2025/4/141第1章緒論導讀

為什么要介紹本章?自動化技術幾乎滲透到國民經濟的各個領域及社會生活的各個方面，是當代發展最迅速、應用最廣泛、最引人注目的高科技，是推動新的技術革命和新的產業革命的關鍵技術，在某種程度上說，自動化是現代化的同義詞。自動控制原理研究分析、設計自動控制系統的基本方法。

本章主要講什么內容?從介紹自動控制的發展歷史入手，引出自動控制理論分析、設計自動控制系統的基本思想，然后介紹自動控制的基本概念，以及對自動控制系統的基本要求，對自動控制理論的總的目標有大致的了解。2025/4/142第1章緒論

1.1

引言

1.2

自動控制舉例

1.3控制系統的基本方式

1.4控制系統的分類

1.5

對控制系統的基本要求主要內容：2025/4/1431.1

引言自動控制在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預定的規律運行。自動控制系統由內部相互聯系的部件按照一定規律組成，能夠完成一定功能的有機整體。2025/4/1441.1

引言2025/4/1451.1

引言液位控制系統被控對象：水箱控制參數：液位高度影響因素：出口流量、出口壓力、入口流量、入口壓力等調節因素：入口流量系統組成：手水箱h液位測量顯示Qi腦閥眼QoPi操作工2025/4/1461.1

引言手水箱h液位測量顯示Qi腦閥眼QoPi操作工控制器被控對象給定值被控量測量變送擾動執行元件控制信號調節參數測量值2025/4/1471.1

引言比較自動控制與人工控制系統，可見自動控制系統存在著三個最基本的職能元件：

1、測量元件與變送器：代替人的眼睛，完成信號的采集測量和變送；2、控制器：代替人的大腦，完成比較、計算、判斷，并發出調節指令；3、執行元件：代替人的肌肉和手，完成或實現對被控對象的調節作用。任何實際的自動控制系統，都少不了上述三個的職能元件（部件、部分）。 2025/4/1481.1

引言控制系統的基本組成1、測量元件：傳感器2、比較元件：對控制量與參考輸入量進行比較，多和測量或

放大元件結合在一起3、放大元件：使微弱信號具有足夠的幅值和功率4、執行元件：接受偏差信號的控制產生動作，改變控制量5、校正元件：用于消除或減弱系統在控制過程中產生的震蕩2025/4/149反饋控制系統基本組成擾動測量變送給定環節比較環節放大變換執行機構被控對象串聯校正反饋校正反饋信號參考輸入偏差控制量被控量輸出-+-給出與期望的輸出相對應的系統輸入量，是一類產生系統控制指令的裝置（或軟件界面）為改善系統的動態和靜態性能特性而附加的裝置，其參數可靈活調整。工程上稱為調節器或控制器。將比較微弱的偏差信號加以放大，以足夠的功率來推動執行機構或被控對象

其職能是直接推動被控對象，使其被控量發生變化。常見的執行元件有閥門，伺服電動機等用來檢測被控量的實際值。測量變送環節一般也稱為反饋環節。通常是一個設備、物體或過程（一般稱任何被控制的運行狀態為過程），其作用是完成一種特定的操作。它是控制系統所控制和操縱的對象，它接受控制量并輸出被控量。其作用是把測量元件檢測到的實際輸出值與給定環節給出的輸入值進行比較，求出它們之間的偏差。常用的電量比較元件有差動放大器、電橋電路等。

1.1

引言2025/4/14101.1

引言2025/4/1411

被控量：即系統的輸出，是一種被測量和被控制的量值或狀態。

控制量：控制量也稱操縱量，是一種由控制器改變的量值或狀態，它將影響被控量的值。通常，被控量是系統的輸出量?？刂埔馕吨鴮ο到y的被控量的值進行測量，并且使控制量作用于系統，以修正或限制測量值對期望值的偏離。

參考輸入：是人為給定的，使系統具有預定性能或預定輸出的激發信號，它代表輸出的希望值。故又稱為給定輸入、給定值、期望輸出等。名詞術語：1.1

引言2025/4/1412

反饋：將系統（或環節）的輸出量經變換、處理送到系統（或環節）的輸入端，稱為反饋。

偏差：給定輸入量與主反饋量之差。

誤差：是指系統輸出量的實際值與希望值之差。系統希望值是理想化系統的輸出，實際上很難達到，因而用與控制輸入量有一定比例關系的信號來表示。在單位反饋情況下，希望值就是系統的輸入量，誤差量就等于偏差量。擾動：擾動是一種對系統的輸出量產生不利影響的信號。如果擾動產生在系統的內部，稱為內部擾動；反之，當擾動產生在系統的外部時，則稱之為外部擾動。外部擾動也是系統的輸入量。1.1

引言2025/4/14131.3

自動控制的基本方式開環控制（信號單向流動）

控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯系的控制。開關閉合后，不同的輸入電壓

u對應于不同的溫度

t。2025/4/14141.3

自動控制的基本方式輸入量輸出量典型開環控制的方框圖控制裝置被控對象擾動輸出量

受控對象控制裝置

(電源)輸入量(溫度)擾動量開關電爐恒溫箱加熱電阻絲爐溫開環控制系統方框圖2025/4/14151.3

自動控制的基本方式控制方式：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。開環控制系統特點：信號從輸入到輸出無反饋,單向傳遞

結構簡單

控制精度不高,無法抑制擾動2025/4/1416閉環控制（信號有反向作用）閉環控制系統原理框圖控制裝置被控對象輸入量被控量反饋環節擾動1.3

自動控制的基本方式反饋：

輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程負反饋：

反饋的信號與輸入信號相減而使偏差越來越小2025/4/14171.3

自動控制的基本方式閉環控制:

是指控制器與控制對象之間既有順向作用有反向聯系的控制過程。特點:

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。2025/4/1418復合控制（前向聯系、反向作用）

復合控制是閉環控制和開環控制相結合的一種方式。實質上是在閉環控制回路的基礎上，附加一個輸入信號（給定或擾動）的順饋通路，對該信號帶來的干擾進行補償，以達到精確的控制效果。1.3

自動控制的基本方式2025/4/1419單變量系統多變量系統按給定信號的形式分按系統參數是否隨時間變化分按輸入輸出變量的多少分分類按系統是否滿足疊加定理分按信號傳遞的形式分恒值系統隨動系統線性系統非線性系統定常系統時變性系統連續系統離散系統1.4

控制系統的分類2025/4/1420

定值調節系統

如果反饋控制系統的參考輸入信號為恒定的常量，則稱這類反饋控制系統為定值調節系統。1.4

控制系統的分類2025/4/1421

隨動系統

在閉環控制系統中，如果參考輸入信號為一任意時間函數，其變化規律無法預先予以確定，則稱這類輸入信號的閉環控制系統為隨動系統。1.4

控制系統的分類2025/4/14221.5

對控制系統的基本要求穩定性

穩定性是對反饋控制系統的最基本要求。快速性

對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動態性能。準確性

用穩態誤差來表示。控制系統的基本要求：2025/4/14231.5

對控制系統的基本要求自動控制系統除了滿足穩態性能之外，還應滿足動態過程的性能要求。動態過程的基本特性取決于系統的結構和參數，其基本形態有：（1）單調過程（2）衰減振蕩過程（3）等幅振蕩過程（4）發散振蕩過程2025/4/14241.5

對控制系統的基本要求tc(t)(a)0t00t(c)(b)0t(d)

(a)單調過程；(b)發散振蕩；(c)衰減振蕩