M足了二十世紀(jì)初期控制工程師的需要。赫爾維茨（Hurwitz）15當(dāng)前15頁，總共79頁。3.由于第二次世界大戰(zhàn)需要控制系統(tǒng)具有準(zhǔn)確跟蹤與補(bǔ)償能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，為具有高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準(zhǔn)確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。

奈奎斯特16當(dāng)前16頁，總共79頁。4.1948年伊萬斯（）提出了復(fù)數(shù)域內(nèi)研究系統(tǒng)的根軌跡法。

建立在奈奎斯特的頻率響應(yīng)法和伊萬斯的根軌跡法基礎(chǔ)上的理論，稱為經(jīng)典（古典）控制理論（或自動(dòng)控制理論）。17當(dāng)前17頁，總共79頁。四標(biāo)志階段

1.1947年控制論的奠基人美國數(shù)學(xué)家韋納（N.Weiner）把控制論引起的自動(dòng)化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來，并與1948年出版了《控制論—關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)》，書中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，為控制理論這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)?？刂普撝浮f納18當(dāng)前18頁，總共79頁。2.我國著名科學(xué)家錢學(xué)森將控制理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，并與1954年出版了《工程控制論》。錢學(xué)森19當(dāng)前19頁，總共79頁。

從四十年代到五十年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)。（可以說工業(yè)革命和戰(zhàn)爭促使了經(jīng)典控制理論的發(fā)展）。20當(dāng)前20頁，總共79頁。第二階段現(xiàn)代控制理論

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個(gè)重要的條件—現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺(tái)。在二十世紀(jì)五十年代末開始，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，從而對(duì)出現(xiàn)的多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)。主要研究對(duì)象:多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。

21當(dāng)前21頁，總共79頁。1.五十年代后期，貝爾曼（Bellman）等人提出了狀態(tài)分析法；在1957年提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。1.1959年卡爾曼（Kalman）和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念?？柭?2當(dāng)前22頁，總共79頁。3.羅森布洛克（）、歐文斯（）和麥克法輪（）研究了使用于計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典控制理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量系統(tǒng)，并探討了傳遞函數(shù)矩陣與狀態(tài)方程之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進(jìn)一步建立統(tǒng)一的線性系統(tǒng)理論奠定了基礎(chǔ)2.

1961年龐特里亞金（俄國人）提出了極?。ù螅┲翟?。龐特里亞金L.S.Pontryagin23當(dāng)前23頁，總共79頁。4.20世紀(jì)70年代奧斯特隆姆（瑞典）和朗道（法國，）在自適應(yīng)控制理論和應(yīng)用方面作出了貢獻(xiàn)。

與此同時(shí)，關(guān)于系統(tǒng)辨識(shí)、最優(yōu)控制、離散時(shí)間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容。

朗道L.D.Landau24當(dāng)前24頁，總共79頁。第三階段魯棒控制理論階段1.由于現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展，結(jié)合著H2和H等范數(shù)而

出現(xiàn)了H2和H控制，還有逆系統(tǒng)控制等方法。2.20世紀(jì)70年代末，控制理論向著“大系統(tǒng)理論”、

“智能控制理論”和“復(fù)雜系統(tǒng)理論”的方向發(fā)展：25當(dāng)前25頁，總共79頁。大系統(tǒng)理論：用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等問題的技術(shù)基礎(chǔ)理論。復(fù)雜大系統(tǒng)控制26當(dāng)前26頁，總共79頁。智能控制理論：研究與模擬人類智能活動(dòng)及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有某些擬人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的理論。洗衣機(jī)智能模糊控制機(jī)器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制27當(dāng)前27頁，總共79頁。復(fù)雜系統(tǒng)理論：把系統(tǒng)的研究拓廣到開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的范籌，以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制為目標(biāo)。

回顧控制理論的發(fā)展歷程可以看出，它的發(fā)展過程反映了人類由機(jī)械化時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代，并走向自動(dòng)化、信息化、智能化時(shí)代。復(fù)雜航天器控制28當(dāng)前28頁，總共79頁。研究對(duì)象數(shù)學(xué)工具分析方法局限性經(jīng)典控制理論單I/O線性定常系統(tǒng)微分方程，傳遞函數(shù)時(shí)域法頻域法根軌跡法對(duì)復(fù)雜多變量系統(tǒng)、時(shí)變和非線性系統(tǒng)無能為力現(xiàn)代控制理論多輸入-多輸出變系數(shù)，非線性等系統(tǒng)線性代數(shù)、矩陣?yán)碚摖顟B(tài)空間法比較繁瑣（但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，已克服)29當(dāng)前29頁，總共79頁。自動(dòng)立體倉庫4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）30當(dāng)前30頁，總共79頁。注塑機(jī)自動(dòng)搬運(yùn)車4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）31當(dāng)前31頁，總共79頁。哈勃望遠(yuǎn)鏡－特殊地衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星

人造地球衛(wèi)星

控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）32當(dāng)前32頁，總共79頁。無人駕駛飛機(jī)按預(yù)定軌跡飛行4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）33當(dāng)前33頁，總共79頁。制導(dǎo)導(dǎo)彈

現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長上了“眼睛”和“大腦”，利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)我國研制的地空導(dǎo)彈4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）34當(dāng)前34頁，總共79頁。雷達(dá)技術(shù)

雷達(dá)操作時(shí)，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。天線的作用是把雷達(dá)中產(chǎn)生的無線電波按照一定的方向向外發(fā)射出去，并把被反射回來的無線電波接收下來。正因?yàn)樘炀€所起的作用好似人的眼睛一樣，因此雷達(dá)要注視和偵察整個(gè)天空的狀況，天線就要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，用一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使天線作360度的旋轉(zhuǎn)，這樣它就能在360度范圍內(nèi)進(jìn)行“搜索”。4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）35當(dāng)前35頁，總共79頁。機(jī)器人足球比賽4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）月球車36當(dāng)前36頁，總共79頁。機(jī)器人干活機(jī)器人跳舞4.自動(dòng)控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）37當(dāng)前37頁，總共79頁。第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的組成：輸入部分、控制系統(tǒng)部分和輸出部分。從物理角度上看，自動(dòng)控制研究的是特定激勵(lì)作用下的系統(tǒng)響應(yīng)變化情況；從數(shù)學(xué)角度上看，研究的是輸入與輸出之間的映射關(guān)系。38當(dāng)前38頁，總共79頁。一、人工控制與自動(dòng)控制39當(dāng)前39頁，總共79頁。40當(dāng)前40頁，總共79頁。二、開環(huán)控制系統(tǒng)例：烤面包機(jī)輸入—定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間輸出—面包的顏色控制對(duì)象—烤箱的加熱系統(tǒng)控制器與被控對(duì)象之間只有正向的控制作用。輸出量對(duì)控制量沒有影響。輸入輸出間沒有反饋回路。41當(dāng)前41頁，總共79頁。溫度計(jì)

加熱電阻絲u~220Vk爐溫開環(huán)控制系統(tǒng)

開關(guān)閉合后，不同的輸入電壓u對(duì)應(yīng)于不同的溫度t。42當(dāng)前42頁，總共79頁。給定值輸出量典型開環(huán)控制的方框圖控制器被控制對(duì)象擾動(dòng)輸出量

受控對(duì)象控制裝置

(電源)輸入量(溫度)擾動(dòng)量開關(guān)電爐恒溫箱加熱電阻絲爐溫開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖43當(dāng)前43頁，總共79頁。44當(dāng)前44頁，總共79頁。

按干擾補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制定義：利用干擾信號(hào)產(chǎn)生控制作用，以及時(shí)補(bǔ)償干擾對(duì)被控量的直接影響。計(jì)算測(cè)量受控對(duì)象執(zhí)行干擾被控量特點(diǎn)：只能對(duì)可測(cè)干擾進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)不可測(cè)干擾以及受控對(duì)象、各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化對(duì)被控量的影響，系統(tǒng)自身無法控制。適用于：存在強(qiáng)干擾且變化比較劇烈的場合。45當(dāng)前45頁，總共79頁。水位高度控制系統(tǒng)原理圖水位高度控制系統(tǒng)原理方框圖46當(dāng)前46頁，總共79頁。開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低。系統(tǒng)的控制精度取決于給定信號(hào)的標(biāo)定精度及控制器及被控對(duì)象參數(shù)的穩(wěn)定性。開環(huán)系統(tǒng)沒有抗干擾的能力。因此精度較低。

應(yīng)用場合：控制量的變化規(guī)律可以預(yù)知?？赡艹霈F(xiàn)的干擾可以抑制。被控量很難測(cè)量。應(yīng)用較為廣泛，如家電、加熱爐、車床等等。47當(dāng)前47頁，總共79頁。三、閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)精度不高、適應(yīng)性不強(qiáng)。

將輸出量引入到輸入端，使輸出量對(duì)控制作用產(chǎn)生直接的影響。形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。48當(dāng)前48頁，總共79頁。前向通道：系統(tǒng)輸入量到輸出量之間的通道。反饋通道：從輸出量到反饋信號(hào)之間的通道。比較環(huán)節(jié)：輸出量為各輸入量的代數(shù)和。輸入量：ur

輸出量：n反饋量：uf

控制量：ua偏差量(ue)＝給定量(ur)－反饋量(uf)49當(dāng)前49頁，總共79頁。

如人取桌上書的過程（見下圖）：50當(dāng)前50頁，總共79頁。輸出量環(huán)節(jié)名稱（或特性）輸入量(a)

(-)(b)re=r-b

b(c)c引出點(diǎn)cc閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

方框圖的組成：

擾動(dòng)被控量偏差信號(hào)

(-)

參考輸入信號(hào)r(t)

調(diào)節(jié)器(或控制器)u(t)受控系統(tǒng)e(t)c(t)反饋信號(hào)

控制量

給定

控制環(huán)節(jié)

放大

元件

執(zhí)行

機(jī)構(gòu)

受控

對(duì)象

反饋裝置

(測(cè)量元件)51當(dāng)前51頁，總共79頁。擾動(dòng)(b)方框圖(-)utug

給定裝置

放大器

電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)速反饋裝置

觸發(fā)器

晶闡管可控整流器控制裝置受控對(duì)象nueudo52當(dāng)前52頁，總共79頁。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)外部或內(nèi)部干擾(如內(nèi)部件參數(shù)變動(dòng))的影響不甚敏感。出于采用反饋裝置，導(dǎo)致設(shè)備增多，線路復(fù)雜。閉環(huán)系統(tǒng)存在穩(wěn)定性問題。由于反饋通道的存在，對(duì)于那些慣性較大的系統(tǒng)，若參數(shù)配合不當(dāng)，控制性能可能變得很差．甚至出現(xiàn)發(fā)散或等幅振蕩等不穩(wěn)定的情況。注意：對(duì)于主反饋必須采用負(fù)反饋。若采用正反饋將使偏差越來越大。閉環(huán)控制系統(tǒng)：通過反饋回路使系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)并按偏差的性質(zhì)產(chǎn)生控制作用，以求減小或消除偏差(從而減小或消除誤差)的控制系統(tǒng)。53當(dāng)前53頁，總共79頁。開環(huán)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號(hào)和擾動(dòng)能預(yù)先知道時(shí)，控制效果較好。缺點(diǎn)：不能自動(dòng)修正被控制量的偏離，系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動(dòng)對(duì)控制精度影響較大。缺點(diǎn)：被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。四、開環(huán)控制與反饋控制的比較閉環(huán)

優(yōu)點(diǎn)：具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。

54當(dāng)前54頁，總共79頁。五、復(fù)合控制復(fù)合控制就是開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制。實(shí)質(zhì)上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加了一個(gè)輸入信號(hào)或擾動(dòng)作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控制精度?？刂蒲b置被控對(duì)象

CR—補(bǔ)償裝置a.按輸入作用補(bǔ)償b.按擾動(dòng)作用補(bǔ)償n控制裝置被控對(duì)象CR—補(bǔ)償裝置55當(dāng)前55頁，總共79頁。六、控制系統(tǒng)的組成56當(dāng)前56頁，總共79頁。測(cè)量反饋元件——用以測(cè)量被控量并將其轉(zhuǎn)換成與輸入量同一物理量后，再反饋到輸入端以作比較。比較元件——用來比較輸人信號(hào)與反饋信號(hào)。放大元件——將微弱的信號(hào)作線性放大。校正元件——按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號(hào)，并產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號(hào)。以利于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。執(zhí)行元件——根據(jù)偏差信號(hào)的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，以便使被控量按期望值變化。控制對(duì)象——又稱被控對(duì)象或受控對(duì)象，通常是指生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行控制的工作機(jī)械或生產(chǎn)過程。出現(xiàn)于被控對(duì)象中需要控制的物理量稱為被控量。57當(dāng)前57頁，總共79頁。常用的名詞術(shù)語輸入信號(hào)：也叫參考輸入，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)。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)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)(或元件)輸入端的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。反饋有主反饋和局部反饋之分。偏差信號(hào)：它是指參考輸入與主反饋信號(hào)之差。誤差信號(hào)：指系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差，簡稱誤差。擾動(dòng)信號(hào)：簡稱擾動(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，又可來自系統(tǒng)外部，前者稱內(nèi)部擾動(dòng)，后者稱外部擾動(dòng)。

58當(dāng)前58頁，總共79頁。1.按輸入信號(hào)的特征分

恒值控制系統(tǒng)（又稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）輸出量以一定的精度等于給定值，而給定值一般不變化或變化很緩慢，擾動(dòng)可隨時(shí)變化的系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中，這類系統(tǒng)非常多。例如，冶金部門的恒溫系統(tǒng)，石油部門的恒壓系統(tǒng)等。主要強(qiáng)調(diào)抗擾性。

隨動(dòng)系統(tǒng)（又稱伺服系統(tǒng)）輸入信號(hào)是預(yù)先不知道的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，控制系統(tǒng)能使輸出信號(hào)以任意高的精度跟隨給定值的變化。主要強(qiáng)調(diào)跟隨性。第三節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類59當(dāng)前59頁，總共79頁。圖1-4具有負(fù)反饋的速度給定控制系統(tǒng)原理圖1－運(yùn)算放大器2－觸發(fā)電路3－可控整流器4－平波電抗器5－直流電動(dòng)機(jī)6－直流他勵(lì)繞組7－直流測(cè)速發(fā)電機(jī)8、9－電位器60當(dāng)前60頁，總共79頁。圖1-5函數(shù)記錄儀原理示意圖1－放大器2－伺服機(jī)3－測(cè)速發(fā)電機(jī)4－減速器

5－電位器6－滑線變阻器7－線輪8－紙帶機(jī)9－輸入函數(shù)61當(dāng)前61頁，總共79頁。62當(dāng)前62頁，總共79頁。例電站鍋爐空氣預(yù)熱器密封間隙控制系統(tǒng)

系統(tǒng)通過間隙傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量出密封間隙值并送入計(jì)算機(jī)，與設(shè)定值比較后，發(fā)出控制指令至電動(dòng)機(jī)提升機(jī)構(gòu)，調(diào)整密封板的位置，達(dá)到維持密封間隙值恒定的目的。63當(dāng)前63頁，總共79頁。飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)原理圖64當(dāng)前64頁，總共79頁?？刂迫蝿?wù)：系統(tǒng)在任何擾動(dòng)作用下，保持飛機(jī)俯仰角不變。被控對(duì)象：飛機(jī)。被控量：飛機(jī)的俯仰角。俯仰角控制系統(tǒng)原理方框圖65當(dāng)前65頁，總共79頁。66當(dāng)前66頁，總共79頁。67當(dāng)前67頁，總共79頁。系統(tǒng)的參據(jù)量時(shí)按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)的參據(jù)量都是時(shí)間函數(shù)，不過前者是已知的時(shí)間函數(shù)，后者是未知的任意時(shí)間函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。程序控制系統(tǒng)

68當(dāng)前68頁，總共79頁。電爐溫度控制系統(tǒng)電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，爐溫實(shí)際值由熱電偶檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)控制算法計(jì)算相應(yīng)控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。69當(dāng)前69頁，總共79頁。電爐溫度控制系統(tǒng)的方框圖70當(dāng)前70頁，總共79頁。2.按描述元件的動(dòng)態(tài)方程分

線性系統(tǒng)組成系統(tǒng)的全部元件都是線性元件，它們的輸入-輸出的靜態(tài)特性均為線性，這類系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可由常系數(shù)的微分方程（或差分方程）來描述。非線性系統(tǒng)系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非線性元件，非線性元件的靜態(tài)輸入-輸出特性均為非線性的。凡含有非線性元件的系統(tǒng)均稱為非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)需要用非線性的微分方程或差分方程來描述。71當(dāng)前71頁，總共79頁。3.按信號(hào)傳遞是否連續(xù)分類連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)間的信號(hào)均為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律用微分方程來描述。離散系統(tǒng)信號(hào)的傳遞過程中，只要有一處是脈沖序列或數(shù)字編碼，這類系統(tǒng)要用差分方程來進(jìn)行描述。4.按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時(shí)間的變化而分類定常系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)5.單輸入-單輸出和多輸入多輸出6.確定和不確定系統(tǒng)7.集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)72當(dāng)前72頁，總共79頁。第四節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求一、自動(dòng)控制理論主要研究的問題

系統(tǒng)分析

在已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，研究系統(tǒng)在某種典型輸入信號(hào)下輸出信號(hào)變化的全過程，并從這個(gè)變化過程中得到評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的指標(biāo)；以及討論系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)的關(guān)系。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在給定被控對(duì)象及所要求的性能指標(biāo)的情況下，設(shè)計(jì)一個(gè)即能完成控制任務(wù)又可以滿足所提出的性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。要改變系統(tǒng)的某些參數(shù)或者是加入校正裝置，使其滿足預(yù)定的性能指標(biāo)要求。73當(dāng)前73頁，總共79頁。