第18章 控制导论
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《控制工程导论》课件
执行器
控制系统中的关键部件，用于实现对系统的控制。
控制器的基本结构
1 反馈控制
根据测量值对系统进行调整，以实现期望输出。
2 前馈控制
根据预测值对控制系统进行调整，提前消干扰。3 组合控制同时使用反馈控制和前馈控制，以实现更好的控制效果。
运动控制系统和传动控制系统
1
运动控制系统
用于控制物体的位置、速度和加速度，常用于机器人和自动化设备。
《控制工程导论》PPT课 件
控制工程导论是一门介绍控制工程基本概念和应用的课程。本课程将探讨控 制系统的分类、信号处理、控制器结构、运动控制系统、控制系统建模与仿 真等内容。
控制工程基础
介绍控制工程的基本概念和含义，以及系统控制理论的应用。控制工程是一门研究如何通过动态系统控制来实 现目标的学科。
控制系统的特点
自动化
控制系统能够自动执行任务，降低人为干预的需 求。
鲁棒性
控制系统对参数变化和外界扰动具有较强的适应 能力。
稳定性
控制系统能够保持稳定的状态，不受外界干扰的 影响。
响应速度
控制系统能够快速响应输入变化并实现期望输出。
传感器和执行器
传感器
控制系统中的重要元件，用于感知环境和系统参数 的变化。
2
传动控制系统
用于控制机械元件的运动和力，常用于机械传动系统、汽车和船舶。
3
电机控制系统
用于控制电机的速度和转矩，常用于电动车、风力发电等。
控制系统建模与仿真
介绍控制系统建模的方法和技术，以及如何使用仿真工具进行系统性能评估和优化。
PID控制器及其应用
介绍PID控制器的原理和特点，展示其在工业自动化和机器人控制中的广泛应 用。
《控制工程导论》教学大纲
《控制工程导论》课程教学大纲英文名称：Introduction to Control Engineering 课程代码：1121242002课程性质：专业方向课学分/学时：1.0学分/24学时先修课程：后续课程：控制工程、毕业设计开课学期：春季学期开课单位：信息工程学院适用专业：自动化专业一、课程性质与任务《控制工程导论》是自动化专业的一门主要专业课控制工程的前导必修课程。
本课程主要从实际工业工程概念出发，引申到控制工程基本概念，介绍过程领域控制工程基本内容基本流程及主要组成部分，介绍控制系统的起源现状和未来，并讲解控制工程的基础知识、基本内容和理论组成；介绍了DCS、PLC控制系统、现场仪表等控制工程的物理组成内容，最后以实际化工工程为例，形象介绍控制工程的实际组成、内容、实施过程，，并以实际过程案例介绍控制工程的组成和实施过程，其中，包括先进控制项目，通过本课程的学习，了解控制工程如何在实际中应用，激发学生对本专业知识的认知、兴趣、了解要学好专业知识所必须学习的公共基础课、专业基础课及相关专业课，明确自动化专业研究方向和就业方向等的问题。
二、课程目标与要求1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为：1.3 掌握工程原理，具有自动控制系统认知及系统思维的能力；3.3 PLC、DCS控制系统组态、软件设计与调试能力；7.2 工程实践的历史和文化背景。
2.本课程拟达到的特定教学目标（1）使学生对控制工程内容有初步了解，了解本专业领域需要的工程基础知识、工程背景，激发学生对控制工程实践的学习兴趣；（2）通过导论学习，使学生了解PLC、DCS及自动化仪表、电力电子技术等方面知识在实际工程中的价值，进一步明确下一步学习方向；（3）阐述自动控制系统的基本知识、内容及涉及领域，培养学生系统思维能力。
三、教学内容、教学方法、教学要求与学时分配课程最后成绩=平时成绩+ 70%考试成绩。
五、参考书[1] 戴先中主编，《自动化学科概论》（第2版），高等教育出版社，2016年。
专题1-自控导论
自动控制原理
(Principles of Automatic Control）
第一讲
1.控制论产生？
例子：1982年.. 4月，英国和阿根廷在南大西洋的 马尔群岛附近，展开了第二次世界大战以来规模最 大的海空战，也是世界上第一场动用核潜艇和空对 舰导弹以及复杂电子系统的大战。其中：阿方空军 用一枚价值.. 20万美元的“飞鱼”导弹，击沉了英 国一艘价值.. 2亿美元的导弹驱逐舰。。。。 说明：现代导弹装配的精密制导系统正是自动控 制技术在军事上的一个重要应用。
现代控制理论 以状态空间法为基础， 主要研究多输入-多输出、 时变、非线性一类控制 系统的分析与设计问题。 系统具有高精度和高效 能的特点。
课程主要内容：
主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学 模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹 分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正 方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系 统的分析等。 重点掌握：控制系统的数学建模； 线性系统的时 域分析及稳定性分析：劳斯判据；根轨迹画法；系 统的频率特性，奈奎斯特判据，对数幅频、幅相曲 线；线性系统的校正；线性离散系统中的信号采样 与保持，Z变换及性能分析；非线性系统的相平面 分析法及描述函数法分析法等。
这也正是控制论创始人维纳所提出的“双向通讯” 的概念，既有从系统输入到系统输出的正向信息 传递和变换，也有从系统输出端返回输入端的反 馈信息。 从控制论的观点来看，系统的自动控制过程正是 通过“双向通讯”的信息反馈联系而实现的。信 息在系统中的这种循环往返过程中，不断变换形 式，最终实现控制目标。这就是控制论所揭示的 自动控制系统的反馈机制，它是自动控制系统的 第二个特点。
2.控制论的发展
(Principles of Automatic Control）
第一讲
1.控制论产生？
例子：1982年.. 4月，英国和阿根廷在南大西洋的 马尔群岛附近，展开了第二次世界大战以来规模最 大的海空战，也是世界上第一场动用核潜艇和空对 舰导弹以及复杂电子系统的大战。其中：阿方空军 用一枚价值.. 20万美元的“飞鱼”导弹，击沉了英 国一艘价值.. 2亿美元的导弹驱逐舰。。。。 说明：现代导弹装配的精密制导系统正是自动控 制技术在军事上的一个重要应用。
现代控制理论 以状态空间法为基础， 主要研究多输入-多输出、 时变、非线性一类控制 系统的分析与设计问题。 系统具有高精度和高效 能的特点。
课程主要内容：
主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学 模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹 分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正 方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系 统的分析等。 重点掌握：控制系统的数学建模； 线性系统的时 域分析及稳定性分析：劳斯判据；根轨迹画法；系 统的频率特性，奈奎斯特判据，对数幅频、幅相曲 线；线性系统的校正；线性离散系统中的信号采样 与保持，Z变换及性能分析；非线性系统的相平面 分析法及描述函数法分析法等。
这也正是控制论创始人维纳所提出的“双向通讯” 的概念，既有从系统输入到系统输出的正向信息 传递和变换，也有从系统输出端返回输入端的反 馈信息。 从控制论的观点来看，系统的自动控制过程正是 通过“双向通讯”的信息反馈联系而实现的。信 息在系统中的这种循环往返过程中，不断变换形 式，最终实现控制目标。这就是控制论所揭示的 自动控制系统的反馈机制，它是自动控制系统的 第二个特点。
2.控制论的发展
系统与控制导论
一般系统是由互相关联的一些事物(即系统的组成部分)所组成的有机整体。
所谓事物通常指对象、元件、变量、属性、现象等。
关系则指结构、组织、约束、交连等。
控制系统由被控制对象和控制装置所构成，能对被控制对象的工作状态进行遥控或自控的系统。
由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统系统数学模型又称数学模拟，是建立在客观存的环境系统的基础上，反映评价涉及到的各种环境要素和过程以及它们之间相互联系和作用一组数学表达式。
它是在反映环境要素和环境过程的数学模型的基础上，分析要素和过程间的相互联系及作用，按照一定的法则把单个数学模型组合而成反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
现场总线系统是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。
通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。
集散控制系统。
即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
系统是符合控制系统，他的控制方式是把按偏差控制和按扰动控制结合起来。
采用温度负反馈，由温度控制器对热水温度进行自动控制。
控制系统导论剖析课件
02
利用MATLAB可以进行控制系统稳定性的分析和计算，判断系
统的稳定性和鲁棒性。
稳定性分析对于控制系统的设计和优化至关重要，是保证系统
03
正常运行的重要基础。
控制系统性能优化
控制系统性能优化是控制系统设计和优 化中非常重要的环节之一。
利用MATLAB可以进行控制系统的性能优化 ，包括响应速度、稳定性和鲁棒性等方面的 优化。
频率响应法是一种通过分析控制系统在正弦波 信号作用下的稳态输出和输入关系，来分析和 设计控制系统的图解方法。
它主要适用于线性定常控制系统，通过分析系 统的频率特性，为控制系统的设计和优化提供 依据。
频率响应法具有直观、精度高等优点，但也有 局限性，如对于高阶系统分析较为复杂，且无 法分析非线性系统或时变系统。
实例
RLC电路、弹簧质量系统等。
传递函数与方框图
传递函数
传递函数是线性时不变系统的一种数 学表示，它描述了系统的输入和输出 之间的关系。
方框图
方框图是一种描述控制系统结构和行 为的图形表示方法，它由各种不同的 方框组成，每个方框代表一个环节或 一个元件。
控制系统稳定性分析
稳定性定义
如果一个控制系统在受到扰动后能够回到原来的平衡状态，那么这个系统就是 稳定的。
稳定性判据
如果一个系统的传递函数的所有极点和零点都位于s平面的左半部分，那么这个 系统就是稳定的。
控制系统性能评估
性能指标
衡量控制系统性能的指标有很多，例如响应时间、超调量、调节时间等。
性能分析方法
常用的性能分析方法包括根轨迹法、频率分析法、李雅普诺夫稳定性分析等。
03
控制系统设计方法
根轨迹法
04
控制系统分析与仿真
《智能控制导论》课件
程护理等。
02
CATALOGUE
智能控制系统的基本组成
传感器
传感器是智能控制系统的首要环节，负责采集各种物理量、化学量、生物量等原始 数据，并将其转换为可处理的电信号或数字信号。
传感器的性能指标包括精度、稳定性、灵敏度、响应速度等，直接影响智能控制系 统的性能。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等，可 根据具体应用需求进行选择。
详细描述
智能控制的主要特点包括自主学习、自适应、自组织、自决策和自修复等，它 能够根据环境变化和系统状态，自主地调整控制策略，实现最优的控制效果。
智能控制的历史与发展
总结词
智能控制的历史可以追溯到20世纪50年代，随着人工智能和 计算机技术的不断发展，智能控制得到了广泛的应用和发展 。
详细描述
智能控制的发展经历了三个阶段，分别是萌芽阶段、形成阶 段和成熟阶段。目前，智能控制已经广泛应用于工业、农业 、军事、医疗等领域，成为现代控制技术的重要组成部分。
模糊控制器结构
模糊控制器通常包括模糊化、模 糊推理、反模糊化三个主要部分 。其中，模糊推理是核心，基于 模糊规则库和模糊集合运算进行 推理。
应用领域
模糊控制在工业控制、智能家居 、智能交通等领域有广泛应用， 尤其在处理不确定性和非线性问 题时表现出色。
神经网络控制
神经元模型与网络结构
神经网络控制基于神经元模型和网络结构，通过模拟人脑 神经元之间的连接和信息传递机制进行学习、记忆和决策 。
《智能控制导论》 ppt课件
contents
目录
• 智能控制概述 • 智能控制系统的基本组成 • 智能控制的主要技术 • 智能控制在工业自动化中的应用 • 智能控制面临的挑战与未来发展
02
CATALOGUE
智能控制系统的基本组成
传感器
传感器是智能控制系统的首要环节，负责采集各种物理量、化学量、生物量等原始 数据，并将其转换为可处理的电信号或数字信号。
传感器的性能指标包括精度、稳定性、灵敏度、响应速度等，直接影响智能控制系 统的性能。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等，可 根据具体应用需求进行选择。
详细描述
智能控制的主要特点包括自主学习、自适应、自组织、自决策和自修复等，它 能够根据环境变化和系统状态，自主地调整控制策略，实现最优的控制效果。
智能控制的历史与发展
总结词
智能控制的历史可以追溯到20世纪50年代，随着人工智能和 计算机技术的不断发展，智能控制得到了广泛的应用和发展 。
详细描述
智能控制的发展经历了三个阶段，分别是萌芽阶段、形成阶 段和成熟阶段。目前，智能控制已经广泛应用于工业、农业 、军事、医疗等领域，成为现代控制技术的重要组成部分。
模糊控制器结构
模糊控制器通常包括模糊化、模 糊推理、反模糊化三个主要部分 。其中，模糊推理是核心，基于 模糊规则库和模糊集合运算进行 推理。
应用领域
模糊控制在工业控制、智能家居 、智能交通等领域有广泛应用， 尤其在处理不确定性和非线性问 题时表现出色。
神经网络控制
神经元模型与网络结构
神经网络控制基于神经元模型和网络结构，通过模拟人脑 神经元之间的连接和信息传递机制进行学习、记忆和决策 。
《智能控制导论》 ppt课件
contents
目录
• 智能控制概述 • 智能控制系统的基本组成 • 智能控制的主要技术 • 智能控制在工业自动化中的应用 • 智能控制面临的挑战与未来发展
控制导论
一个在正常的基础上为管理提供必要信息的系统
数据：收集到的原始信息，未经分析的事实（例如，未排序顾客
信息清单
信息：进行分析和处理后的数据，对相关管理人员已其拥有价值
30
最佳实践的杠杆比较
杠杆
据以进行测量和比较卓越成就的标准
杠杆比较
从竞争者和非竞争者中寻找致使他们成功的最佳实践 用来确定具体绩效差距和潜在需要提高领域的工具
⑶ 通过控制可以有效减轻环境的不确定性对组织活动 的影响。
⑷ 通过控制使麦当劳增加企业竞争力和客户忠诚度。
45
麦当劳控制系统分析
麦当劳的黄金原则是QSC&V原则：
Quality是指麦当劳为保证食品品质制定了极其严格
的标准，使顾客在任何地点、任何时间、品尝的麦 当劳食品都是同一品质的。 情、周到、快捷的服务。
e. 以“Q、S、C、V”为只要内容的组织文化。
44
麦当劳控制系统分析
麦当劳运用的控制手段可概括包括为间接控制、任
务控制和管理控制、预算控制、财务控制。 麦当劳 公司的控制在经营管理活动中起的作用有四点：
⑴ 通过控制使麦当劳庞大的店铺系统能够协调一致地 运作。 ⑵ 麦当劳通过控制可以避免和减少管理失误的损失。
反馈控制的优点：
为管理者提供关于计划效果的真实信息 增强员工的积极性
22
监控组织绩效的工具：财务控制
传统控制
比率分析
流动性 杠杆 活动 盈利能力
其他衡量方法
经济附加值 (EVA) 市场附加值 (MVA)
预算分析
定量标准 偏差
23
流行的财务比率
Service是指按照细心、关爱和爱心的原则，提供热
数据：收集到的原始信息，未经分析的事实（例如，未排序顾客
信息清单
信息：进行分析和处理后的数据，对相关管理人员已其拥有价值
30
最佳实践的杠杆比较
杠杆
据以进行测量和比较卓越成就的标准
杠杆比较
从竞争者和非竞争者中寻找致使他们成功的最佳实践 用来确定具体绩效差距和潜在需要提高领域的工具
⑶ 通过控制可以有效减轻环境的不确定性对组织活动 的影响。
⑷ 通过控制使麦当劳增加企业竞争力和客户忠诚度。
45
麦当劳控制系统分析
麦当劳的黄金原则是QSC&V原则：
Quality是指麦当劳为保证食品品质制定了极其严格
的标准，使顾客在任何地点、任何时间、品尝的麦 当劳食品都是同一品质的。 情、周到、快捷的服务。
e. 以“Q、S、C、V”为只要内容的组织文化。
44
麦当劳控制系统分析
麦当劳运用的控制手段可概括包括为间接控制、任
务控制和管理控制、预算控制、财务控制。 麦当劳 公司的控制在经营管理活动中起的作用有四点：
⑴ 通过控制使麦当劳庞大的店铺系统能够协调一致地 运作。 ⑵ 麦当劳通过控制可以避免和减少管理失误的损失。
反馈控制的优点：
为管理者提供关于计划效果的真实信息 增强员工的积极性
22
监控组织绩效的工具：财务控制
传统控制
比率分析
流动性 杠杆 活动 盈利能力
其他衡量方法
经济附加值 (EVA) 市场附加值 (MVA)
预算分析
定量标准 偏差
23
流行的财务比率
Service是指按照细心、关爱和爱心的原则，提供热
自动控制原理 控制系统导论
3、随动控制系统（或称伺服系统） 这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。 工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统(如图1.7所示)等均属于 随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中 普遍采用的常规控制仪表PID调节器控制的系统及图 1-1所示的电动机速度自动控制系统就属于这一类型。 2、离散系统 系统的某一处或几处，信号以脉冲序列或数码的形式 传递的控制系统。其主要特点是：系统中用脉冲开关 或采样开关，将连续信号转变为离散信号。可分为脉 冲控制系统和数字控制系统。 图1-8和图1-9分别给出了脉冲控制系统和数字控制系 统的结构图。
1．2．1 按信号的传递路径来分
1．开环控制系统 指系统的输出端与输入端不存在反馈回路， 输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。 如工业上使用的数字程序控制机床，参见图13。
程序
图纸
指令
微型 计算机
放大器
执行机构
工作机 床
位移
切削刀 具
图1-3 微型计算机控制机床（开环系统）
系统每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和 一个系统的输出量与之相对应，但是不具有修正由于 扰动而出现的被控制量希望值与实际值之间误差的能 力。例如，执行机构步进电机出现失步，机床某部分 未能准确地执行程序指令的要求，切削刀具偏离了希 望值，控制指令并不会相应地改变。 开环系统结构简单，成本低廉，工作稳定。但开环 控制不能自动修正被控制量的误差、系统元件参数的 变化以及外来未知干扰都会影响系统精度的。
19世纪60年代期间是控制系统高速发展的时期， 1868年麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）基于微分方程描述 从 理 论 上 给 出 了 它 的 稳 定 性 条 件 。 1877 年 劳 斯 （E.J.Routh）,1895年霍尔维茨（A.Hurwitz）分别独 立给出了高阶线性系统的稳定性判据；另一方面， 1892年，李雅普诺夫（A.M.Lyapunov）给出了非线性 系统的稳定性判据。在同一时期，维什哥热斯基 （I.A.Vyshnegreskii）也用一种正规的数学理论描述了 这种理论。
《控制系统导论》PPT课件
人类的支配欲无限，因此，被控 对象有多种多样，如，
●工程技术对象，简单如家电，复 杂如工业自动化、准确制导、航天等
● 社会系统和经济系统 ● 生输态入系统被控和生输物出系统
对象
图1.１ 被控对象
控制：通俗地说，控制就是使被 控对象按照我们预定的方式工作
导论----控制系统概要
被控对象:有什么共同的特点？
自动控制：没有人直接参与的情况下，利 用控制装置使被控对象的某一物理量〔被 控量〕自动地按照预定的规律运行。
导论----控制系统根本概念
控制装置：常被归纳成执行机构、观测器 等。
反响：把输出量送回到输入端并与输入信 号比较的过程。分为负反响和正反响 。
控制系统：为了到达预期的目标〔响应〕 而设计出来的系统，它由相互关联的部件 组合而成，主要由控制装置和被控对象组 成。
初始
中子数 +
中子数 n
U235
能量
中子数 2.5n
+
有效中子率 图1.12 正反馈的实例
导论----开环控制与闭环控制
开环和闭环控制系统的特点
开环系统：构造简单，稳定性好，容易设计和调 整以及本钱较低的优点，对那些负载恒定，扰 动小，控制精度要求不高的实际系统，是有效 的控制方式。
闭环系统：由于增加了检测装置和反响环节，构 造较复杂，本钱有所增加；但它提高了系统的 控制精度和抗干扰能力；同时，负反响会对系 统稳定性产生不利影响。
导论----反响控制系统的分类
按参考输入形式分为：
恒值系统：指参考输入量保持常值的 系统。其任务是消除或减少扰动信号对系统 输出的影响，使被控量〔即系统的输出量〕 保持在给定或希望的数值上。
随动系统：指参考输入量随时间任意 变化的系统。其任务是要求输出量以一定的 精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和 精度是随动系统的两项主要性能指标。
●工程技术对象，简单如家电，复 杂如工业自动化、准确制导、航天等
● 社会系统和经济系统 ● 生输态入系统被控和生输物出系统
对象
图1.１ 被控对象
控制：通俗地说，控制就是使被 控对象按照我们预定的方式工作
导论----控制系统概要
被控对象:有什么共同的特点？
自动控制：没有人直接参与的情况下，利 用控制装置使被控对象的某一物理量〔被 控量〕自动地按照预定的规律运行。
导论----控制系统根本概念
控制装置：常被归纳成执行机构、观测器 等。
反响：把输出量送回到输入端并与输入信 号比较的过程。分为负反响和正反响 。
控制系统：为了到达预期的目标〔响应〕 而设计出来的系统，它由相互关联的部件 组合而成，主要由控制装置和被控对象组 成。
初始
中子数 +
中子数 n
U235
能量
中子数 2.5n
+
有效中子率 图1.12 正反馈的实例
导论----开环控制与闭环控制
开环和闭环控制系统的特点
开环系统：构造简单，稳定性好，容易设计和调 整以及本钱较低的优点，对那些负载恒定，扰 动小，控制精度要求不高的实际系统，是有效 的控制方式。
闭环系统：由于增加了检测装置和反响环节，构 造较复杂，本钱有所增加；但它提高了系统的 控制精度和抗干扰能力；同时，负反响会对系 统稳定性产生不利影响。
导论----反响控制系统的分类
按参考输入形式分为：
恒值系统：指参考输入量保持常值的 系统。其任务是消除或减少扰动信号对系统 输出的影响，使被控量〔即系统的输出量〕 保持在给定或希望的数值上。
随动系统：指参考输入量随时间任意 变化的系统。其任务是要求输出量以一定的 精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和 精度是随动系统的两项主要性能指标。
自动控制导论_PID控制
PID控制简介控制系统的组成¾执行元件：受被控对象的功率要求和所需能源形式、工作条件限制。
伺服电动机、液压/气动伺服马达等；¾测量元件：依赖于被控制量的形式。
电位器、热电偶、测速发电机以及各类传感器等；¾给定元件及比较元件：给定元件及比较元件取决于输入信号和反馈信号的形式电位计、旋转变压器、机械式差动装置等等；¾放大元件：放大元件由所要求的控制精度和驱动执行元件的要求进行配置，有些情形下甚至需要几个放大器。
电压放大器（或电流放大器）、功率放大器等等，放大元件的增益通常要求可调要求可调。
控制系统不可变部分执行机构可变部分检测装置放大器、校正装置(设计系统)功率放大器迫使系统满足给定的性能L(ω)调整增益↑→稳态误差↓相角裕量γ↓ω0G(s)G(s)/Kϕ(ω)()ωc1ωcω0180ºγ1γ=0!!很多情况下，只调整增益不能使系统的性能得到充分地改变，以满足给定的性能指标。
校正方式串联校正并联校正(反馈校正)前馈（顺馈）校正控制系统的设计任务控制系统的设计任务：根据被控对象及其控制要求，选择适当的控制器及控制规律，设计个满足给定性能指标的制器及控制规律，设计一个满足给定控制系统。
：通过改变系统结构，或在系统中增加校正(补偿)通过改变系统结构或在系统中增加附加装置或元件(校正装置)对已有的系统(固有部分)进行再设计使之满足性能要求分)进行再设计使之满足性能要求。
控制系统的设计，本质上是寻找合适的校正装置！控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置！频率响应校正法¾清楚表明系统改变性能指标的方向。
频率特性图可以清楚表明系统改变性能指标的方向¾频域设计通常通过Bode图进行处理起来十分简单。
（当采用串联校正时，使得校正后系统的Bode图即为原有系统Bode图和校正装置的Bode图直接相加）对于某些数学模型推导起来比较困难的元件，如液¾对于某些数学模型推导起来比较困难的元件如液压和气动元件，通常可以通过频率响应实验来获得其Bode图。
自动控制原理各章知识精选全文完整版
⑴ 偏差、误差的概念
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
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LC
d 2u2 dt 2
RC
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u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
第1章 控制系统导论
1-1 自动控制的基本原理
人工控制的例子
示例——水池水位控制
人工控制
被控对象：水池 被控量：水池的水位
观测实际水位，将期望的水位值与实际水位相比较，两者 之差为偏差。根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度， 即当实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度，否则加大 阀门开度以改变进水量，从而改变水池水位，使之与要求值 保持一致。
1-1 自动控制的基本原理
2. 闭环控制
输出量与输入量之间有反馈回路，通过输入量与主反馈信号之 间的偏差对输出量进行控制。系统的输出信号对控制作用有直 接影响。
1-1 自动控制的基本原理
直流电动机转速闭环控制系统
uf Kf
Mc恒定：ur, ue u1 ua, n, ur 恒定：Mc, n
1.3 自动控制系统的分类
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分 （1）开环控制系统
信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外,还有输出到
输入的反馈信号,则构成闭环控制系统,也称反馈控制系统,
1-3 自动控制系统的分类
2.按系统输入信号划分
（3）程序控制系统
系统的控制输入信号不是常值,而是事先确定的运动规律,编成程序 装在输入装置中,即控制输入信号是事先确定的程序信号,控制的目的是使 被控对象的被控量按照要求的程序动作。如数控车床就属此类系统。
1-3 自动控制系统的分类
3.线性系统和非线性系统
（1）线性系统
组成系统元器件的特性均为线性的,可用一个或一组线性微分方程 来描述系统输入和输出之间关系。线性系统的主要特征是具有齐次性和
1-1 自动控制的基本原理
(4)偏差信号:控制输入信号与主反馈信号之差。 (5)误差信号:它指系统输出量的实际值与期望值之差。 在单位反馈情况下,期望值就是系统控制输入信号的值, 误差信号等于偏差信号。 (6)扰动信号:除控制信号以外,对系统的输出有影响的 信号。
(新)自动控制理论导论
• 1788年瓦特设计发 明离心调节器，利 用飞球的离心运动 去控制蒸汽机的速 度，促进了工业的 发展。
理论源于实践
理论指导实践 又在实践中得到发展
经典控制理论
以传递函数为基础，研究单输入---单输 出定常控制系统的分析与设计问题：
线性控制系统分析：时域分析、稳定性与 稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。
中国古代自动化方面的成就：
• 公元前14世纪至前11世纪，中国、 埃及和巴比伦出现自动计时漏壶； • 公元130年，张衡发明浑天仪，132 年研制出自动测量地震的候风地动 仪； • 公元235年，马钧研制出用齿轮传 动自动指示方向的指南车，类似按 扰动补偿的自控系统；
10
离心调节器 世界上公认的第一个自动控制系统
哈勃望远镜－特殊地卫星
中巴资源卫星
飞机导航系统
制导导弹 现代的高新技术 让导弹长上了“眼睛” 和“大脑”，利用负反 馈控制理论去紧紧盯住 目标天线的作用 是把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射 出去，并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为 天线所起的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视 和侦察整个天空的状况，天线就要不停地转动，用一 个驱动马达使天线作360度的旋转，这样它就能在360 度范围内进行“搜索”。
自动控制理论
Theory of Automatic Control
电气工程及其自动化
控制理论
自动化学科的重要理论基础
研究自动控制共同规律的技术科学
课程的性质和特点
自动控制是一门科学，它从方法论的角 度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制理论》是本学科的专业基础 课，该课程与其它课程的关系如下。
非线性控制系统分析：相平面分析、描述 函数分析。 （连续控制系统、离散控制系统）
理论源于实践
理论指导实践 又在实践中得到发展
经典控制理论
以传递函数为基础，研究单输入---单输 出定常控制系统的分析与设计问题：
线性控制系统分析：时域分析、稳定性与 稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。
中国古代自动化方面的成就：
• 公元前14世纪至前11世纪，中国、 埃及和巴比伦出现自动计时漏壶； • 公元130年，张衡发明浑天仪，132 年研制出自动测量地震的候风地动 仪； • 公元235年，马钧研制出用齿轮传 动自动指示方向的指南车，类似按 扰动补偿的自控系统；
10
离心调节器 世界上公认的第一个自动控制系统
哈勃望远镜－特殊地卫星
中巴资源卫星
飞机导航系统
制导导弹 现代的高新技术 让导弹长上了“眼睛” 和“大脑”，利用负反 馈控制理论去紧紧盯住 目标天线的作用 是把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射 出去，并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为 天线所起的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视 和侦察整个天空的状况，天线就要不停地转动，用一 个驱动马达使天线作360度的旋转，这样它就能在360 度范围内进行“搜索”。
自动控制理论
Theory of Automatic Control
电气工程及其自动化
控制理论
自动化学科的重要理论基础
研究自动控制共同规律的技术科学
课程的性质和特点
自动控制是一门科学，它从方法论的角 度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制理论》是本学科的专业基础 课，该课程与其它课程的关系如下。
非线性控制系统分析：相平面分析、描述 函数分析。 （连续控制系统、离散控制系统）
郑州大学双学位管理学课件——第十八章：控制的基础.pptx
官僚控制 它强调组织的权威，依靠管理规章、制度、过程及政策。这种控制依 赖行为规范、良好的工作描述和其他管理机制(如预算)，来保证员工举止适当且符合 行为标准。
在小集团控制下，员工的行为靠共同的价值、规范、传统、仪式、信念及其他 组织文化方面的东西来调节，如企业仪式，像周年员工颁奖晚餐或假日奖金发放等在 控制行为方面具有重要作用。
2）管理者需要向员工授权。 许多管理者不愿意向员工授权，其中主要原因是害怕下属犯错误而由 他来承担。许多管理者试图靠自己做事来避免委派给他人。 如果形成一种有效的控制系统，这种系统可以提供信息并反馈员工的 工作表现。不愿意委派的事情则可以大大减少。 一个有效的控制系统是非常重要的，因为管理者需要委派任务并向员工 授予决策权力。 但由于管理者要对最终结果负责，困此他们需要反馈机制，这种机制 可以由控制系统提供。
在1994年，穆斯塔法建立了网上商店。网站上提供大约5000种商品，实际仓库中 的库存达上万种商品。同时还伴以多项创新举措，如汇率定期变更。顾客订货数小时内 送达。然而，欺诈问题几乎同时产生了。尽管公司的软件对每笔交易都进行加密来保证 顾客的财务信息不被窃取，但是不要求顾客用信用卡进行在线支付时确认身份。非常不 幸，穆斯塔法不能杜绝假信用卡交易，这也是所有网上交易所面临的问题。当顾客使用 假信用卡购买商品时，只好由穆斯塔法来承担损失。萨利姆要求针对这个问题写出一份 计划。如果你处在他的位置，你会采取什么步骤来控制信用卡欺诈问题。
自修
什么是控制 控制为何重要 控制过程 控制的类型 对管理者的意义 当代控制问题 本章小结 思考题
定义控制 描述三种控制方法 解释控制为何重要 描述控制过程 区分三种不同类型的控制 描述一个有效的控制系统的特性 讨论影响一个组织的控制系统设计的权变因素 解释三个当代问题—工作场所隐私、员工偷窃、工作
在小集团控制下，员工的行为靠共同的价值、规范、传统、仪式、信念及其他 组织文化方面的东西来调节，如企业仪式，像周年员工颁奖晚餐或假日奖金发放等在 控制行为方面具有重要作用。
2）管理者需要向员工授权。 许多管理者不愿意向员工授权，其中主要原因是害怕下属犯错误而由 他来承担。许多管理者试图靠自己做事来避免委派给他人。 如果形成一种有效的控制系统，这种系统可以提供信息并反馈员工的 工作表现。不愿意委派的事情则可以大大减少。 一个有效的控制系统是非常重要的，因为管理者需要委派任务并向员工 授予决策权力。 但由于管理者要对最终结果负责，困此他们需要反馈机制，这种机制 可以由控制系统提供。
在1994年，穆斯塔法建立了网上商店。网站上提供大约5000种商品，实际仓库中 的库存达上万种商品。同时还伴以多项创新举措，如汇率定期变更。顾客订货数小时内 送达。然而，欺诈问题几乎同时产生了。尽管公司的软件对每笔交易都进行加密来保证 顾客的财务信息不被窃取，但是不要求顾客用信用卡进行在线支付时确认身份。非常不 幸，穆斯塔法不能杜绝假信用卡交易，这也是所有网上交易所面临的问题。当顾客使用 假信用卡购买商品时，只好由穆斯塔法来承担损失。萨利姆要求针对这个问题写出一份 计划。如果你处在他的位置，你会采取什么步骤来控制信用卡欺诈问题。
自修
什么是控制 控制为何重要 控制过程 控制的类型 对管理者的意义 当代控制问题 本章小结 思考题
定义控制 描述三种控制方法 解释控制为何重要 描述控制过程 区分三种不同类型的控制 描述一个有效的控制系统的特性 讨论影响一个组织的控制系统设计的权变因素 解释三个当代问题—工作场所隐私、员工偷窃、工作
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Source: American Management Association/ePolicy Institute Research, “2005 Electronic Monitoring & Surveillance Survey,” American Management Association.
– 控制作用发生在行动之后
• 当这个问题已经发生后，采取纠正行动
– 反馈控制的优点：
• 为管理者提供关于计划效果的真实信息
• 增强员工的积极性
21
控制类型
输入
处理
输出
前馈控制 预期出现的问题
同期控制
纠正发生的问题
反馈控制 纠正发生后的问题
22
控制类型（续）
• 自我控制（亦称内部控制）
• • • • • 依靠员工和团队为实现工作目标而进行 自我约束 自我管理 采取直接的行为控制其他人的行为 规章制度、程序等 参考：“火炉规则”
• 其他财务控制衡量标准
– 经济附加值 (EVA)
• 一个公司对它的资产应用创造多少经济价值减去公 司对它的资本投资
– 使用更少的资本，或把资产投资于高回报的项目，以提 高组织或单位的EVA
28
监控组织绩效的工具：财务控制 （续）
• 其他财务控制衡量标准（续）
– 市场附加值 (MVA)
• 股市对一个公司过去或预期资本投资项目价值的评价
第六篇 控制
第18章
控制导论
什么是控制？
• 控制
– 控制是对工作情况的监督、对比并纠正的过程。
• 控制的目的
– 确保各项行动的完成方向朝着达到组织的目标
2
控制为何重要？
• 作为管理职能环节中最后一环：
– 计划
• 控制确保管理者了解到是否正朝着目标和计划前进， 及未来该采取什么行动
– 向员工授权
• 控制系统可以提供信息并反馈员工的工作表现
• 信息：进行分析和处理后的数据，对相关管理人员 已其拥有价值
32
最佳实践的杠杆比较
• 杠杆
– 据以进行测量和比较卓越成就的标准
• 杠杆比较
– 从竞争者和非竞争者中寻找致使他们成功的最 佳实践
– 用来确定具体绩效差距和潜在需要提高领域的 工具
33
成功执行一个内部标杆比较最佳实践项目的步骤
1. 将最佳实践同组织战略和目标联系起来
• 控制标准 （什么）
– 雇员
• 满意度 • 营业额 • 出勤率
– 财政预算
• 花费
• 产出 • 销售额
7
衡量工作绩效的信息一般来源
8
比较
• 确定实际工作绩效与标准之间的偏差
– 值得注意的偏差决定于：
• 可接受的偏差范围（预测或预算） • 偏差的大小和方向（上限和下限）
– 关注两类：
• 有问题的偏差：实际绩效低于标准
• 系统资源模型
– 该组织在收购稀少和贵重资源环境的能力。
• 过程模型
– 一个组织的投入产出转换过程的效率
• 多重利益方模型
– 组织在满足各个利益方的效能。
17
产业和公司排名
• 产业排名依据：
– 利润 – 收入回报 – 股东权益回报 – 利润增长 – 每个员工收入
• 企业文化审计 • 报酬和福利调查 • 用户满意度调查
– 保护工作场所
• 控制加强人身安全和最大限度地维持组织运作持续
3
计划-控制链
4
控制过程
• 控制过程
1. 衡量实际绩效 2. 将实际绩效与标准进行比较
3. 采取管理行动来纠正偏差或不 足
5
控制过程
6
衡量：如何衡量与衡量什么
• 信息来源 （如何）
– 个人观察
– 统计报告 – 口头汇报 – 书面报告
30
信息控制
• 信息控制目的
– 帮助管理者控制其他组织活动的工具
• 管理者需要在正确的时间得到正确信息
– 管理者需要控制的组织领域
• 管理者必须建立全面的和安全的管制，以保障该组 织的重要信息
31
信息控制
• 管理信息系统 (MIS)
– 一个在正常的基础上为管理提供必要信息的系 统
• 数据：收集到的原始信息，未经分析的事实（例如， 未排序顾客信息清单
39
阻止或减少工作场所暴力的控制方法
Sources: Based on M. Gorkin, “Five Strategies and Structures for Reducing Workplace Violence,” Workforce Online (). December 3, 2000; “Investigating Workplace Violence: Where Do You Start?” Workforce Online (), December 3, 2000; “Ten Tips on Recognizing and Minimizing Violence,” Workforce Online (), December 3, 2000; and “Points to Cover in a Workplace Violence Policy,” Workforce Online ( ), December 3, 2000.
37
阻止或减少员工偷窃或欺诈的控制方法
Sources: Based on A.H. Bell and D.M. Smith. “Protecting the Company Against Theft and Fraud,” Workforce Online () December 3, 2000; J.D. Hansen. “To Catch a Thief,” Journal of Accountancy, March 2000, pp. 43–46; and J. Greenberg, “The Cognitive Geometry of Employee Theft,” in Dysfunctional Behavior in Organizations: Nonviolent and Deviant Behavior, eds. S.B. Bacharach, A. O’Leary-Kelly, J.M. Collins, and R.W. Griffin (Stamford, CT: JAI Press, 1998), pp. 147–93.
2. 确定整个组织的最佳实践
3. 发展最佳实践奖赏和承认系统 4. 在整个组织中进行最佳实践沟通 5. 创建一个最佳实践知识共享系统 6. 在正在进行的基础上培养最佳实践
34
当前的控制问题
• 跨文化差异
– 在高科技协助下加强对本土运营的直接协作 – 在外国法律限制协作行动 – 不同国家数据搜集的可比性
35
当前的控制问题（续）
• 工作场所问题
– 工作场所的隐私与工作场所监测：
• 电子邮件,电话，电脑和互联网的使用
• 生产力，骚扰，安全性，保密，保护知识产权
– 员工偷窃
• 未被授权使用公司资产的个人行为
– 工作场所暴力
• 工作场所的愤怒、狂暴和暴力威胁到员工安全并影 响生产率
36
工作场所监视类型
42
当前的控制问题（续）
• 公司治理
– 用来控制一个企业以保护企业所有者利益的系 统
• 加强董事会作用
• 增加财务报告的审议 (萨班斯-奥克斯利法案 2002)
– 更多地披漏财务信息，使其更透明
– 高层44
• 计战略，工作流程和工作活动。 • 协调工作的雇员。
15
组织绩效衡量
• 组织生产率
– 生产率： 商品和服务的总产出除以生产那些产 出的总投入
• 产出：销售收入
• 投入：资源成本（材料，人工费用和设施）
– 总的来说，生产率是衡量员工如何有效地开展 工作。
16
组织绩效衡量
• 组织的有效性
– 检测组织的目标有多少合适以及那些完成的目 标状况的标准
12
采取管理行动
• 行动方案（续）
– 修订标准
• 审查标准，以确定是否标准是现实的，公平和可实 现的。
– 坚持标准的有效性。 – 重置最初定得过低或过高的目标。
13
控制过程中的决策管理
14
监控组织绩效
• 什么是绩效?
– 一项活动的最终结果
• 什么是组织绩效？
– 组织中所有工作流程和活动的最终累积结果
40
当前的控制问题（续）
• 顾客交互控制
– 服务利润链
• 从员工到顾客再到利润的连续服务的过程
– 服务能力决定服务价值进而影响客户满意度， 反过来，导致客户忠诚度直接影响到公司的收 入和利润
41
服务利润链
Source: Adapted and reprinted by permission of Harvard Business Review. An exhibit from “Putting the Service Profit Chain to Work,” by J. L. Heskett, T. O. Jones, G. W. Loveman, W. E. Sasser, Jr., and L. A. Schlesinger. March –April 1994: 166. Copyright (c) by the President and Fellows of Harvard College. All rights reserved. See also J. L. Heskett, W. E. Sasser, and L. A. Schlesinger, The Service Profit Chain (New York: Free Press, 1997).