目標(biāo)（Objectives）自動控制？如何控制---※自動控制原理？自動控制如何構(gòu)成----系統(tǒng)？對自動控制系統(tǒng)的基本要求※

1.2自動控制系統(tǒng)的基本元件組成自動控制系統(tǒng)的分類對自動控制系統(tǒng)的基本要求主要內(nèi)容※※1.1自動控制的基本原理與方式例：人工控制

vs.

自動控制一、自動控制？一、自動控制？被控對象：要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。被控量：要求實現(xiàn)自動控制的表征被控對象工作狀態(tài)的物理量。控制器：對被控對象起控制作用設(shè)備或裝置的總體，也稱控制裝置。1.自動控制的定義(P1第1段)在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程自動按照預(yù)定的規(guī)律運行。的某個工作狀態(tài)或參數(shù)例：液位控制系統(tǒng)例：vs.1提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量2.自動控制的目的2改善勞動條件，減輕勞動強度3提高生活質(zhì)量一、自動控制？一、自動控制？3.自動控制的應(yīng)用領(lǐng)域國防：火箭、人造

發(fā)射等工業(yè)：起重機，數(shù)控車床等系統(tǒng)：體溫、心跳、眼球等日常生活：冰箱溫度、風(fēng)扇、電梯等1769年:James

Watt’s蒸氣鍋爐水位調(diào)節(jié)器和蒸氣機離心飛錘式調(diào)節(jié)器。蒸氣機離心飛錘式調(diào)節(jié)器二、自動控制理論的發(fā)展歷史蒸氣鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)魯棒控制、智能控制理論等二、自動控制理論的發(fā)展歷史經(jīng)（古）典控制理論20世紀(jì)40-50年代形成單輸入單輸出（SISO)系統(tǒng)基于二戰(zhàn)

技術(shù)現(xiàn)代控制理論例：電梯動畫演示20世紀(jì)60-70年代形成多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)基于冷

期空間技術(shù)，計算機技術(shù)20世紀(jì)80年

始發(fā)展以控制論、信息論、仿生論為基礎(chǔ)自控

經(jīng)（古）典控制理論理論時間分界20世紀(jì)60年代達到完善數(shù)學(xué)工具常微分方程，※傳遞函數(shù)現(xiàn)代控制理論20世紀(jì)60年

始發(fā)展一階微分方程組，狀態(tài)空間方程(傳遞函數(shù)陣)研究對象SISO系統(tǒng)，定常系統(tǒng)MIMO系統(tǒng)，定常和時變系統(tǒng)注重內(nèi)容系統(tǒng)輸入、輸出間的關(guān)系系統(tǒng)輸入、輸出及其

變量間的關(guān)系二、自動控制理論的發(fā)展歷史三、※自動控制的基本原理1.自動控制系統(tǒng)（P1第二段）為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，將被控對象和控制裝置(控制器)按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體的系統(tǒng)例：液位控制系統(tǒng)三、※自動控制的基本原理1.自動控制系統(tǒng)被控對象：要求實現(xiàn)自動控制的機器，設(shè)備或生產(chǎn)過程。控制器：對被控對象起控制作用裝置的總體，也稱控制裝置。輸出量：要求實現(xiàn)自動控制的表征被控對象工作狀態(tài)的物理量，也稱被控量。輸入量：也稱控制系統(tǒng)的期望值或給定量。作用于被控對象或系統(tǒng)輸入端，可使系統(tǒng)具有預(yù)定功能或輸出的物理量。擾

動：所有妨礙控制器對被控量按要求正常控制的因素。控制任務(wù)：控制器控制被控量以實現(xiàn)的目標(biāo)。例：液位控制系統(tǒng)※※2.

典型自動控制系統(tǒng)的基本原理---反饋控制原理（P3)※※反饋控制原理：(P3)控制器通過取自被控量（輸出端）的反饋信號，得到期望值與被控量之間的偏差，并不斷修正偏差，直

至消除偏差，從而實現(xiàn)控制被控對象的目的。反饋：指輸出量通過測量裝置返回到輸入端，并與輸入量進行比較的過程。測得的輸出信號稱為反饋信號。比較的結(jié)果稱為偏差。反饋控制系統(tǒng)：利用反饋控制原理組成的系統(tǒng)。例：液位控制系統(tǒng)三、※自動控制的基本原理例：液位控制系統(tǒng)三、※自動控制的基本原理電 帶動※※2.

典型自動控制系統(tǒng)的基本原理---反饋控制原理（P3)若擾動作用下實際液位低于期望值↓，

與浮子、連桿機構(gòu)相連的

電位器測得電壓（反饋）升高↑，

電 帶動

器開啟氣動閥門，則實際液位提高↑，偏差減小；若實際液位高于期望值↑，電位器的測得電壓（反饋）降低↓，器關(guān)閉氣動閥門，則實際液位降低↓，偏差減小。工作原理三、※自動控制的基本原理※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示擾動測量裝置給定量輸入量被控量輸出量-反饋信號偏差信號控制器

被控對象一般反饋系統(tǒng)的方框（塊）圖輸出量一般置于方框圖的最右端，輸入量置于左端；輸出量放在被控對象的后面；流向：用箭頭 表示；※方框：表示一個元件、部件、對象、過程、系統(tǒng)、環(huán)節(jié)等；分支點表示信號引出點；求和（比較）器表示所有輸入信號的代數(shù)和；擾動量：作用在誰上即畫在誰上，一般作用于被控對象上。※※負(fù)反饋：若偏差信號=輸入量-反饋信號，需標(biāo)注“-”號。氣動閥門三、※自動控制的基本原理※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示例:液位控制系統(tǒng)期望液位（電壓值）電器浮子-杠桿-電位器--控制器

被控對象測量裝置一般的反饋控制系統(tǒng)的方框圖輸入量輸出量擾動實際液位擾動1.控制任務(wù)：※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示例:人取書的反饋控制過程2.被控量：4.控制器：3.被控對象：人手的位置達到書的位置人手的位置人手或者人的大腦+人的眼睛5.根據(jù)控制系統(tǒng)的原理，繪制方框圖。三、※自動控制的基本原理提問實例演示※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示例:人取書的反饋控制過程方框圖-大腦、手眼睛輸出眼睛書位置

手位置輸入三、※自動控制的基本原理-控制器

被控對象測量裝置一般的反饋控制系統(tǒng)的方框圖輸入量輸出量擾動實例演示如下為一個教學(xué)過程控制系統(tǒng)各個對應(yīng)的要素。要求設(shè)計合適的自動控制系統(tǒng)方框圖，并說明其自動控制的原理。學(xué)生作業(yè)、實驗、考試等學(xué)生學(xué)習(xí)的實際水平課程的大綱要求教師自我評估題三、※自動控制的基本原理※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示自動控制理論教學(xué)過程控制系統(tǒng)方框圖教師學(xué)生考試等學(xué)生實際水平-作業(yè)、實驗、答案：課程的大綱要求-控制器

被控對象測量裝置典型自動控制系統(tǒng)的方框圖輸入量輸出量擾動三、※自動控制的基本原理※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示自我評估題閱讀1.4

節(jié)的自動控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例；完成習(xí)題1-2，1-5

。作業(yè)1-控制器

被控對象測量裝置輸入量輸出量三、※自動控制的基本原理※3.反饋控制系統(tǒng)的方框（塊）圖表示擾動一般反饋控制系統(tǒng)的方框圖所有自動控制系統(tǒng)都是按照反饋控制方式進行控制的嗎？-控制器

被控對象測量裝置輸入量輸出量四、※自動控制系統(tǒng)基本控制方式1.開環(huán)控制2.閉環(huán)控制（反饋控制）3.復(fù)合控制擾動一般反饋控制系統(tǒng)的方框圖控制器輸入量輸出量被控對象四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式※

※

1.

開環(huán)控制（

)開環(huán)控制方式：系統(tǒng)輸出端和輸入端之間只要順向作用，不存在反饋作用，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。也稱為順饋控制方式。開環(huán)控制系統(tǒng)：按開環(huán)方式組成的系統(tǒng)。擾動例：開環(huán)直流電轉(zhuǎn)速系統(tǒng)1.

開環(huán)控制四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低，系統(tǒng)分析和設(shè)計較簡便；對組成系統(tǒng)的元部件精度要求高；

能力差（系統(tǒng)穩(wěn)定性不是主要問題）。多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動信號較弱的場合。※※※主要特點：-控制器

被控對象測量裝置輸入量輸出量四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式※※2.

閉環(huán)控制（P2)閉環(huán)控制方式：系統(tǒng)輸出端和輸入端之間存在反饋作用，即輸出量對控制作用有直接影響的系統(tǒng)。也稱為反饋控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)：按閉環(huán)方式組成的系統(tǒng)。擾動例：閉環(huán)直流電轉(zhuǎn)速系統(tǒng)四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2.

閉環(huán)控制※※※主要特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)分析和設(shè)計較

；采用精度不高、成本較低的元器件組成精度較高的閉環(huán)控制系統(tǒng)；能削弱或抑制干擾，但系統(tǒng)穩(wěn)定性是非常重要的問題。反饋電位器給定電位器四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2.

閉環(huán)控制例：飛機自動駕駛儀系統(tǒng)控制任務(wù)：保持飛機俯仰角不變擾動控制器輸入量輸出量-控制器被控對象測量裝置輸入量輸出量擾動四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式※開環(huán)控制

vs.

閉環(huán)控制特點對比有無反饋元件精度要求能力結(jié)構(gòu)與成本開環(huán)控制無高差，對穩(wěn)定性無要求結(jié)構(gòu)簡單，成本低閉環(huán)控制有低強，穩(wěn)定性很重要結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高干擾補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)方框圖輸入量控制器測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補償被控對象四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式3.復(fù)合控制（P4)復(fù)合控制：開環(huán)控制+閉環(huán)控制；特點：控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，精度更高，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。開環(huán)控制（順饋）閉環(huán)控制（反饋）-控制器被控對象測量裝置輸入量輸出量擾動四、自動控制系統(tǒng)基本控制方式小結(jié)擾動控制器輸入量輸出量復(fù)合控制（反饋+順饋）輸入量控制器輸出量被控量反饋回路測量元件干擾補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)方框圖干擾量前饋補償被控對象-控制器

被控對象測量裝置輸入量輸出量擾動元器件被控對象自動控制系統(tǒng)控制裝置（器）浮子-杠桿-電位器-氣動閥門期望液位（電壓值）電器實際液位擾動將組成系統(tǒng)的元部件按照職能分類(P4-6)測量元件（裝置）

:用來檢測被控制的物理量；給定元件（裝置）

:給出與期望的被控量相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入量(即參考量或期望值)；比較元件（裝置）

:將參考輸入值與測量元件檢測的被控量實際值比較，求出它們之間的偏差；放大元件（裝置）

:放大比較元件給出的偏差信號，推動執(zhí)行元件去控制被控對象；執(zhí)行元件（裝置）

:直接推動被控對象使其被控量發(fā)生變化；校正元件（裝置）

：以串聯(lián)或反饋方式連接在系統(tǒng)中，改善系統(tǒng)性能。又稱補償元件。例:液位控制系統(tǒng)例:

爐溫控制系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)方框圖給定元件執(zhí)行元件圖1.6反饋控制系統(tǒng)基本組成放大元件執(zhí)行元件測量元件被控量—完整的反饋控制系統(tǒng)的基本組成（P6)被控對象給定元件自動控制理論教學(xué)過程控制系統(tǒng)方框圖教師學(xué)生課程的大綱要求-作業(yè)、實驗、考試等學(xué)生實際水平自我評估題執(zhí)行元件回顧一、按控制方式（結(jié)構(gòu)）分類：-控制器被控對象測量裝置輸入量輸出量擾動擾動輸入量控制器控制對象輸出量反饋回路測量元件干擾補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)方框圖被控量干擾量前饋補償開環(huán)控制閉環(huán)控制(反饋控制)復(fù)合控制二、按被控量期望的變化規(guī)律分類(P18)：恒值控制系統(tǒng)（自動鎮(zhèn)定系統(tǒng)）給定量是一個常值，要求被控量也等于常值。故稱為調(diào)節(jié)器。隨動控制系統(tǒng)（自動

系統(tǒng)）給定量是預(yù)先未知的隨時間任意變化的函數(shù)，要求被控量以最可能小的誤差跟隨給定量的變化。程序控制系統(tǒng)給定量是按預(yù)定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。按系統(tǒng)中是否含非線性元件線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化定常