自動控制原理第一章

控制理論與仿真I講授：李秀娟合肥學院電子信息與電氣工程系（第1講）第一章自動控制的一般概念

§1.1引言

§1.2自動控制理論發展概述

§1.3自動控制和自動控制系統的基本概念

§1.4自動控制系統的基本組成

§1.5控制系統示例控制理論與仿真I控制理論發展簡史經典控制理論(19世紀初)

時域法復域法(根軌跡法)

頻域法

現代控制理論(20世紀60年代)

線性系統自適應控制最優控制魯棒控制最佳估計容錯控制系統辨識集散控制大系統復雜系統智能控制理論(20世紀70年代)

專家系統模糊控制神經網絡遺傳算法控制理論與仿真I自動控制理論是研究自動控制系統組成，進行系統分析設計的一般性理論是研究自動控制過程共同規律的技術學科自動控制在無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機械、或生產過程（被控對象）的某一個物理量（被控量）按預定的規律（給定量）運行。控制理論基本概念自動控制系統：是由控制裝置和被控對象所組成，它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個有機整體，并對被控對象進行自動控制。控制器：對被控對象起控制作用裝置的總體.被控對象：要求實現自動控制的機器，設備或生產過程。控制器：對被控對象起控制作用裝置的總體，稱做控制裝置或控制器。輸出量：表現于控制對象或系統輸出端，并要求實現自動控制的物理量。輸入量：作用于控制對象或系統輸入端，并可使系統具有預定功能或預定輸出的物理量。擾動：所有妨礙控制量對被控量按要求進行正常控制的因素，稱為干擾量或擾動量。基本控制方式1.開環控制

2.閉環控制

3.復合控制

開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現；組成系統的元部件精度高，系統的精度才能高；系統的穩定性不是主要問題；主要特點：控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統的控制精度取決于系統事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數的變化無法自動補償。結構簡單，成本低廉，多用于系統結構參數穩定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。主要特點：開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現；組成系統的元部件精度高，系統的精度才能高；系統的穩定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統的控制精度取決于系統事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數的變化無法自動補償。結構簡單，成本低廉，多用于系統結構參數穩定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現；組成系統的元部件精度高，系統的精度才能高；系統的穩定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統的控制精度取決于系統事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數的變化無法自動補償。結構簡單，成本低廉，多用于系統結構參數穩定和擾動信號較弱的場合,如自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。

開環控制：開環控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用

,而沒有反向聯系的控制過程。控制器被控制對象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖按擾動補償

：利用對擾動信號的測量產生控制作用，以補償擾動對輸出量的影響。由于擾動信號經測量裝置，控制器至被控對象的輸出量是單向傳遞的，故屬于開環控制方式。對于不可測擾動以及被控對象及各功能部件內部參數變化給輸出量造成的影響，系統自身無法控制。因此，控制精度有限，常用于工作機械的恒速控制（如穩定刀具轉速）以及電源系統的穩壓，穩頻控制。控制器被控制對象輸出量測量裝置擾動按擾動補償的原理方框圖閉環控制：是指控制器與控制對象之間既有順向作用又有反向

聯系的控制過程。輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統；因為可能發生超調，振蕩，所以穩定性很重要。主要特點：控制方式：反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負反饋。我們所講述的反饋系統如果無特殊說明，一般都指負反饋。控制器被控制對象輸出出量擾動擾動閉環控制典型方框圖輸入量例1爐溫控制系統

爐溫控制系統方框圖爐溫控制系統方框圖由上述舉例表明，盡管控制系統不同，復雜各異，但基本組成是類同的，即閉環系統的基本組成為：(1)比較元件；(2)放大元件；(3)執行元件；(4)校正元件；(5)被控對象；(6)測量元件。放大整形串聯校正-并聯校正變換放大執行元件被控對象測量元件-閉環系統的組成:方框圖中各符號的意義

元部件方框（塊）圖信號（物理量）及傳遞方向中的符號比較點引出點表示負反饋

例2函數記錄儀

函數記錄儀方框圖

控制系統的組成(1)

被控對象控制系統

測量元件比較元件

控制裝置

放大元件執行機構

校正裝置

給定元件控制系統的組成(2)

控制系統的分類1、按給定信號的形式恒值系統/隨動系統2、按系統是否滿足疊加原理線性系統/非線性系統3、按系統參數是否隨時間變化定常系統/時變系統4、按信號傳遞的形式連續系統/離散系統5、按輸入輸出變量的多少單變量系統/多變量系統對控制系統的基本要求1.穩：（基本要求）要求系統要穩定2.準：（穩態要求）系統響應達到穩態時，輸出跟蹤精度要高3.快：（動態要求）系統階躍響應