自動控制系統概述第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日1.1引言自動控制概念：是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置（控制器）使被控對象（如生產過程中的位移，速度，溫度，電力系統中的電壓,電流,功率等物理量，或某些化合物的成分，航空航天中的飛船姿態等）依照預定的規律進行運動或變化。這種能對被控對象的工作狀態進行控制的系統稱為自動控制系統。它一般由控制裝置和被控對象組成第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日《自動控制原理》是一門技術基礎課，它是自動控制理論的基礎課程，該課程與其它課程的關系。

自動控制原理自動控制原理電機與拖動模擬電子技術線性代數微積分（含微分方程）復變函數、拉普拉斯變換電路理論大學物理（力學、熱力學）信號與系統第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日課程特點：研究系統的共性實際系統物理模型數學模型方法（系統組成分析、設計第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日第一章自動控制系統概論1.2開環控制與閉環控制開環系統控制器被控對象控制量被控量給定值r(t)u(t)y(t)

k

udn~ug例：直流電動機調速系統優點：簡單缺點：對擾動沒有抑制能力第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日第一章自動控制系統概論反映了控制量與被控制量相互間的矛盾,動靜性能得到提高。閉環控制負反饋：構成按偏差調節的閉環系統控制器被控對象控制量被控量給定值r(t)u(t)y(t)測量元件偏差e(t)＋－1.2開環控制與閉環控制第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日ug

kudn~ub按偏差調節：n↑→ub↑→(ug-ub)↓→ud↓→n↓

例：直流電動機調速系統第一章自動控制系統概論

1.2開環控制與閉環控制控制量：ud=K(ug-ub)偏差信號：ug-ub第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日第一章自動控制系統概論

1.2開環控制與閉環控制人工控制與自動控制：水箱水位控制問題水位測量與變送執行器控制器給定眼手腦第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日水位控制工作原理人工控制：眼、腦、手、水箱+閥門

自動控制：傳感器、控制器、執行器、水箱+閥門人腦手水箱系統眼h控制器執行器水箱系統傳感器h第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日典型的自動控制系統方框圖理想化系統控制元件執行元件被控對象反饋元件參考輸入元件參考輸入r(t)+e(t)偏差_b(t)主反饋+_被控量系統誤差

g(t)C(t)第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日反饋：將輸出量通過一定的方式送回到輸入端，并與輸入信號比較產生偏差信號過程稱為反饋負反饋：輸入信號—反饋信號（輸出信號）輸出偏差減小正反饋：輸入信號+反饋信號反饋控制、閉環控制:按偏差進行控制

1.3自動控制與自動控制系統第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日自動控制系統的基本組成反饋控制系統：控制裝置、被控對象控制裝置：由具有一定職能的各種基本元件（部件）組成。測量元件、給定元件、比較元件放大元件、執行元件、校正元件測量元件串聯校正反饋校正執行元件放大元件被控對象局部反饋主反饋第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日一些基本概念前向通路：從輸入端沿箭頭方向到輸出端的傳輸通路主反饋通路：輸出經過測量元件到達輸入端的通路主回路：前向通路+主反饋通路內回路：局部前向通路+局部反饋通路單回路系統、多回路系統反饋控制系統受到的外部作用參考（有用）輸入：決定系統被控量的變化規律擾動：系統外部擾動、系統內部擾動第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日自動控制系統分類

對控制系統分類，從不同的觀點出發可以有不同的分類方法，通?？砂聪铝蟹椒ㄟM行劃分線性控制系統和非線性系統恒值控制系統和隨動系統連續控制系統和離散控制系統單輸入－單輸出系統和多輸入－多輸出系統第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日線性連續控制系統由系數判定線性時變系統、線性定常系統線性定常系統根據參考輸入量又可分為：恒值控制系統、隨動系統、程序控制系統第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日第一章自動控制系統概述

自動控制系統的設計

1最重要、基本的要求：穩定，不能失控，一切其他指標以穩定為前提。即在擾動作用下，系統不能處于一個相對固定的狀態，如單擺、倒立擺，對線性系統，穩定與否是內在的、系統內部結構決定的，與輸入無關。第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日2一般要求：響應快，動態過程平穩，跟蹤準確；

為了實現自動控制的基本任務，必須對系統在控制過程中表現出來的行為提出要求。對控制系統的基本要求，通常是通過系統對特定輸入信號的響應來滿足的。例如，用單位階躍信號的過渡過程及穩態的一些特征值來表示?？焖傩裕荷仙龝r間、峰值時間（動態指標）、調節時間（穩態指標）ts進入誤差帶平穩性：超調量、震蕩次數；準確性：即精度要求，動態誤差、穩態誤差3

設計：

a.系統分析，建立模型，分析規律與性能。

b.設計。根據分析確定控制方法：數字——物理裝置

c.仿真：數字，物理仿真，反復進行

d.實現：制作，調試、重購。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日

液位控制實例.第一章自動控制系統概述第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日小結：對自動控制系統設計的基本要求穩定性（穩）、快速性（快）、準確性（準）“穩”（動態平穩）與“快”是說明系統動態（過渡過程）品質。系統的過渡過程產生的原因：系統中儲能元件的能量不可能突變。“準”是說明系統的穩態（靜態）品質穩定性是保證控制系統正常工作的先決條件線性控制系統的穩定性由系統本身的結構與參數所決定的，與外部條件無關?？焖傩?/p>

是系統在穩定的條件下，衡量系統過渡過程的形式和快慢，通常稱為“系統動態性能”。

過渡過程時間、超調量準確性

是在系統過渡過程結束后，衡量系統輸出（被控量）達到的穩態值與系統輸出期望值之間的接近程度。穩態誤差第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日典型外部輸入信號（1）階躍函數（信號）（2）斜坡函數（信號）（3）沖激函數（信號）（4）正弦函數（信號)第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日第一章自動控制系統概論1經典控制理論40~50年代形成SISO系統基于：二戰軍工技術目標：反饋控制系統的鎮定基本方法：傳遞函數，頻率法，PID調節器2現代控制理論60~70年代形成MIMO系統基于：冷戰時期空間技術，計算機技術目標：最優控制基本方法：狀態方程1.4控制理論的發展(工業控制理論）第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日3智能控制技術

90年代開始發展專家系統模糊控制神經網絡4正在發展的各個領域自適應控制大系統理論非線性控制（微分幾何，混沌，變結構）第一章自動控制系統概論1.4控制理論的發展：(工業控制理論）第二十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日本課程的基本內容和要求本課程的主要內容分為:(相應有一定的要求