控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章_控制系统的基本概念资料
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控制工程基础ppt - 第一章
高压供油路
发动机
喷油泵
离心式飞锤调速器
ห้องสมุดไป่ตู้
自动控制理论的发展过程
§1-1 控制系统的 基本工作原理
一 反馈控制原理
－
＋
给定信号
执行电动机 减速器
ui 比较 ⊿u ub 电压 放大器 功率 放大器
例：恒温炉自动控制系统
－ ＋
∆u = ui − ub
T
热电偶 加热电阻丝 调压器
～220V
恒温炉自动控制系统
开环控制系统的应用： 开环控制系统常用于，预知期望输出且扰动很小，或扰动虽大，但预知其 变化规律，从而能够加以补偿的场合。
扰 动
输入
控制器
被控对象
输出
二 按期望输出的类型分类 1 自动调节系统 若期望输出是常量，系统在有干扰的情况下，能使实际输出相当精确 地保持等于期望输出，则称该系统为自动调节系统（或恒值控制系统）。 自动调节控制系统应该是闭环控制系统。 2 随动系统 若期望输出经常发生变化，且不能预知其变化规律，系统能使实际输 出以一定的精度，及时跟随期望输出，则该系统称为随动系统。 随动系统的输出一般是机械量：位移、速度、加速度，此时又称其为 伺服系统，如： 雷达跟踪系统 火炮瞄准系统 舰船操纵系统
固有反馈（内在反馈） 由于系统本身固有的、内在相互作用而形成的反馈；
§1-2. 自动控制系统的基本类型
一 按反馈的情况分类 1 闭环控制系统 闭环控制系统 具有为控制目的而特意设置的主反馈（负反馈）的 控制系统，又称反馈控制系统。
给定元件
接受指令 指令并将其转换为输入的元件； 指令 指令是表示期望输出的信息。 指令 反馈元件 检测输出并将其转化为反馈的元件； 比较元件 将输入与反馈进行比较，并得出偏差的元件； 从广义上讲，比较元件是对信息进行合成的元件。 放大及运算元件 将比较元件传递来的偏差 偏差，进行转换和放大的元件； 偏差 执行元件 接受放大及运算元件传递来的信息，直接操纵被控对象的 元件； 被控对象 控制系统中需要被控制的某种设备或过程，其输出就是被 控量；
1—控制系统的基本概念1
分类法小结（补充28、29）
• 开环与闭环(Open-loop / Closed-loop)系统 • 线性与非线性 (Linear/Nonlinear)系统 • 集中参数与分布参数 (Lumped / Distributed Parameter)系统 • 时变与时不变 (Time-variant / Time-invariant or Stationary / Non-stationary)系统 • 确定性与随机(Deterministic / Random)系统 • 单变量与多变量 (Single variable / Multivariable or SISO / MIMO)系统 • 连续与离散(Continuous / Discrete)系统
§1-4 控制工程发展概况
控制工程是一门新型的技术科学，也是一 门边缘科学。它的理论基础是工程控制论。 早在一千多年以前，我国就先后发明了铜 壶滴漏计时器、指南针以及天文仪器等多种自 动控制装置，这些发明促进了当时社 会经济的发展。即使从1788年瓦特（J.Watt） 发明蒸汽机飞球调速器算起，控制工程也已有 了二百多年的历史。然而，控制工程作为一门 学科，它的形成并迅速发展却是最近五六十年 的事。
1.1.3 闭环控制系统的组成
§1-2 控制系统的基本类型
一、按输入量的特征分类 1.恒值控制系统 生产中温度、压力、流量、液面控制； 原动机速度控制、机床位置控制； 电力系统电网电压、频率控制 2. 程序控制系统
液位控制系统
§1-2 控制系统的基本类型
2. 程序控制系统（数字控制、计算机控制） 变化规律预知
不连续系统 (Discontinuous Variable System)
离散系统(Discrete Variable System)
控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念
2/4/2024
20
第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
2/4/2024
21
第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
比较
给定 元件
+ 元件
_
串联校正 元件
输入信号 偏差信号
2/4/2024
31
第一章 控制系统的基本概念
准确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋 于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量 之间的差值。
2/4/2024
32
第一章 控制系统的基本概念
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。
注意：在机械、液压、气动、机电等系统中 存在着内在反馈，这种反馈无须专门 的反馈元件，是系统内部各参数相互 作用产生的，如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。
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23
第一章 控制系统的基本概念
➢ 比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差 信号；
➢ 放大元件 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱 动执行元件实现控制功能。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
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9
第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理： ➢检测输出量（被控制量）的实际值 ➢将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比
较得出偏差； ➢用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得
控工第1节2015
J d 2 t dt
2
KT i t D
d t dt
u t Ri t L
J i t KT di t J dt KT
di t dt
Ke
d t dt
dt
D 2 dt KT d 3 t D 3 dt KT
输出信号 被控对象
输入信号 参考信号
控制器
热电偶
反馈信号 反馈元件 恒温箱功能框图
1.1 自动控制系统的基本概念
反馈控制系统的组成与原理
• 偏差信号与反馈信号的变化方向相反，负反馈 • 系统通过负反馈控制，能够自动减小偏差
1.1 自动控制系统的基本概念 1.1.2 自动控制系统的分类
(1) 根据有无反馈作用分类 开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统
第1章 概论 1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.1 组成和原理 空调系统，电冰箱，热水器... 数控机床、机器人、速率转台、温度试验箱... 船舶及飞机自动驾驶、导弹制导... 在没有人直接参与的情况下， 用控制装置（机械、电路、算法）， 使机器、设备或生产过程的某个物理量 自动地按照预定的规律变化
v2(t) x2(t)
摩擦力？
fD(t)
d fD t D v1 t v2 t D dt x1 t x2 t
D——阻尼系数
2.2 控制系统运动微分方程的建立
f t
x t
分析质量块受力， 对质量块列微分方程 力的正负号
f t
x t
d d m 2 x f kx D x dt dt d d m 2 x D x kx f dt dt
2
KT i t D
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J i t KT di t J dt KT
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D 2 dt KT d 3 t D 3 dt KT
输出信号 被控对象
输入信号 参考信号
控制器
热电偶
反馈信号 反馈元件 恒温箱功能框图
1.1 自动控制系统的基本概念
反馈控制系统的组成与原理
• 偏差信号与反馈信号的变化方向相反，负反馈 • 系统通过负反馈控制，能够自动减小偏差
1.1 自动控制系统的基本概念 1.1.2 自动控制系统的分类
(1) 根据有无反馈作用分类 开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统
第1章 概论 1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.1 组成和原理 空调系统，电冰箱，热水器... 数控机床、机器人、速率转台、温度试验箱... 船舶及飞机自动驾驶、导弹制导... 在没有人直接参与的情况下， 用控制装置（机械、电路、算法）， 使机器、设备或生产过程的某个物理量 自动地按照预定的规律变化
v2(t) x2(t)
摩擦力？
fD(t)
d fD t D v1 t v2 t D dt x1 t x2 t
D——阻尼系数
2.2 控制系统运动微分方程的建立
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分析质量块受力， 对质量块列微分方程 力的正负号
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《控制工程基础》课件
PLC的原理与应用
1 输入与输出
PLC通过输入模块接收信号，通过输出模块控制设备。
2 程序设计
使用逻辑图或编程语言编写控制程序。
3 实时响应
PLC能够实时监测输入信号并作出相应的输出控制。
DCS的原理与应用
1 分散控制系统
将控制任务分散到多个控 制设备中。
2 通信系统
使用高速通信网络连接分 散的控制设备。
上升时间
指系统响应从初始状态到达 稳态所需的时间。
转移函数的稳定性分析
1
极点
转移函数的极点的位置对系统稳定性影响显著。
2
零点
转移函数的零点的位置对系统稳定性影响较小。
3
频率响应
分析转移函数的频率响应可以判断系统的稳定性和性能。
极点配置法
1 选择理想的极点位置
根据系统要求和性能指标 来选择极点的位置。
描述。
3
状态空间法
系统用一组一阶微分方程描述。
时域法
系统用微分方程描述，利用初始条件和 输入信号求解。
线性系统的稳定性分析
稳定系统
系统的输出有界并趋向于稳态。
不稳定系统
临界稳定系统
系统的输出趋向于无穷大或发散。
系统的输出在稳态和不稳态之间 波动。
PID控制器的原理
1
积分（I）
2
根据误差信号的累积值，产生一个与累
控制系统的基本元素
1 输入
系统接收的控制信号或指令。
2 输出
系统产生的响应或输出信号。
3 反馈
将输出信号与预期目标进行比较，并进行相应的调整。
控制系统的分类
开环系统
系统只考虑输入信号，没有反馈机制。
闭环系统
最新控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念
➢ 被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。
➢ 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
xi
e
比较
+ 元件
_
放大变换 元件
并联校正 元件
执行 元件
局部 反馈
主反馈信号 xb
控制部分
反馈元件 主反馈
闭环控制系统的组成
扰动信号
控制 输出 xo
对象
1/15/2021
23
第一章 控制系统的基本概念
➢ 给定元件 产生给定信号或输入信号。
➢ 反馈元件 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。 为便于传输，反馈信号通常为电信号。
➢ 开环控制系统：如步进驱动的数控机床、普通 洗衣机、家用电烤箱、微波炉等
➢ 闭环控制系统：如伺服驱动的数控机床、恒温 箱（冰箱、空调）等
➢ 半闭环控制系统
1/15/2021
18
第一章 控制系统的基本概念
➢ 开环控制系统
特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
1/15/2021
21
第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
1/15/2021
22
第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
➢ 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
xi
e
比较
+ 元件
_
放大变换 元件
并联校正 元件
执行 元件
局部 反馈
主反馈信号 xb
控制部分
反馈元件 主反馈
闭环控制系统的组成
扰动信号
控制 输出 xo
对象
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第一章 控制系统的基本概念
➢ 给定元件 产生给定信号或输入信号。
➢ 反馈元件 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。 为便于传输，反馈信号通常为电信号。
➢ 开环控制系统：如步进驱动的数控机床、普通 洗衣机、家用电烤箱、微波炉等
➢ 闭环控制系统：如伺服驱动的数控机床、恒温 箱（冰箱、空调）等
➢ 半闭环控制系统
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第一章 控制系统的基本概念
➢ 开环控制系统
特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
1/15/2021
21
第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
1/15/2021
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第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
控制工程基础课件 第一章 绪论
②闭环控制系统：反馈控制系统也称为闭环控制系
统，是指系统的输入端与输出端之间存在反馈回 路，输出量对控制作用有直接影响，其作用应用 反馈来减少偏差，但不能消除偏差。
开环控制系统与闭环控制系统特点（比较）
(1)开环控制系统特点 抗干扰能力差，控制精度低，但结构简单，调整
方便，成本低，无自动纠偏能力。
H0期望水位高度 H1实际水位高度 1——水位计
Q1流入量 Q2流出量
1. 水箱水位高度控制
（2）自动控制
H0期望水位高度 H1实际水位高度 1——水位计 Q1流入量 Q2流出量
图1－2 水箱水位高度的自动控制
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2720.10.27Tuesday, October 27, 2020
谢谢大家！
自动控制： 在没有人的直接参与下利用控制器
（机械、电子、液压等系统）使生产过程或被控 对象（机器、恒温箱）的某一物理量（温度、压 力、速度）准确的按预期规律运行。
1. 恒温箱
（1）人工控制系统
人工控制的恒温箱原理图
• 人工控制恒温箱调节过程：
（1）观测恒温箱内的温度（被控量） （2）与要求的温度（给定值）进行比较，得
• 自动控制技术应用范围： (1)日常生活：如声控灯，电饭煲，自动洗衣机 (2)工业生产：自动棉纺厂，工厂的自动化 (3)军事领域：火炮射击的雷达跟踪系统 (4)航空航天领域：卫星定位系统
二．控制论的发展
• 18世纪，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离 心调节器，是自动04:00:4504:00:4504:0010/27/2020 4:00:45 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2704:00:4504:00Oc t-2027- Oct-20
《控制工程基础》课件
控制器
控制器是控制系统的核心，用 于接收输入信号，并根据控制 算法产生输出信号，以控制执
行器的动作。
控制器的种类繁多，常见的 有比例控制器、积分控制器
、微分控制器等。
控制器的设计需根据被控对象 的特性和控制要求进行选择和
调整。Leabharlann 执行器01执行器是控制系统的输出环节，用于将控制器的输出信号转换 为实际的控制动作。
《控制工程基础》ppt 课件
CONTENTS 目录
• 控制工程基础概述 • 控制系统的基本组成 • 控制系统的基本性能 • 控制系统的分析与设计 • 控制系统的实现与应用 • 控制工程的前沿技术与发展趋势
CHAPTER 01
控制工程基础概述
定义与特点
定义
控制工程基础是一门研究控制系统的学科，主要涉及控制系 统的基本原理、设计方法、分析技术以及实际应用。
现代控制理论
20世纪60年代末至70年代，现代控制理论开始兴起，它不仅研究 线性系统，还扩展到非线性系统、最优控制、自适应控制等领域。
智能控制
20世纪80年代以来，随着人工智能技术的发展，智能控制在控制工程 领域的应用越来越广泛，涉及模糊控制、神经网络控制等多个方面。
CHAPTER 02
控制系统的基本组成
时间常数以及优化控制算法来减小动态响应时间。
CHAPTER 04
控制系统的分析与设计
数学模型的建立
总结词
描述数学模型在控制系统分析与设计中的重要性。
详细描述
数学模型是描述系统输入与输出之间关系的数学表达式，是控制系统分析与设计的基石。通过建立数学模型，可 以深入了解系统的动态行为，为后续的分析和设计提供依据。
传感器的种类繁多，常见的有热电阻 、热电偶、压力传感器、流量传感器 等。
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6/2/2017 10
第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理：
检测输出量（被控制量）的实际值 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比 较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得 输出量维持期望的输出。
6/2/2017
11
第一章 控制系统的基本概念
由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预 计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考 输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏 差，故称之为反馈控制。
输入 系统输入 装置
指令 控制 装置 伺服 驱动装置 工作台 位置 工作台 系统输出
数控机床的开环控制系统框图
6/2：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件 特性和参数值比较稳定，且外界干扰较 小，开环控制能够保持一定的精度。 缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力
给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。 也称为参考输入量（信号）。
被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。
输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。 系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
6/2/2017
5
第一章 控制系统的基本概念
期望 温度
大脑
手
调压器
恒温箱
实际 温度
眼睛
温度计
人工控制恒温箱系统功能框图
6/2/2017
6
第一章 控制系统的基本概念
给定信号 比较 u1
+ u
电压 放大器 减速器
功率 执行 放大器 电动机 调压器
u2
+
热电偶 加热电阻丝
~220V
恒温箱自动控制系统
6/2/2017
16
3、若系统收到扰动使液面下降，则系统会 自动加大阀门开度，使输入流量增加，液面恢复 到给定高度。
给定 液位 电位器 放大器 电动机 杠杆 减速器 浮子 阀门 水箱 实际 液位
6/2/2017
17
第一章 控制系统的基本概念
开环控制与闭环控制 实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类：
输入量
6/2/2017 2
如：数控机床、室内温度控制、机车、船舶 及飞机自动驾驶、导弹制导等。 例.控制实例-液面控制
6/2/2017
3
第一章 控制系统的基本概念 工作原理
温度计
加热电阻丝
调压器
~220V
人工控制的恒温箱
6/2/2017 4
第一章 控制系统的基本概念 人工控制恒温箱调节过程： 观测恒温箱内的温度（被控制量） 与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度 偏差的大小和方向 根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电 阻丝的电流以调节温度回复到要求值。 人工控制过程的实质：检测偏差再纠正偏差。
6/2/2017 7
第一章 控制系统的基本概念
恒温箱自动控制系统工作原理：
恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2 恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度 u2比较得到温度偏差信号u＝u1 u2 温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动 执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触 头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向 运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为 止，此时，偏差u＝0，电机停止转动。
6/2/2017
13
自动控制系统方框图的绘制步骤(重点掌握)：
（1）分析控制系统的工作原理，找出被控对象。
（2）分清系统的输入量、输出量。 （3）按照控制系统各环节的定义，找出相应的各个 环节。 （4）按信息流动的方向将各个环节用元件方框和连 线连接起来
6/2/2017
14
例 分析图示液位自动控制系统工作原理并绘 制系统功能框图
第一章 控制系统的基本概念
第一章 控制系统的基本概念
一、控制系统的工作原理及其组成
二、控制系统的基本类型
三、对控制系统的基本要求 四、小结
6/2/2017
1
第一章 控制系统的基本概念
一、控制系统的工作原理及其组成
控制 对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。 如：[钢铁轧制]:轧出厚度一致的高精度铁板 自动控制 在没有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（通称被控对象）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。
开环控制系统：如步进驱动的数控机床、普通 洗衣机、家用电烤箱、微波炉等 闭环控制系统：如伺服驱动的数控机床、恒温 箱（冰箱、空调）等 半闭环控制系统
6/2/2017 18
第一章 控制系统的基本概念
开环控制系统 特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式 是“检测偏差并纠正偏差”。
6/2/2017
12
第一章 控制系统的基本概念
这种基于反馈原理，能对输出量与参考输入量进 行比较，并力图保持两者之间既定关系的系统。 称为反馈控制系统。反馈控制系统具备测量、比 较和执行三个基本功能。
注意：反馈控制系统中，反馈信号是与给定信号 相减，使偏差越来越小，称为负反馈。负反馈控 制是实现自动控制最基本的方法。
节流阀
.
节流阀
H( t)
+E
减速器
放大器 +E
电动机
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15
解： 1、电位器滑动触点位于中间位置，电动机 停转，阀门保持原有开度，水箱中流入水量与流 出水量相等，液面保持在希望的高度。 2、若系统收到扰动使液面升高，则浮子相 应升高，通过杠杆作用使电位器滑动触点下移， 给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过 减速器减小阀门开度，使输入流量减小，液位下 降，直到电位器滑动触点回到中间位置，液面恢 复给定高度；
6/2/2017 8
第一章 控制系统的基本概念
扰动 温度t 电压 u 减 v 调 u 恒温箱 (被控量) a 控制 n 给定 u1 u 功率 速 压 (控制 信号 电机 放大器 器 器 对象) u2
热电偶
恒温箱自动控制系统功能框图
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第一章 控制系统的基本概念
从恒温箱控制系统功能框图可见：
第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理：
检测输出量（被控制量）的实际值 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比 较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得 输出量维持期望的输出。
6/2/2017
11
第一章 控制系统的基本概念
由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预 计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考 输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏 差，故称之为反馈控制。
输入 系统输入 装置
指令 控制 装置 伺服 驱动装置 工作台 位置 工作台 系统输出
数控机床的开环控制系统框图
6/2：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件 特性和参数值比较稳定，且外界干扰较 小，开环控制能够保持一定的精度。 缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力
给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。 也称为参考输入量（信号）。
被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。
输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。 系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
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第一章 控制系统的基本概念
期望 温度
大脑
手
调压器
恒温箱
实际 温度
眼睛
温度计
人工控制恒温箱系统功能框图
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6
第一章 控制系统的基本概念
给定信号 比较 u1
+ u
电压 放大器 减速器
功率 执行 放大器 电动机 调压器
u2
+
热电偶 加热电阻丝
~220V
恒温箱自动控制系统
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3、若系统收到扰动使液面下降，则系统会 自动加大阀门开度，使输入流量增加，液面恢复 到给定高度。
给定 液位 电位器 放大器 电动机 杠杆 减速器 浮子 阀门 水箱 实际 液位
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第一章 控制系统的基本概念
开环控制与闭环控制 实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类：
输入量
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如：数控机床、室内温度控制、机车、船舶 及飞机自动驾驶、导弹制导等。 例.控制实例-液面控制
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第一章 控制系统的基本概念 工作原理
温度计
加热电阻丝
调压器
~220V
人工控制的恒温箱
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第一章 控制系统的基本概念 人工控制恒温箱调节过程： 观测恒温箱内的温度（被控制量） 与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度 偏差的大小和方向 根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电 阻丝的电流以调节温度回复到要求值。 人工控制过程的实质：检测偏差再纠正偏差。
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第一章 控制系统的基本概念
恒温箱自动控制系统工作原理：
恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2 恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度 u2比较得到温度偏差信号u＝u1 u2 温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动 执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触 头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向 运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为 止，此时，偏差u＝0，电机停止转动。
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自动控制系统方框图的绘制步骤(重点掌握)：
（1）分析控制系统的工作原理，找出被控对象。
（2）分清系统的输入量、输出量。 （3）按照控制系统各环节的定义，找出相应的各个 环节。 （4）按信息流动的方向将各个环节用元件方框和连 线连接起来
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例 分析图示液位自动控制系统工作原理并绘 制系统功能框图
第一章 控制系统的基本概念
第一章 控制系统的基本概念
一、控制系统的工作原理及其组成
二、控制系统的基本类型
三、对控制系统的基本要求 四、小结
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第一章 控制系统的基本概念
一、控制系统的工作原理及其组成
控制 对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。 如：[钢铁轧制]:轧出厚度一致的高精度铁板 自动控制 在没有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（通称被控对象）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。
开环控制系统：如步进驱动的数控机床、普通 洗衣机、家用电烤箱、微波炉等 闭环控制系统：如伺服驱动的数控机床、恒温 箱（冰箱、空调）等 半闭环控制系统
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第一章 控制系统的基本概念
开环控制系统 特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式 是“检测偏差并纠正偏差”。
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第一章 控制系统的基本概念
这种基于反馈原理，能对输出量与参考输入量进 行比较，并力图保持两者之间既定关系的系统。 称为反馈控制系统。反馈控制系统具备测量、比 较和执行三个基本功能。
注意：反馈控制系统中，反馈信号是与给定信号 相减，使偏差越来越小，称为负反馈。负反馈控 制是实现自动控制最基本的方法。
节流阀
.
节流阀
H( t)
+E
减速器
放大器 +E
电动机
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解： 1、电位器滑动触点位于中间位置，电动机 停转，阀门保持原有开度，水箱中流入水量与流 出水量相等，液面保持在希望的高度。 2、若系统收到扰动使液面升高，则浮子相 应升高，通过杠杆作用使电位器滑动触点下移， 给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过 减速器减小阀门开度，使输入流量减小，液位下 降，直到电位器滑动触点回到中间位置，液面恢 复给定高度；
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第一章 控制系统的基本概念
扰动 温度t 电压 u 减 v 调 u 恒温箱 (被控量) a 控制 n 给定 u1 u 功率 速 压 (控制 信号 电机 放大器 器 器 对象) u2
热电偶
恒温箱自动控制系统功能框图
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第一章 控制系统的基本概念
从恒温箱控制系统功能框图可见：