cp1-第一章 自动控制的一般概念
自动控制的一般概念(1)
自动控制的一般概念（1）1、自动控制系统2、控制系统的性能要求1、自动控制系统“控制”是指利用控制装置来操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化。
•被控对象: 在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控对象。
•被控量：把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量。
•控制装置：产生控制信号的物理装置。
Furnace ThermometerGasMixer ValveairDesired temperatureOperator系统：由相互关联的部件按一定的次序构成的结构，能够提供预期的输出。
自动控制系统：在没有人直接参与下，利用控制装置来操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化的控制系统。
Gas MixerAirValveMotor AmplifierU cPotentiometerU r Power AmplifierFurnace Thermocouple例：自动炉温控制系统。
分析：操作人员的工作：对理想值与实际值实时进行比较并操纵阀门。
2、控制系统的性能要求自动控制的任务：利用控制装置操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化，通常希望被控量等于给定值。
若给定值以时间函数r(t)表示，被控量以时间函数c(t)表示，则应使被控量满足c(t) ≈ r(t)动态过程：将系统受到给定值或干扰信号作用后，控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。
工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。
▪稳：控制系统的稳定性与平稳性。
▪快：系统的快速性。
▪准：系统的稳态精度。
控制系统动态过程曲线如上图所示，系统在外作用下，输出逐渐与期望值一致，则系统是稳定的，如曲线①所示；若被控量随着时间的增加，越来越偏离给定值，则称系统是不稳定的，如图中的曲线2所示。
平稳：是指动态过程振荡的幅值和频率，若动态过程摆动的幅值较小，摆动的频率较低，则称平稳性好，图中曲线 2 的平稳性优曲线1。
Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e 05101500.511.5①②▪快：指动态过程的快速性快速性：即动态过程进行的时间的长短。
自动控制的一般概念
目录目录 (1)第一章自动控制的一般概念 (2)1-1 自动控制的基本原理与方式 (2)1-2 自动控制系统示例 (6)1-3 自动控制系统的分类 (8)1-4 对自动化控制系统的基本要求 (9)1-5 自动控制系统的分析与设计工具 (11)第三章线性系统的时域分析方法 (14)3-1 系统时间相应的性能指标 (15)3-2 一阶系统的时域分析 (17)第四章线性系统的根轨迹法 (22)4-1 根轨迹法的基本概念 (22)4-2 开环零极点与闭环零极点之间的关系 (23)第七章线性离散系统的基本概念 (24)7-1 离散系统的基本概念 (24)7-2 数字控制系统 (25)附表 (28)方块图 (28)表格 (29)第一章自动控制的一般概念1-1 自动控制的基本原理与方式1.自动控制技术与其应用在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。
所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
例如，数控车床按照预定的程序自动地切削工件；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；雷达和计算机组成的导弹发射和控制系统，自动的将导弹引导到敌方目标；无人驾驶飞机按照预定的轨道自动升降和飞行；人造卫星准确的进入预定轨道运行并回收等，这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。
近几十年来，随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、机器人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具有特别重要的作用。
不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其他特别重要社会生活领域中，自动控制已经成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。
2.自动控制科学自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。
它的诞生与发展源与自动控制技术的应用。
最早的自动控制技术的应用，可以追溯到公元前我国古代的自动计时器和漏斗指南车，而自动控制技术的广泛应用则开始于欧洲的工业革命时期。
《自动控制原理》第1章 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
例1 液面高度的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
例2 汽车方向的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
取代“人”，则称为---自动控制
自动控制的应用
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收 生物、经济…………
受控对象
工程技术系统﹑家电﹑工业自动化﹑ 精确制导﹑航天等 社会系统和经济系统 生态系统﹑生命系统等
Ch1 自动控制的一般概念
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
预期响应
控制目标--使受控对象的某个量按照期望特征运行。
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制：在无人直接参与的情况下，实现 控制。
Evens 根轨迹控制器设计法 1948 Bode图控制器设计法 Nyquist频率法稳定性判据 Evens根轨迹控制器设计 ---频域分析和设计方法Leabharlann Ch1 自动控制的一般概念
Wiener 《控制论》 1948
标志着控制科学走向成熟。
Ch1 自动控制的一般概念
（3）现代控制(1950-)
钱学森 《工程控制论》1954
Ch1 自动控制的一般概念
建立了控制系统稳定性分析 的代数理论。
Hurwitz 判据 1895
Ch1 自动控制的一般概念
（2）经典控制(1900-1950)
Black 反馈放大器 --设计了负反馈放大器
1927
Bode 图控制器设计方法 1927
自动的控制原理第一章笔记
第一章自动控制一般概念1.1自动控制基本原理及方式自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加设备和装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
自动控制理论体系，以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析和设计问题。
自动控制系统，为了实现各种复杂的控制任务，要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值。
反馈控制原理，在反馈控制系统中，控制装置对被控对象加以控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
反馈控制系统的基本组成，一个系统必然包括被控对象和控制装置两大部分，控制装置是由具有一定职能的基本元件组成的。
测量元件，其职能是检测被动的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要再转换为电量。
给定元件，其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参据量）。
比较元件，其职能是把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出他们之间的偏差。
放大元件，其职能是将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。
执行元件，其职能是直接推动被控对象，是其被控量发生变化。
校正元件，也叫补偿元件，它是结构或参数便于调整的元部件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能。
反馈控制系统基本组成自动控制系统的基本控制方式，反馈控制方式、开环控制方式、复合控制方式。
反馈控制方式，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，是被控量与期望值趋于一致。
开环控制方式，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用产生影响。
第1章自动控制的基本概念
第1章自动控制的基本概念在一般工业生产过程中，对压力、温度、流量、液位、功率和频率的控制，以及原料和燃料成分比例的控制等，如果单靠人工控制，许多情况下难于或根本不可能满足要求，因而自动控制成为生产过程中的重要组成部分。
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下，利用控制器的作用使生产过程或被控对象的一个或多个物理量，能维持在某一给定水平或按照期望的规律变化。
自动控制技术的广泛应用，不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了生产效率，同时也减轻了人们的劳动强度。
更重要的是一些对人有毒、有害的生产过程或由于各种原因人根本不能靠近的设备和对象采用了自动控制，解决了在这样的特殊环境下的控制难题。
例如，放射性对人体是有害的，核反应堆运行过程中，在其周围有强度很高的放射性，人们是不可能接近它的，所以反应堆运行过程中的所有物理参数的测量和控制都是靠自动控制系统自动完成的。
压水堆核电厂中主要的控制系统有：反应堆功率（中子通量密度水平）控制、一回路压力控制、稳压器液位控制、蒸汽发生器液位控制、蒸汽排放控制和核电厂负荷控制等等。
1.1 自动控制的基本术语为了便于理解有关控制的基本思想、理论基础，进一步掌握控制系统的组成、作用及功能等，本节将简要地介绍一些主要术语。
·手动控制被控量在运行中总要经常受到许多因素的影响而偏离所要求的值，因此运行人员就要根据观察随时加以控制为手动控制也称为人工控制。
·自动控制采用机械或电气等装置来代替人的控制，就是自动控制。
自动控制没有人的参与。
·控制对象被控制的设备或生产过程为控制对象或被控制过程。
在核电厂中，功率控制系统中的反应堆动力装置为控制对象。
·被控制量被控制量也称为被调量，为控制对象的输出量。
表征生产过程是否符合规定工况的物理量，例如反应堆的功率，稳压器的水位、压力等。
·给定值希望被控制量应该具有的量值称为给定值或目标值。
给定值可以是常量也可以是随时间任意变化的量。
第一章_自动控制的一般概念
Motor
Valve
Mixer
Furnace
自动控制理论A
闭环控制(closed-control system)
Lo o
特点 有反馈回路 结构相对复杂 控制精度高，自动纠偏
2008 秋 自动化系 许燕斌
自动控制理论A
闭环控制(closed-control system) 使用反馈的目的 减小参数变化的影响 减小扰动输入的影响 改善动态响应特性 减小稳态误差
furnace
mixer operator
gas valve
air
2008 秋 自动化系 许燕斌
自动控制理论A
自动控制系统的定义
Lo o
自动控制系统 无人直接参与的控制系统
2008 秋 自动化系 许燕斌
自动控制理论A
Lo o
自动控制系统 (automatic control system)
UR Amplifier
Lo o
Thermocouple Furnace
Mixer Gas
Valve
Air
Air
UR
C Amplifier UT Amplifier Thermocouple
2008 秋 自动化系 许燕斌
Motor
Valve
Mixer
Furnace
自动控制理论A
控制系统的方块图
R
Controller
Lo o
Lo o
2008 秋 自动化系 许燕斌
自动控制理论A
Compensator
R Controller
Lo o
复合控制(Compound control system)
自动控制原理知识点
第一章自动控制的一般概念1.1 自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
•测量元件：用以测量被控量或干扰量。
•比较元件：将被控量与给定值进行比较。
•执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：•建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）•分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）•综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
◎放大元件：放大偏差信号的元件。
◎校正元件（补偿元件）：结构参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
自动控制一般概念与基本要求
黄鹄号自复原动图控制的一般
华蘅芳
➢ 1866年，英国J.M. Gray设计出第一艘明轮驱 动的全自动蒸汽轮船“东方”号
自动控制的一般
3.2 劳斯-赫尔维茨稳定判据—第三章 ➢ 1877年，英国E.J. Routh提出根据
多项式的系数决定多项式在右半平 面的根的数目，从而将当时各种有 关稳定性的孤立的结论和非系统的 结果统一起来，开始建立有关动态 稳定性的系统理论。
自动控制的一般概念和基本要 求
自动控制的一般
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求 1-5 自动控制系统的分析与设计工具
2
自动控制的一般
1-1 自动控制的基本原理与方式
一.自动控制科学的发展
➢ 1770年，他利用离心式飞锤调速器构 建了蒸汽机的转速自动控制系统，此 系统在锅炉压力和负荷变化的条件下， 通过离心式调速器自动调节进气阀门 的开度，使蒸汽机转速维持在一定的 詹姆斯·瓦特 范围内。
7
自动控制的一般
转速自动控制原理
缺点：调速系统会出 现振荡问题，当振荡 过大时会造成系统的 不稳定。(稳态性能及 动态性能差，存在稳 态误差——第三章)
自动控制的一般
劳斯
14
➢ 1895年，瑞士A. Hurwitz在不了 解Routh工作的情况下，独立给出 了根据多项式的系数决定多项式的 根是否都具有负实部的另一种方法。
这两种判据实质是一样的，都是根 据特征方程的系数来判断高阶系统 的稳定性。
赫尔维茨
15
自动控制的一般
3.3 李雅普诺夫稳定判据—第九章 ➢ 1892年，俄国A.M.Lyapunov在其
第一章 自动控制的一般概念ppt课件
Automatic Control Theory
邢丽娟
自动化工程学院
可编辑课件PPT
1
可编辑课件PPT
2
控制科学与工程
控制理论与 检测技术与 模式识别与
系统工程
控制工程 自动化装置 智能系统
56+8学时，4学分。
可编辑课件PPT
3
目录
第一章 自动控制的一般概念 第二章 控制系统的数学模型 第三章 线性系统的时域分析法 第四章 线性系统的根轨迹法 第五章 线性系统的频域分析法 第六章 线性系统的校正方法 第七章 线性离散系统的分析与校正 第八章 非线性控制系统分析 第九章 线性系统的状态空间分析与综合 第十章 动态系统的最优控制方法
人工控制与自动控制
• 自行车速度控制 • 汽车驾驶 • 收音机音量调节
电冰箱
发电机组的运行
导弹飞行控制 可编辑课件PPT
6
➢数控车床按照规定程序自动地切削工件； ➢化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定； ➢导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方
目标； ➢人造地球卫星准确地进入预定轨道并回收
……
自动控制的作用：
液位稳定的基本条件
控制的方法
流出量等于流入量
高于预定高度，增大出口阀开度。反之，减小出口阀开度。
构成控制系统的基本要素 （被控对象与控制装置）
被控对象、传感器（眼）、执可编行辑课器件P（PT手与阀）、控制器（脑）10
流入量
眼
脑
手
流入量
测量 控制器
执行器
流出量
流出量
自动控制系统可看成可编是辑课件人PPT工控制的模拟
前向通路 主反馈通路 主回路 内回路 单位反馈
第一章 自动控制一般概念
经典控制理论与现代控制理论比较
项目
经典控制理论
现代控制理论
研究对象 描述方法 研究办法
线性定常系统 (单输入、单输出)
传递函数 (输入、输出描述) 根轨迹法和频率法
线性、非线性、定常、 时变系统
（多输入、多输出） 向量空间
(状态空间描述)
状态空间法
研究目标
系统分析及给定输 入、输出情况下的 系统综合
调节阀等。
▪ 什么是自动控制（Automatic Control）？
自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用外加 的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、 设备或生产过程（统称为被控对象）的某个工作状态 或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
控制理论在发展社会生产力中的作用
(1). 军事、航天领域
(2) 系统分析：即系统是已知的，求系统的三大性能 指标。分析方法分别为：
(a) 基于微分方程理论的时域分析法（第三章） (b) 基于传递函数的根轨迹法（第四章） (c) 基于频率特性的频域分析法(第五章) (3) 系统校正(设计)（第六章) 第七章介绍了线性离散系统进行分析和校正; 第八章介绍了非线性系统的分析方法。
图1-5 反馈控制系统基本组成
➢多回路系统：有两个或两个以上反馈通路的系统。
➢反馈控制上的外作用：一种是有用输入；一种是扰 动。
5、自动控制系统基本控制方式
(1) 反馈控制方式（闭环控制）
负反馈控制原理：将系统输出量引回输入端，与输 入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减小或 消除，使被控量与期望值趋于一致。
总学时：80（其中理论课学时：74 实验学时：6 ） 总学分：5 期末考试和平时考核相结合。
其中，期末考试成绩占70% ，平时考核成绩占30% 。 期末考试采取闭卷考试形式；平时考核包括实验、作业 和平时上课情况。
第1章自动控制的一般概念-R
自动控制系统
是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统， 是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由 被控对象和控制装置组成。 被控对象和控制装置组成。 被控对象(Plant):要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。 被控对象 要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。 要求实现自动控制的机器 控制装置：对被控对象起控制作用的设备总体。 控制装置：对被控对象起控制作用的设备总体。 被控量(Controlled )：被控对象中要求保持给定值、 被控量(Controlled variable )：被控对象中要求保持给定值、 要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、 要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号 。 给定值(Set [point] value) ：作用于自动控制系统的输入端并 给定值 作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、 作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考 输入。 输入。 干扰量(Disturb) ： 除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素， 除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素， 干扰量 都是干扰。干扰又称扰动。 都是干扰。干扰又称扰动。
1948年，美国大数学家和控制论家维纳(N.Wiener) 年 美国大数学家和控制论家维纳 控制论》一书的出版，为控制理论的发展， 的《控制论》一书的出版，为控制理论的发展，提供 了不少研究方向，并且奠定基础。 了不少研究方向，并且奠定基础。 1954年，钱学森编著《现代控制论》一书。从而就 年 钱学森编著《现代控制论》一书。 形成了完整的经典控制理论。 形成了完整的经典控制理论。
智能控制这一概念最早出现于60年代， 智能控制这一概念最早出现于 年代，美籍华人科学家傅京孙 年代 （K.S.Fu）教授较早对此进行了研究，此后得到迅速发展，人们提 ）教授较早对此进行了研究，此后得到迅速发展， 出了各种与常规控制方法不尽相同的智能控制方法， 出了各种与常规控制方法不尽相同的智能控制方法，如：专家控制 系统，学习控制系统，分级递阶智能控制系统，模糊控制， 系统，学习控制系统，分级递阶智能控制系统，模糊控制，神经网 络控制，进化控制，知识控制等等。这些方法各有特点， 络控制，进化控制，知识控制等等。这些方法各有特点，它们从不 同的角度模仿人的能力，解决常规方法无法解决的问题， 同的角度模仿人的能力，解决常规方法无法解决的问题，取得了各 自的进展，对智能控制的发展作出了贡献。人们已经认识到， 自的进展，对智能控制的发展作出了贡献。人们已经认识到，智能 控制是当代控制理论与技术发展的一个十分重要的方向， 控制是当代控制理论与技术发展的一个十分重要的方向，它将对控 制理论与技术的发展产生重大的影响。 制理论与技术的发展产生重大的影响。 回顾控制理论的发展历程可以看出， 回顾控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类 由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、 由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能自动 化时代。 化时代。
自动控制的一般概念
第一章 自动控制的一般概念一.自动控制系统的概念自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。
包括经典控制理论和现代控制理论。
二.对控制系统的基本要求 稳、准、快、鲁棒性 三、方框图第二章 控制系统的数学模型一.控制系统的模型微分方程、差分方程、状态方程、传递函数、脉冲传递函数、结构图、信号流图 二.传递函数零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量拉氏变换的比值叫该系统的传递函数，用G (s )表示三.反馈控制系统及其特点 四.动态结构图等效变换的方法共7种五、由系统微分方程组画动态结构图 。
六. 梅森公式∑∆=n kk P P 1∑∑∑-+-=∆kj i j i i L L L L L L 1式中，P —输出和输入之间的增益或传递函数；P k —第k条前向通道的增益或传输函数；Δ —信号流图的特征式∑L i 所有不同回路增益之和∑L i L j 所有两两互不接触回路增益乘积之和∑L i L j L k 所有三个互不接触回路增益乘积之和┆Δk －第k条前向通道特征式的余子式，等于将Δ中与前向通道相接触的全部置0 后余下部分。
例1、例2、例3、第三章 时域分析法1 控制系统的时域指标（五项指标）2 二阶系统分析3 系统的稳定性和代数判据4 稳态误差的计算 二、二阶系统分析。
三、 控制系统稳定性1.赫尔维茨判据例：设单位负反馈系统的开环传递函数为确定使该系统闭环稳定的开环增益K 的取值范围。
(3)()(1)(2)K s G s s s s +=++解法：先写出系统闭环特征方程，根据赫尔维茨判据，各项系数必须大于0，且奇数（或偶数）阶赫氏行列式大于0，联立可求出参数范围。
2、劳斯判据系统的特征方程为闭环稳定的充要条件是特征方程的全部系数为正值，不缺项，并且由特征方程系数组成的劳斯表的第一列的系数也为正值。
特殊情况有特殊的处理办法 例 设系统的特征方程为，判断系统的稳定性。
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水位高度控制系统原理方框图
三、按偏差调节的闭环控制
特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。 优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化 而引起的变动。 干扰
给定值
计算比较 －
E
执行
被控对象
被控量
测量
按偏差调节的系统原理方框图
如上图所示，反馈回来的信号与给定值 相减，即根据偏差进行控制，称为负反 馈，反之称为正反馈。
定义：通常将系统受到给定值或干扰信号作用后， 控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。
工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。
稳： 指动态过程的平稳性。
快： 指动态过程的快速性。 准： 指动态过程的最终精度。
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稳：
指动态过程的平稳性
控制系统动态过程曲线
如上图所示，系统在外力作用下，输出逐渐与期望值一致，则 系统是稳定的，如曲线①所示；反之，输出如曲线②所示，则 系统是不稳定的。
被控量
按给定值操纵的开环控制系统原理方框图
炉温控制系统
给定炉温T0
实际炉温T
定时开关
电阻丝
炉子
炉温控制系统原理方框图
按给定值操纵的开环控制
特点：控制装置只按给定值来控制受控对象
优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。
缺点：对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有 任何修正能力，抗干扰能力差，控制精度不高。
以上分析的稳、快、准三方面的性能指标往往由于 被控对象的具体情况不同，各系统要求也有所侧重， 而且同一个系统的稳、快、准的要求是相互制约的。
二、按干扰补偿的开环控制
定义：利用干扰信号产生控制作用，以及时 补偿干扰对被控量的直接影响。
测量
计算 执行
干扰
受控对象
被控量
特点：只能对可测干扰进行补偿，对不可测干扰以及受控对 象、各功能部件内部参数变化对被控量的影响，系统自身无 法控制。
适用于：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。
水位高度控制系统原理图
H 流出 Q2
水位自动控制系统
•给定值： 控制器刻度盘指针标定 的预定水位高度； •测量装置：
气动阀门 流入 Q1
控制器
浮子 水箱 H 流出 Q2
浮子；
•比较装置： 控制器刻度盘； •干扰： 水的流出量和流入量的 变化都将破坏水位保持 恒定；
水位自动控制系统
由此可见： 自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是： 在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控 对象，使被控制量等于给定值。 自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一 般由控制装置和被控对象组成。
这种控制方式控制精度较高，因为无论是干扰的作用， 还是系统结构参数的变化，只要被控量偏离给定值， 系统就会自行纠偏。但是闭环控制系统的参数如果匹 配得不好，会造成被控量的较大摆动，甚至系统无法 正常工作。
飞机自动驾驶系统原理图
控制任务：系统在任何扰动作用下，保持飞机俯仰角不变。
被控对象：飞机。
被控量： 飞机的俯仰角 。
俯仰角控制系统原理方框图
四、复合控制
复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制。实质 上，它是在闭环控制回路的基础上，附加了一个输入信号或 扰动作用的顺馈通路，来提高系统的控制精度。 补偿装置
R 控制装置
被控对象
C
—
a.按输入作用补偿
补偿装置
R 控制装置
n C
被控对象
—
b.按扰动作用补偿
1-３对控制系统的性能要求
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的任务 1-２自动控制的基本方式 1-３对控制系统的性能要求
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1-1 自动控制的任务
通常，在自动控制技术中，把工作的机器设备 称为被控对象，把表征这些机器设备工作状态 的物理参量称为被控量，而对这些物理参量的 要求值称为给定值或希望值（或参考输入）。 则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量 等于给定值。
下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式
Hale Waihona Puke • 开环控制 –按给定值操纵的开环控制 –按干扰补偿的开环控制 • 按偏差调节的闭环控制 • 复合控制
一、按给定值操纵的开环控制
•开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反馈 回路，输出量对系统的控制作用没有影响。
干扰 给定值
计算
执行
受控对象
返回子目录
下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统 的概念
控制器 气动阀门 流入 Q1 浮子 水箱 H 流出 Q2
水位自动控制系统
•控制任务：
维持水箱内水位恒定；
控制器
•控制装置：
气动阀门 流入 Q1 浮子 水箱
气动阀门、控制器；
•受控对象： 水箱、供水系统； •被控量： 水箱内水位的高度；
快：
指动态过程的快速性
快速性即动态过程进行的时间的长短。过程时间越短，说明系 统快速性越好，反之说明系统响应迟钝，如曲线①所示。 稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。既快又稳，表明系统 的动态精度高。
准： 指系统在动态过程结束后，其被控量（或反馈量） 与给定值的偏差，这一偏差称为稳态误差，是衡量稳 态精度的指标，反映了系统后期稳态的性能。
1-２自动控制的基本方式
测量
给定值H 干扰
被控量 H
'
比较
实测值
执行
测量
自动控制方框图
被控对象
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在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须 具备以下三种职能部件。
测量元件：用以测量被控量或干扰量。 比较元件：将被控量与给定值进行比较。 执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操 纵被控对象 参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。