1.4 自动控制系统的分类
自动控制系统的分类和品质指标
自动控制系统的分类和品质指标1.根据控制对象的性质分类：连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出都是连续的，如电机的转速控制系统；离散控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出是离散的，如数字逻辑控制系统。
2.根据控制方式分类：开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象状态的反馈影响，控制结果只依赖于被控对象的输入，如电视遥控器控制电视机的开关和音量；闭环控制系统是指控制器的输出通过传感器获得被控对象的状态反馈信息，根据反馈信息进行调整，如汽车上的自动驾驶系统。
3.根据控制器的性质分类：线性控制系统和非线性控制系统。
线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系可以用线性方程或线性差分方程描述，如传统的PID控制系统；非线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系不可用线性方程或线性差分方程描述，需要使用非线性控制算法进行设计，如模糊控制和神经网络控制。
品质指标是用来评价自动控制系统性能好坏的指标，常见的有以下几个方面：1.稳定性：指系统的输出能够在有限时间内收敛到一个稳定的状态，不会产生震荡或发散。
稳定性是评价自动控制系统最基本且最重要的性能指标。
2.快速性：指系统的输出能够在规定的时间内快速达到稳定状态。
快速性越高，系统的响应速度就越快。
3.精确性：指系统的输出与期望值之间的偏差程度。
精确性越高，系统的控制效果越好。
4.鲁棒性：指系统对于参数变化、干扰和噪声的鲁棒性能。
鲁棒性越好，系统对外界干扰的抵抗能力越强。
5.动态性：指系统响应时间的快慢和输出过程中的波动程度。
动态性越好，系统越能够适应复杂的工况需求。
6.经济性：指系统的设计成本、运行成本和维护成本。
经济性越好，系统的运营费用越低。
以上是自动控制系统的分类和品质指标的基本介绍，不同的自动控制系统根据其应用领域、控制目标和技术要求的不同，可能会使用不同的分类标准，并要求不同的品质指标。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况进行系统设计和性能评估，以确保自动控制系统的性能和品质达到预期的要求。
1.4-1自动控制系统分类 -按输入量变化的规律.
给定
温度 + 给定元件 -
微机控制 （控制器）
加热器 （执行器）
典型机电控制系统
干扰
恒温设备 （被控对象）
T （温度）
热电偶 （反馈环节）
恒值控制系统性能的关键在于检测元件和执行元件的性能，若采用了微机控制， 还与微机处理的速度有关。
典型机电控制系统
按系统输入量变化的规律划分 随动控制系统： 特征：该系统的输入量是一个事先无法确定的任意变化的量，要求系 统的输出量能迅速平稳地复现或跟踪输入信号的变化。
雷达随动系统
各种雷达都有随动系统，但是，通常所说的雷 达随动系统是指各种跟踪雷达中的天线角坐标 跟踪系统和距离跟踪系统。
典型机电控制系统
雷达随动系统
典型机电控制系统
机械传动 执行元件
R（目标斜距离） E（仰角）
A（方位角）
角度误差 形成
辅助跟 踪计算
机
E（仰角）
正割 补偿
伺服放大 及校正
典型机电控制系统
恒水位控制系统
浮子
水
典型机电控制系统
系统给定：由浮子联动机构
确定了水位的高度 扰动（阀门）
给定
执行元件
水位H
机构
固定位 +
活塞 动作
水箱
阀门 系统目标：水位高度达到设定
- 反保
测水位
持暂时稳定
恒温控制系统
空调
典型机电控制系统
燃气自动恒温加热炉
恒温恒湿试验箱
恒温控制系统 比较器
太阳能跟踪控制系统
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电 池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半 导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光 照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况 下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏 （Photovoltaic，photo光，voltaics伏特， 缩写为PV），简称光伏。 若使太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光
简述自动控制系统的基本分类
简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。
自动控制系统的基本分类主要有以下几种。
一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。
2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。
3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。
2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。
3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。
三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。
2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。
3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。
4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。
四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。
2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。
3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。
四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。
2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。
3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。
以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。
自动控制系统的分类
掌握上述基本分析方法后，将迚行系统校正与 综合的讨论，这是比系统分析更深层次的内容，主要 介绍根轨迹法和频率特性法校正与系统综合的原理与 思路。
此外，还要介绍针对非线性系统的描述函数法 和相平面分析法。
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,如图所示。
2.按系统输入信号划分
（1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系
是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统 只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输 出响应形式是相同的。
(2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一
项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。
5.连续系统和离散系统
(1)连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化
的,信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连 续系统。 (2)离散系统
A=1的函数称为单位阶跃函数，记作1(t)。因此， 幅值为A的阶跃函数也可表示为：
r(t) A 1(t)
出现在 t t0 时刻的阶跃函数，表示为：
0
r(t
t0
)
A
t t0 t t0
2.斜坡函数（等速度函数）
它的数学表达式为:
0 t0
r (t
)
At
t0
自动控制系统的分类、渡过程和品质指标(doc 40页)
自动控制系统的分类、渡过程和品质指标(doc 40页)生影响的系统，称为开环控制系统。
把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。
反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。
在闭环控制系统中，把输出信号（被控变量）经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，与给定值进行比较，这种系统的输出信号直接或经过一些环节返回到系统的输入端的做法叫反馈。
负反馈反馈信号能使原来的信号减弱。
与原来信号方向相反。
正反馈反馈信号能使原来信号加强。
自动控制系统控制方法基本上是采用负反馈的方法。
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，§1.3自动控制系统的分类1. 按被控参数分类：温度、流量、压力、液位等控制系统。
2. 按控制系统所处理的信号方式来分：有模拟控制系统与数字控制系统。
模拟信号：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号，可转换为电信号。
在生产过程中任何连续变化的物理量和物理量都属于模拟信号。
数字信号：以离散形式出现的不连续的信号，数字量的增减只能一个一个单位增加或减小。
模拟信号和数字信号可以互相转换。
4.按控制器具有的控制规律分类：位式自动控制系统、比例（P）、比例积分(PI)、比例微分(PD)、比例积分微分(PID)等控制系统。
5. 按控制系统的复杂程度简单控制复杂控制：均匀控制、串级控制、前馈控制（1）定值控制系统：被控变量的给定值恒定不变。
定值控制系统的基本任务是克服扰动对被控变量的影响，（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值是不断变化的且无规律，是随机变化的。
随动控制系统控制的目的，是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
（3）程序控制系统（顺序控制系统）：工艺参数的给定值按一定的规律变化，是已知的时间函数。
即设定值按一定的时间程序变化。
9. 按信号种类分类：气动控制系统，电动控制系统§1.4 自动控制系统的过渡过程和品质指标在自动化领域内要研究两种状态：静态和动态。
自动控制系统分类方法
3 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
内容小结
反馈 调节系统
前馈 调节系统
复合 调节系统
感谢观看
根据扰动信号进行调节，系统的输出端与输入端之间不存 在反馈通道，输出量对系统的控制作用没有影响。
传感器
调节器
执行器
干扰 被调量
被调对象
2 前• 扰动：蒸汽流量 • 在水位发生变化之前就启动调
节系统进行调节，使水位基本 上不变。
• 及时有效的抑制被调量的变化 • 系统不会出现震荡 • 调节作用及时 • 不能保证被调量等于给定值 • 对与不能测量的干扰，无法及时
调节，最后达到减小和消除偏差的目的。
1 反馈调节系统（闭环调节系统）
以汽包水位调节为例
特点：
• 在水位发生变化以后进行调节， 最终水位恢复正常。
• 在此过程中，水位有一定波动。
• 保证在稳态时被调量等于给定值。 • 调节时间长 • 容易出现震荡 • 调节作用不及时
2 前馈调节系统（开环调节系统）
热工控制与保护
自动控制系统 分类
一、反馈调节系统 二、前馈调节系统 三、复合调节系统
按系统的结构特点（工作原理）分类
反馈调节系统（闭环调节系统） 前馈调节系统（开环调节系统） 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
1 反馈调节系统（闭环调节系统）
分为正反馈和负反馈
负反馈基本工作原理： 根据被调量与给定值之间的偏差进行
调节。 • 一般不会单独使用，而是与反馈
调节配合使用。
3 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
复合调节就是前馈调节和反馈调节相结合的一种调节系统
• 前馈调节——及时调节，克服主要扰动对被调量的影响。 为粗调。
自动控制系统的分类
自动控制系统的分类常用的自动控制系统分类方法如下。
1．按控制原理的不同自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
1）开环控制系统在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。
开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。
主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制及机械手和生产自动线。
2）闭环控制系统闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。
闭环控制系统又称反馈控制系统。
2．按给定信号（输入量）的变化规律分类自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
1）恒值控制系统若系统输入量为一定值，要求系统的输出量也保持恒定，此类系统称为恒值控制系统。
这类控制系统的任务是保证在扰动作用下被控量始终保持在给定值上，在生产过程中的恒转速控制、恒温控制、恒压控制、恒流量控制、恒液位高度控制等大量的控制系统都属于这一类系统。
对于恒值控制系统，着重研究各种扰动对输出量的影响，以及如何抑制扰动对输出量的影响，使输出量保持在预期值上。
恒值控制系统又称为自动调节系统，其主要特征是给定量不变。
2）随动控制系统给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化而变化，如跟踪卫星的雷达天线系统。
随动系统的输入信号是一个随时间任意变化的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任务是在存在扰动的情况下，保证输出量以一定的精度跟随输入信号的变化而变化。
在这种系统中，输出量通常是机械位移、速度或加速度。
随动系统中，若给定量变化是任意的，则称为自动跟踪系统或伺服系统，研究的重点是系统输出量跟随输入量的准确性和快速性。
随动系统在工业、交通和国防等部门有着极为广泛的应用，如机床的自动控制、舰船的操舵系统、火炮控制系统及雷达导航系统等。
3）程序控制系统若系统的输入量按一定的时间函数变化，但其变化规律是预先知道和确定的，给定值按一定时间函数变化，要求输出量与给定量的变化规律相同，此类系统称为程序控制系统。
自动控制系统的组成及分类
自动控制系统的组成及分类
一、系统组成
自动控制系统主要由控制器、受控对象、执行机构和反馈通路组成。
1. 控制器：控制器的功能是接受操作人员的指令，以及对由检测装置得到的被控量进行一定的处理，以控制受控对象的控制量的大小，以满足系统的性能要求。
控制器有多种分类，按能量关系可分为电动、气动、液压、机械和混合型等；按信息传递方式可分为开环和闭环等。
2. 受控对象：受控对象又称被控对象，是指在自动化系统中需要控制的设备或装置。
受控对象根据不同的要求和控制方案，可以是一个单台设备、一条生产线或一个系统。
3. 执行机构：执行机构是自动控制系统中的重要组成部分，它的作用是根据控制器的输出信号，产生相应的动作，驱动被控对象，以改变受控量的状态。
常见的执行机构有伺服电动机、步进电机等。
4. 反馈通路：反馈通路是指把被控量的变化通过传感器和转换装置变成电信号，再传输给控制器，以实现系统的闭环控制。
反馈通路由传感器、转换装置和控制器等组成。
二、分类方式
自动控制系统有多种分类方式，以下列举几种常见的分类方式：
1. 按控制系统类型分类：可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指系统的输出只受输入的控制，与系统的过去状态无关；而闭环控制系统是指系统的输出不仅受输入的控制，还与系统的过去状态有关。
2. 按控制方式分类：可分为程序控制和随动控制。
程序控制是指系统按照预定的程序进行控制；随动控制是指系统根据被控量的变化实时调整控制参数。
3. 按控制变量的数量分类：可分为单变量控制系统和多变量控制系统。
单变量控制系统是指系统只有一个被控量；多变量控制系统是指系统有多个被控量。
第1章 自动控制系统简介
微积分（含微分方程）
课程学习要面临
数学基础宽而深 控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难
ax bx c d
2
计算机数学语言 MATLAB 数值解/解析解（数学运算）
控制理论的内容
二十世纪三项科学革命：控制论、量子论、相对论 控制论：
经典控制理论 现代控制理论（智能控制理论）
1.1.2 自动控制系统举例
一个自动运行的系统，就是指它的运行不需要人为的干预。
令人的体温保持在37℃的自动温控系统 心跳控制系统 眼球聚焦系统 温控系统 汽车自动导航控制系统 电梯调度系统自动发送电梯搭载乘客
空调—自动调节房间温度：
以取暖为例，空调通过温度传 感器检测房间的温度高低，空调控 制器将检测的温度与设定值进行比 较，若温度低于设定值的下限，则 使压缩机运行，温度上升，温度上 升到设定值的上限时则停止运行。 空调运行基于反馈信息（温度 测量值），属于 “反馈控制”，最 为常见。
• 由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解 释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大 约一个世纪之久。
自动控制理论的开端
• 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出： • 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控 制的不稳定。 • 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，从 而分析实际系统是否会出现不稳定现象。这样，控 制系统稳定性的分析，变成了判别微分方程的特征 根的实部的正、负号问题。
1.2.3 闭环控制系统（核心）
把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成 闭环，参与控制，称为闭环控制系统。
前/正向通道
反/负向通道
闭环控制系统的优缺点
自动控制系统的概念及分类
自动控制系统是指能够对某一系统的运行状态进行监测、比较和修正，以维持系统在某种期望状态或性能指标下运行的系统。
它主要包括感知部分、决策部分和执行部分。
感知部分负责获取系统的状态信息，决策部分进行状态比较和决策，执行部分则执行相应的控制操作。
自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两大类。
开环控制系统（Open-Loop Control System）：开环控制系统是指控制器输出不受系统当前状态影响，只由输入信号决定的控制系统。
在开环系统中，控制器向执行器发送命令，执行器按照命令执行动作，但系统的实际状态变化不会反馈给控制器。
这种系统不具备自我调整的能力，对外界扰动和系统参数变化不敏感。
闭环控制系统（Closed-Loop Control System）：闭环控制系统是指控制器的输出受系统当前状态的反馈影响，通过不断调整输出来维持系统在期望状态。
在闭环系统中，感知部分负责获取系统状态信息，并将反馈信息传递给控制器，控制器根据反馈信息调整输出，实现对系统的动态调节。
这种系统能够更好地应对外界扰动和系统参数变化，具有自我调整的能力。
在闭环控制系统中，可以进一步根据控制器的结构和工作原理进行分类：比例-积分-微分（PID）控制系统：使用比例项、积分项和微分项来调节系统，以实现对系统的稳定性、精度和速度的控制。
状态空间控制系统：使用状态空间法描述系统，通过状态反馈或输出反馈来实现对系统的控制。
模糊控制系统：基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、模糊和不确定的系统。
神经网络控制系统：利用神经网络模型进行控制，适用于非线性和复杂系统。
自适应控制系统：具有自适应性能，能够根据系统的变化实时调整控制策略。
总体而言，自动控制系统在工业、交通、航空航天、生活等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性、精度和鲁棒性。
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
智能控制系统是指具有某些仿人智能的工程控制 与信息处理系统， 其中最典型的就是智能机器人。 对自动控制理论的具体描述可表示为图1-1。
第1章 自动控制系统概述
图1-1 对自动控制理论的具体描述
第1章 自动控制系统概述
1.2 开环控制和闭环控制
1. 开环控制系统(Openloop Control System) 若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产 生影响， 则这样的系统称为开环控制系统。
减转器
调电器
电炉
过电热
图 1 - 5 电炉箱自动控制方框图
第1章 自动控制系统概述
T
UfT
∆U＝(UsT －UfT ) (>0)
Ua (>0)
电机电转
UR
T
自自自自，直直＝给定定， ＝0时时 T ∆U
图 1 - 6 炉温自动调节过程
第1章 自动控制系统概述
1.3 自动控制系统的组成
现以图 1 - 4 和图 1 - 5 所示的恒温控制系统来说 明自动控制系统的组成和有关术语。
要分析一个实际的自动控制系统， 首先要了解它 的工作原理， 然后画出组成系统的方框图。 在画方框 图之前， 必须明确以下问题： (1) 哪个是控制对象？被控量是什么？影响被控量 的主扰动量是什么？ (2) 哪个是执行元件？
第1章 自动控制系统概述
(3) 测量被控量的元件有哪些？ 有哪些反馈环节？ (4) 输入量由哪个元件给定？ 反馈量与给定量如何 进行比较？ (5) 此外还有哪些元件（环节）? 它们在系统中处 于什么地位？ 起什么作用？
第1章 自动控制系统概述
(5) 执行元件（Executive Element）： 驱动被控制 对象的环节。 (6) 控制对象（Controlled Plant）： 亦称被调对象。 (7) 反馈环节（Feedback Element）： 由它将输出 量引出， 再回送到控制部分。
1.4自动控制系统的分类
1.4自动控制系统的分类•按控制方式分开环控制、闭环控制，反馈控制、复合控制•按元件类型分机械系统——恒张力系统、电气系统、机电系统——全自动照相机，光机电结合液压系统——伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟台、气动系统、生物系统•按系统功用分温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统•按系统性能分线性系统和非线性系统? 连续系统和离散系统定常系统和时变系统•按输入信号变化规律分恒值控制系统、随动系统、程序控制系统为了全面反映系统的特点，常常将上述分类方法结合应用。
□线性连续控制系统如果系统可用微分方程式描述，表示成输入量与输出量的微分方程，且微分方程的系数是常数，反之，如果微分方程的系数随时间变化，称为时变系统。
线性定常系统按其输入量的变化规律不同又可分为：恒值控制系统、随动系统和程序控制系统。
① 恒值控制系统参据量是一个常值，要求被控量亦等于一个常值。
温度控制系统——恒温箱（刚出生的早产儿要放在保温箱里，做温度试验时）温度一经调整，被控量就应与调整好的参据量保持一致。
压力控制系统、液位控制系统等。
② 随动系统这类系统的参据量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控制量以尽可能小的误差跟随参据量的变化。
在随动系统中，扰动的影响是次要的，系统分析、设计的重点是研究被控制量跟随的快速性和准确性。
函数记录仪、高炮自动跟踪系统便是典型的随动系统的例子。
在随动系统中，如果被控制量是机械位置（角位置）或其导数时，这类系统称之为伺服系统。
③ 程序控制系统这类控制系统的参据量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控制量迅速、准确地复现。
机械加工使用的数字程序控制机床便是一例。
程序控制系统和随动系统的参据量都是时间的函数，不同之处在于程序控制系统是已知的时间函数，随动系统是未知的任意的时间函数，而恒值控制系统可视为程序控制系统的特例。
线性定常离散系统随着计算机的发展利用数字计算机进行控制的系统越来越多。
连续信号经过开关的采样→（可以转换成）离散系统，离散系统用差分方程描述。
自动控制原理1.42.4 自动控制系统的分类
飞球 导向阀
滑块
回油
压力油
回油
燃料
燃油控制阀
内燃机
负载
3
1－4 控制系统的分类
B、按系统的控制作用来分类
1、恒值控制系统（或称自动调节系统、自动镇定系统） 特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒
温、恒压等自动控制系统都属于这一类型。
2、过程控制系统（或称程序控制系统） 特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程 按
anLeabharlann d n n c(t) dt n
a n-1
d
n n -1
-1c(t)
dt n-1
a1
dc(t) dt
a 0c(t)
bm
d m m r(t) dt m
b m-1
d m-1m-1r(t) dt m-1
b1
dr(t) dt
b 0 r(t)
式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量
1－4 控制系统的分类
二 . 控制系统的分类
A、按信号的传递路径来分类 1、开环控制系统
特点：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。
程序 微型计算机
图纸 指令
放大器
执行机构 （步进电机）
工作机床
切削刀具
1
1－4 控制系统的分类
2、闭环控制系统（反馈控制系统）
特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。
“闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测量元件 反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。
微型计算机 放大器
1.4 自动控制系统的分类
输入 + A/D
-－
计算 机
输出
D/A
放大器
执行器
被控对象
反馈装置
采样数字控制系统结构图
广东交通职业技术学院机电工程系
18:18
4. 按输入量变化的规律分类
1) 恒值控制系统(Fixed Set-Point Control System) 特点是：系统的输入量是恒量，并且要求系统 的输出量相应地保持恒定。例如电机速度控制、水 位控制等。
且要求输出量随之变化。例如数控伺服系统以及一些 自动化生产线等。
广东交通职业技术学院机电工程系
18:18
广东交通职业技术学院机电工程系
18:18
2) 非线性系统(Non Liner System)
特点是：系统中含有非线性元件，如具有死区、 出现饱和等非线性特性的元件，它的输出量与输入 量间的关系要用非线性微分方程来描述。
广东交通职业技术学院机电工程系
18:18
2. 按系统中的参数对时间的变化情况 1) 定常系统（Time-Invariant System） (又称时
1.4 自动控制系统的分类
自动控制系统可以从不同的角度来进行分类， 常见的有以下几种。
1. 按系统的输出量和输入量间的关系分类 1) 线性系统(Liner System) 特点是：系统全部由线性元件组成，它的输出
量与输入量间的关系用线性微分方程来描述。
线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即 当c1(系t)和统c的2(t输)，入则分当别输为入r1为(t)r和(t)r=2a(t1)r时1(t，)+对a2r应2(t的)时输，出输分出别量为 为c(t)=a1c1(t)+a2c2(t)，其中为a1、a2为常系数。
自动控制系统的基本组成与分类
自动控制系统的基本组成与分类自动控制系统的基本组成如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成，根据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。
图1．12是一个典型的自动控制系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。
1．被控对象如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。
2．阁量元件测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。
如果输出量与输入量的物理单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。
3．给定元件根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以r(‘)表示)，作为系统的控制依据。
例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给定元件。
4．比较元件比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号中的电压比较电路。
通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。
5．放大元件放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。
例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。
6．执行元件执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对象，使其被控量按照设定的要求变化。
通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。
7．校正元件校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系统中。
在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通路构成的回路称为主反馈回路，简称主回路。
除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈回路等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
自动控制系统分类
自动控制系统分类
自动控制系统分类◆对各种各样控制系统进行分类，从不同的观点出发可以有不同的分类方法：通常按下列方法进行划分。
一、线性控制系统和非线性控制系统
若组成控制系统的元件都具有线性特性，则称这种系统为线性控制系统。
这种系统的输入与输出间的关系，一般用微分方程,传递函数来描述，也可以用状态空间表达式来表示。
线性系统的主要特点是具有齐次性和适用叠加原理。
如果线性系统中的参数不随时间而变化，则称为线性定常系统；反之，则称为线性时变系统。
本书主要讨论线性定常系统。
在控制系统中，至少要一个元件具有非线性特性，则称该系统为非线性控制系统。
非线性系统一般不具有齐次性，也不适用叠加原理，而且它的输出响应和稳定性与其初始态有很大关系。
严格地说，绝对的线性控制系统(或元件)是不存在的，因为所用的物理系统和元件在不同的程度上都具有非线性特性。
为了简化对系统的分析和设计，在一定的条件下，可以用分析线性系统的理论和方法对它进行研究。
工程上有时为了改善控制系统的性能，常常人为地引入某种非线性元件。
例如为了实现最短时间控制,采用开关型(Bang-Bang)的控制方式；又如在由晶闸管组成的整流装置的直流调速系统中，为了改善系统的动态特性和限制电动机的最大电流，人们有意识地把速度调节器和电流调节器设计成具有饱和非线性的特性。
二、恒值控制系统和随动系统
恒值控制系统的参考输入为常量，要求它的被控制量在任何扰动的作用下能尽快地恢复(或接近)到原有的稳态值。
由于这类系统能自动地消除各种扰动对。
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自动控制系统可以从不同的角度来进行分类， 常见的有以下几种。 1. 按系统的输出量和输入量间的关系分类 1) 线性系统(Liner System) 特点是：系统全部由线性元件组成，它的输出 量与输入量间的关系用线性微分方程来描述。 线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即 当系统的输入分别为r1(t)和r2(t)时，对应的输出分别为 c1(t)和c2(t)，则当输入为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量 为c(t)=a1c1(t)+a2c2(t)，其中为a1、a2为常系数。
广东交通职业技术学院机电工程系 12:25
2)离散控制系统(Discrete Control System) 离散控制系统又称采样数据控制系统 （Sampted-Date Control System）。特点是：系 统中有的信号是脉冲序列， 或采样数据量、 数 字量。
输入 +
-－
输出 A/D 计算 机 D/A 放大器 执行器 被控对象
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2) 非线性系统(Non Liner System) 特点是：系统中含有非线性元件，如具有死区、 出现饱和等非线性特性的元件，它的输出量与输入 量间的关系要用非线性微分方程来描述。
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2. 按系统中的参数对时间的变化情况 1) 定常系统（Time-Invariant System） (又称时 不变系统) 特点是：系统的全部参数不随时间变化，它 的输出量与输入量间的关系用定常微分方程来描述。 2) 时变系统(Time-Varying System) 特点是： 系统中有的参数是时间t的函数， 它随时间变化而改变。
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3) 程序控制系统(Programme Control System) 特点是：输入量按照一定的时间函数变化，并 且要求输出量随之变化。例如数控伺服系统以及一些 自动化生产线等。
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广东交通职业技关系分类 1) 连续控制系统（Continuous Control System） 特点是：各元件的输入量与输出量都是连 续量（模拟量），因此又称为模拟控制系统 （Analogue Control System ）。图1-12 所示 的恒温控制系统就是连续控制系统。 其运动 规律通常可用微分方程来描述。
反馈装置
采样数字控制系统结构图
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4. 按输入量变化的规律分类 1) 恒值控制系统(Fixed Set-Point Control System) 特点是：系统的输入量是恒量，并且要求系统 的输出量相应地保持恒定。例如电机速度控制、水 位控制等。 2) 随动控制系统（Follow-Up Control System） 又称伺服系统（Serve-System），特点是：输 入量是随机变化着的，并且要求系统的输出量能跟 随输入量的变化而作出相应的变化。例如火炮自动 跟踪系统等。