1.7_自动控制系统实例
自动控制系统例子
自动控制系统例子
【篇一：自动控制系统例子】
问题太简单了
生活中看到最多的是：
1、电视机的遥控系统，它采用红外线脉冲和数字编码技术
2、洗衣机的自动控制系统，有一种是采用定时控制技术（最简单）
3、空调自动控制系统，他利用温度传感器实行压缩机是否运行
4、电饭煲控制系统，它采用水蒸发以后。
温度超过100以上，然后用温度控制器实行电路的开关
5、汽车的自动换档控制系统，利用汽车的速度传感器，检测速度，然后利用电磁控制系统实行自动换档
6、水塔的自动打水系统，利用水位传感器，检查水位是否过低和过高，过低供水过高停止
7、电瓶车、手机、笔记本等等的自动充电系统
8、宾馆商场的自动门等等，可谓数不胜数
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自动控制原理28167知识讲解
自动控制原理28167第一章自动控制的一般概念1.1 引言自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。
自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律以及改变这种运动规律的可能性和途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据。
1.2 自动控制和自动控制系统的基本概念1.2.1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中，往往需要对某些物理量(如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等)进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。
如图1-l所示是锅炉给水人工控制示意图。
人工调节是一个“检测偏差、纠正偏差”的过程。
可以用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用。
图1-2所示是锅炉给水汽包水位自动控制示意图。
图1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图1—过热器；2—汽包；3—省煤器；4—给水凋节阀；5—水位计任何一个控制系统，都包含着被控对象和控制器两个组成部分。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除1.2.2 开环控制系统常见的控制方式有三种：开环控制、闭环控制和复合控制。
系统的控制输入不受输出影响的控制系统称为开环控制系统。
图1-3所示的烘箱温度控制系统是一个开环控制系统。
烘箱是被控对象，烘箱的温度是被控量，也称为系统输出量。
开关设定位置为系统的给定量或输入量，电阻及加热元件可看成是调压器（控制器）。
该系统中只有输入量对输出量的单向控制作用，输出量对输入量没有任何影响和联系。
烘箱温度开环控制系统可用图1-4所示的方框图表示。
1.2.3 闭环控制系统在图1-3所示的烘箱温度开环控制系统中，加入一些装置，构成了如图1-5所示的烘箱温度闭环控制系统。
系统中，烘箱是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征烘箱温度的希望值)。
系统方框图如图1-6所示。
1.7_自动控制系统实例
1.7 自动控制系统实例
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？ (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？
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干 扰量 xi 调 节器 调 节阀 液 体储 罐 xo
变 送器
图1-27 液位控制系统的原理方框图
广东交通职业技术学院机电工程系 00:10
本章总结
1、掌握自动控制的基本概念： 2、掌握自动控制的基本方式（开环控制系统和闭环 控制系统）及其特点； 3、能够分析出一个自动控制系统是开环还是闭环； 4、能够分析出一个自动控制系统的组成部分； 5、掌握自动控制系统的性能特点 6、了解下自动控制控制系统的原理图
广东交通职业技术学院机电工程系 00:10
被控对象： 液体储罐。 被控量： 液体储罐的输出量——液位xo。 扰动量： 主要是Q2的变化。 给定量： 液体储罐中液位的希望高度xi。 测量元件： 液位变送器。 计算装置： 调节器。 执行元件： 调节阀。 液位控制系统的原理方框图如图1- 27所示。
00:10
1. 轧钢计算机控制系统
被控对象
开 卷机 轧辊 厚 度传 感 器 厚 度控 制 电 动机 张 力控 制
自动控制基础知识.详解
Qi(t)
Qi(t)
0
t
0τ
t
图1.12 纯滞后环节反应曲线
§1.3 自动控制系统的过渡过程及品质指标
一、典型输入信号
不同的函数表示不同的输入信号:
r(t)
r(t)
a
at
0
t
(a)阶跃函数
r(t)
at2
0
t
(b)速度函数
r(t)
1/Δ
0
t
(c)加速度函数
0Δ
t
(d)脉冲函数
二、自动控制系统的静态与动态
专业术语
被控量和控制量 对象 系统 扰动
三、 自动控制系统的分类 1 闭环控制
给定量
比较、计算
执行
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.4 闭环控制框图
2 开环控制
（1）按给定值控制
给定量
计算
执行
干扰
受控对象
被控量
图1.5 开环控制框图
（2）按干扰补偿
测量
计算
执行
干扰
受控对象
被控量
图1.6 按干扰补偿框图
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
u
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
控制系统的控制方式：控制器接受了偏差信号以后，它的 输出信号的变化方式。
实质：控制器的输入信号e(t)与其输出信号u(t)之间的关系， 即 u(t)=f [e(t)]
水工艺仪表与控制
自动控制系统实例
PLC
扩充模块
继电接触器 水
压
反
MM
变频器
馈
M
传感器以及水泵、阀门等被控对象
图7-14 控制装置结构图
结束
燃 料 量
I1
F1C
LS
蒸
空
汽
气
压
量
PC 力
IP
I2
HS
F2C
含 氧 量
AC 最优值
图7-11 烟气含氧量闭环控制系统
7.4 恒压供水控制系统
图7-12中，由A、B两个水厂分别向某区域供水，其中A水厂向该地区 用户提供固定的基本供水量。当用水量超过基本值时，就由B水厂将B水 源的水注入供水母管。为使在用水负荷变化较大时母管中水压恒定，B水 厂装有三台75kw电动机驱动的水泵。其中1号泵驱动电动机由变频器供电， 对母管的水压进行恒压调节。
根据蒸汽流量和水流量的变化控制给水阀形成水位蒸汽流量和给水流量的三冲量控制系统而且这三个冲量有不同的连接方式图76为其中的一种它实质上是前馈根据蒸汽流量和水流量的变化控制给水阀形成水位蒸汽流量和给水流量的三冲量控制系统而且这三个冲量有不同的连接方式图76为其中的一种它实质上是前馈串级控制系统能获得良好的控制效果
3﹚主蒸汽温度的相位补偿回路。在喷水量的扰动下，蒸汽温度的响 应有较大的相位滞后，因此在前向通道中加入一个相位补偿回路，如 图7-8中的虚框所示。它实际上是由两个控制器、两个加法器组成的二 阶导前-滞后环节。只要根据蒸汽温度对象的动态特性适当选择这些参 数，就可以对主蒸汽温度与其设计的偏差进行相位滞后补偿，改善控 制品质。
蒸汽 LC
给水
IC
IF
I=F(IOˊ,IF,IO)
I
IO
完整的自动控制系统案例的工作过程
完整的自动控制系统案例的工作过程自动控制系统是一种通过对输入信号进行处理和分析，并根据预设的规则和条件，自动地对输出信号进行调节和控制的系统。
它广泛应用于工业生产、交通运输、能源管理和家庭电器等领域。
下面以一个温度控制系统为例，介绍自动控制系统的工作过程。
一、系统定义与目标设定在开始设计一个自动控制系统之前，我们需要明确系统所要实现的目标，即需要控制的变量或参数。
在这个温度控制系统中，我们希望能够控制一个房间的温度在一个合适的范围内。
二、系统建模与传感器选择在构建一个自动控制系统之前，我们需要对系统进行建模，即将系统抽象成一个数学模型。
对于温度控制系统，我们可以将房间温度作为系统的输入，将加热器的控制信号作为系统的输出。
接下来，我们需要选择合适的传感器来捕捉房间的温度。
三、传感器信号采集与处理选定了传感器后，我们需要将传感器与数据采集系统相连接，以实时地获取房间温度的数据。
采集到的数据需要进行处理，例如进行滤波和校正，以提高数据的准确度和稳定性。
四、控制算法设计与参数调节根据系统的数学模型和设定的目标，我们需要设计一个控制算法。
在温度控制系统中，我们可以采用比例-积分-微分（PID）控制算法。
这个算法根据当前的误差和误差的变化率，计算出一个控制信号，来调节加热器的功率。
在设计控制算法时，我们还需要调节控制算法的参数，例如比例、积分和微分增益，以提高控制系统的性能。
五、执行器控制与反馈控制信号计算完毕后，我们需要将控制信号发送给执行器，即加热器。
执行器将根据接收到的控制信号，调节加热器的功率。
在执行器输出信号的过程中，我们需要实时地监测系统的反馈信号，如房间温度的变化。
这时，我们可以通过反馈信号来验证控制算法的性能，并进行必要的调整。
六、系统性能评估与优化经过一段时间的运行，我们可以对自动控制系统的性能进行评估。
我们可以根据系统的响应速度、稳定性和精度等指标，来评估系统的性能是否满足要求。
如果系统的性能不理想，我们可以根据评估结果对控制算法进行优化，例如调整控制算法的参数，或者采用其他更复杂的控制策略。
《自动控制原理》课程实验报告(范例)
《自动控制原理》课程实验报告姓名： 班级： 学号： 实验时间： 实验成绩： 一、 实验目的：1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ωn 对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、 实验要求：1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB 语言程序，及对应的MATLAB 运算结果。
2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。
3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K 对系统稳定性的影响。
三、 实验步骤：1．观察函数step( )函数和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G ，可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
2．对典型二阶系统2222)(nn ns s s G ωζωω++= 1）分别绘制出ωn =2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。
2）绘制出当ζ=0.25，ωn 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn 对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G ，试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围四、 实验结果与结论时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。
为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。
本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。
1．用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。
自动控制理论实验指导书
《自动控制理论》实验指导书李烽黄效国张黎军编北京科技大学机械工程学院2007年6月前言“自动控制理论”所研究的对象是非常广泛的，它可以是物理或化学性质绝无相似的对象（例如，机械的、电子的……），在归结成微分方程或传递函数后，却常会发现它们互相之间有共同之处，往往方程形式完全相同，所差的仅是参数和输入输出信号。
在工程实践中，研究电信号远比研究机械量等来得方便，用电子元件构成的系统可以很方便地实施，便于更改，便于定性及定量地观察。
因此，用研究电系统的方法来模拟其它物理系统，从而间接地研究这些系统，这是一种相当实用的手段。
另外，实际系统中的各种变量参数往往是不容易或无法测得的。
因此，利用本实验所介绍的观察动态特性曲线的方法来识别传递函数，是实践中研究系统特性并进一步校正系统的工程实用方法，有着重要的实用价值。
“自动控制理论”课程中的书本教学往往是大量公式的推导，不容易形成形象化的概念，配套实验的引入，使学生们将课堂理论直接用于研究实际的物理系统，从而加深对课堂内容的理解，提高分析和解决问题的能力，可以提高学习兴趣并获得成就感。
目录实验守则 (1)实验一典型环节及二阶系统阶跃响应 (2)（一）比例环节的阶跃响应 (3)（二）积分环节的阶跃响应 (9)（三）惯性环节的阶跃响应 (11)（四）比例积分微分环节的阶跃响应 (13)（五）二阶系统的阶跃响应 (14)实验二控制系统稳定性分析 (20)附录一T H K K L-5型实验箱使用简介 (25)附录二“T H K K L-5软件”虚拟示波器的使用 (31)实验守则1.实验前必须认真预习实验指导书，对所要进行的实验项目有基本的了解。
2.认真听指导老师讲解实验要点，做到心中有数。
3.遵循课堂秩序，不影响他人实验。
4.按实验要求进行实验，不做无关的操作。
5.爱护实验设备，严禁违章操作和野蛮操作。
6.注意用电安全，不随意打开仪器触摸内部结构。
如有意外，应立即切断本组桌上的电源开关，并向指导教师报告。
自动控制理论概述
8.1 传感器的选用
• 8.1.2 传感器选择的一般步骤 选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有要求的情况
下，力求成本低、工作可靠且便于维修的原则，即性能价格 比要高的原则。一般可按下列步骤进行： 1 ．借助于传感器分类表。即按被测量的性质，从典型应用中可 以初步确定几种可供选用的传感器的类别。 2 ．借助于常用传感器比较表。即按测量的范围、测量精度及环 境要求等进一步确定传感器的类别。 3 ．借助于传感器的产品目录。根据所选的传感器的类别，借助 产品目录，选出传感器的规格、型号、性能和尺寸。
图1-3 直流电动机转速闭环控制方框图
闭环控制特点
循环控制， 路径闭合
系统精度高， 抗干扰能力强
结构复杂，元 件和参数配置 要求较高
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
定值、随动和程序控制系统
定值控制系统 系统给定值（参考输入）为恒定常数，这种控制系统称为定值控制
系统，这种系统可通过反馈控制使系统的被控参数（输出）保持恒定、 希望的数值。
返回
8.1 传感器的选用
由于传感器精度的高低、性能的好坏直接影响到检测的 结果，影响到自动检测系统的品质和整个系统的运行状态 ，因此，选择合适的传感器是一个很重要环节。
• 8.1.1 传感器的选择要求 传感器的选择要求是全面的、严格的，是选用传感器的依
据。具体要求主要有以下几点： 1)技术指标要求。
如绝缘电阻、耐压等级及接地保护等。
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8.1 传感器的选用
5）可靠性要求 如抗干扰、使用寿命、无故障工作时间等。
6）维修及管理要求 如结构简单、模块化、有自诊断能力、有故障显示等。 上述要求又可分为两大类：一类是共同的要求，如线性度
自动控制系统示例
自动控制系统示例计算机硬盘锤渭数据系统硬盘是计算机中的主要存储设备之一，主要由盘片、磁头及其驱动机构、主轴电路板以及接口等几部分组成，图1．13是其简化示意图。
所有盘片装在盘片主轴上盘片之间平行，由主轴电机带动盘片高速旋转。
每张盘片的存储面上有一个磁头，高精度的磁头驱动机构驱动磁头在高速旋转的磁盘表面上沿盘片径向移动。
读／写磁头、传动手臂和传动轴三部分构成磁头组件，而磁头驱动机构则由磁头驱动电机(也称为音圈电机)、磁头驱动小车、防振动装置构成，它能够对磁头进行精确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位在系统指令指定的数据磁道，由磁头进行读／写数据的操作。
计算机硬盘既可以读取存储在其中的数据，也可以将数据存储在其中。
下面以读数据为例介绍硬盘读／写系统的工作过程。
硬盘驱动器加电正常工作以后，主轴电机启动并带动盘片高速旋转，磁头驱动机构设过钽电容转动手臂将浮动磁头置于盘片表面的oo道，处于等待指令的启动状态。
接收到系统传来的指令信号后，经过放大，磁头驱动电机通过转动手臂来控制磁头对盘片数据信息进行正确定位，并通过探测磁颗粒极性的变化来谈取数据，然后将数据放大并传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作，该系统通过读取一条预先记录的索引磁道的误差获得误差信号。
图1．14是硬盘读取数据的方块图，图中的传感器指盘片中的话磁头及索引磁道。
水加热自动控制系统图为水加热自动控制系统(即热水电加热器)示意图。
显见，系统由控温开关、电加热器、温度测量装置、水箱及保温层等组成。
控制目的是维持水箱内水温在给定的温度上。
该系统的工作原理分析如下：电加热器的通断电由控温开关控制，以保持期望的水温。
温度测量装置将热TAJD477K004RNJ能转化为电能，给定温度为一电信号。
需要热水时，打开阀门，水箱中流出热水并补充冷水。
若水箱中的水温低于给定水温，温度测量装置(即反馈元件)将实际水温测量出来，回送到输入端，与给定温度相比较，产生一个伯差信号。
第1章 自动控制的基本概念 [自动控制理论及工程应用]
![第1章 自动控制的基本概念 [自动控制理论及工程应用]](https://img.taocdn.com/s3/m/1e72aa7bf01dc281e53af0d0.png)
1.3 对自动控制系统性能的基本要求
1.3.1 稳定性
图1.13 稳定性示意图
1.3.2 稳态性能（静态性能）
1.3.3 暂态性能（动态性能， 瞬态性能）
1.3.3 暂态性能（动态性能， 瞬态性能）
第1章 自动控制的基本概念
1.1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互间的关系
Y[x1(t)+x2(t)]=y(x1)+y(x2)
齐次性： 输入x
输入x
系统
输出y(x) 输出y(x)
若输入为x(t)时,系统输出为y(x)，则输入为 βx(t)时，系统输出为：
Y[βx(t)]=βy(x)
重要特点：
线性系统的叠加性和齐次性，为研究带来了极大方便。 这样，我们可以采用典型激励（单位阶跃、单位脉冲、 单位斜坡等）对系统进行分析，而将复杂激励分解为典型激 励的线性组合——这就简化了问题。
(b) K=5, k=0.2 1→∞
(c) K=10, k=0.1 1→∞
1.2.2 线性系统与非线性系统
对于用微分方程描述的系统： 若系统的输入量、输出量及其各阶导数均为线性时，系统为线性系统。
满足叠加性和齐次性的系统称为线性系统.
叠加性： 输入x1
输入x2
系统
输出y(x1) 输出y(x2)
若输入为x1(t)时,系统输出为y(x1)；输入为x2(t) 时,系统输出为y(x2)，则系统输出满足：
课程及教学安排简介----目标
知道控制的概念，易！ 实施恰当的控制，难！
复杂对象的控制，非不欲也，乃无能也！ 因此，本课程采用有限目标、解剖麻雀的策略。
自动控制原理--自动控制系统示例
例1-1 烘烤炉温度控制系统
＋ ur uT
热电偶
放大器
T
－
Δu
放大器
ua
工件
煤气
电动机
θ
控制阀
受控对象？被控量？给定装置？ 干扰？ 测量元件？执行机构？
混 合 器
空气
系统的工作原理：
受控对象——烘烤炉；被控量——炉温；给定装置——电位 器；干扰——加热工件、煤气压力波动、环境温度 、电源电 压等 ； 测量元件——热电偶；执行机构——可逆电动机
1.4 自动控制系统示例
函数纪录仪
控制方框图
输入：待记录电压 被控对象：记录笔 被控量：位移 控制任务：控制记录笔位移，在记录纸上描绘 待记录的曲线
飞机-自动驾驶仪系统稳定俯 仰角的原理示意图
给定电位器
反馈电位器
飞机方块图 扰动
给 θ0 定
装 置
放 大
舵 机
器
反馈电 位器
飞 θc 机
垂直 陀螺仪
输入：俯仰角；任务：在任何扰动作用下，始终保持飞机以给定 俯仰角飞行
热力系统的人工反馈控制
希望温度 脑
肌肉、手
阀门
实际温度 水
眼睛
对应的人工控制方框图
热力系统的自动反馈控制
希望温度
控制器
放大元件
气动阀门
气动阀门
控制器 （比较、放大）
注入
Q1
浮子
H
Q2
工件增多（负载增大） T uT u ua T
工件减少（负载减小） T uT u ua T
工件 环境温度
ur
Δu
给定值 －
uT
放大器 ua 电动机 θ
··· 烘炉
自动控制原理
专家系统 神经网络
自适应控制 鲁棒控制 容错控制 集散控制
·智能控制理论( 20世纪70年代 )
模糊控制 遗传算法
1.3 自动控制系统的基本概念
自动控制——是指在没有人直接参与的情况下， 利用外加设备或装置（控制装置）使机器、设备或生 产过程（被控对象）中的某一物理量（被控量）或多 个物理量自动地按照期望的规律去运行或变化。 被控对象——那些要求实现自动控制的机器、设 备或生产过程。 控制装置——对被控对象起控制作用的设备总体。
Mz
负载
Mz
ur
给定量
电压 放大器
功率 放大器
ua
直流 电动机
被控量
（控制装置）
（被控对象）
图1-5 开环控制系统示例
1.4 自动控制系统基本控制方式
+
电 位 器
ur
u
电压 放大器
功率 放大器
+
_
ua
电动机
Mz
负载
uf
+
_
Mz
测速发电机
ur
u
电压 放大器
功率 放大器
ua
直流 电动机
_
uf
1.8 自动控制系统的基本要求
c t n t
e ss 0
c t n t
e ss
负载扰动
负载扰动
0
t
0
t
（a）无差系统
（b）有差系统
图1-18 有差系统与无差系统
小结
1. 自动控制的一般概念 基本控制方式 控制系统的基本组成 控制系统的分类 对控制系统的要求 2. 要求掌握的知识点 由系统工作原理图绘制方框图
总结自动控制系统实例框图
文件编号： 31-C7-EC -7D -7A整理人 尼克自动控制系统实例框图自动控制原理知识要点与习题解析第2章 控制系统的数学模型数学模型有多种表现形式：传递函数、方框图、信号流图等。
r(t) n(t)； c(t) e(t) ⋯ ； G(s) H(s) Φ(s) Φe (s) Φn (s) Φen (s)；P32 (自动控制原理p23)1.知控制系统的方框图如题2-17图所示，试用方框图简化方法求取系统的传递函数。
P33解： 方框图简化要点，将回路中的求和点、分支点等效移出回路，避免求和点与分支点交换位置。
(e)Φ(s)=G 1G 2G 31+G2H 1−G 1G 2H 1+G 2G 3H 2+G 4；P37 (p73)2-21 试绘制与题2-21图中系统方框图对应的信号流图，并用梅森增益公式求传递函数C (s )/R (s ) 和误差传递函数E (s )/R (s )E (s)C (s)R (s)G 4(s) G 1(s)G 2(s)G 3(s)题2-1 7图 控制系统方框图(e)C (s)R (s) - - G 4(s)H 1(s)H 2(s) G 1(s) G 2(s) G 3(s)C (s)R (s)-G 4(s)H 1(s)/G 3(s) H 2(s)G 1(s)G 2(s)G 3(s)/[1+G 2 (s)H 1(s)] 题2-17解图 控制系统简化方框图H 1(s) C (s)R (s)--G 4(s)H 1(s) H 2(s)G 1(s)G 2(s)G 3(s) 1/G 3(s) 1/G 3(s)注：P21(2) 依据系统方框图绘制信号流图首先确定信号流图中应画出的信号节点，再根据方框图表明的信号流向，用支路及相应的传输连接信号节点。
步骤如下，(a)系统的输入为源点，输出为阱点；(b)在方框图的主前向通路上选取信号节点，即相加点后的信号和有分支点的信号，两信号是同一个信号时只作为一个节点；(c)其它通路上，仅反馈结构求和点后的信号选作节点； (d)最后，依据信号关系，用支路连接这些节点。
电大国开《机电控制工程基础》李建勇 第一章
目录
› 第1章 概论 › 第2章 自动控制系统的数学模型 › 第3章 控制系统的时域分析 › 第4章 根轨迹法 › 第5章 频域响应法 › 第6章 控制系统的综合与校正
第1章 概 论
1.1 引 言
在工程和科学技术的发展过程中，自动控制担负着重要的角色。 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现自动化，提高了劳动生 产率和产品质量，使人们从繁重的体力劳动和大量重复性的脑力劳动 中解放出来，而且在人类征服大自然、探索新能源、发展空间技术和 创造人类社会文明等方面也具有十分重要的意义。
1.5 自动控制的基本环节
1.测量元件 2.给定元件 3.比较原件
4.放大变换元件 5.执行机构 6.被控对象
1.6 自动控制系统的分类
1.6.1 按照给定量的运动规律分类 1.恒值控制系统
1.6 自动控制系统的分类
1.6.1 按照给定量的运动规律分类 2.程序控制系统
1.6 自动控制系统的分类
1.2 自动控制简史
经典控制理论的孕育 1875年，英 国的劳斯（ 1831- 1907）提出代数 稳定判据。 约 在1875年 ，
Maxwell担任了剑桥Adams Prize的评奖委员。这项两年一次的奖授予在该委员会 所选科学主题方面竟争的最佳论文。1877年该项奖的主题是“运动的稳定性”。 E.J.Routh在这项竟赛中以其跟据多项式的系数决定多项式在右半平面的根的数目的 论文夺得桂冠。这一成果现在被称为劳斯判据。Routh工作的意义在于开始建立有 关动态稳定性的系统理论。1895年，瑞士数学家赫尔维兹提出另外一种形式的代数 稳定判据。
1.2 自动控制简史
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，
实训：PLC控制实例
PLC控制实例实例导读●五星彩灯闪烁控制程序设计。
●交通信号灯控制。
●四层电梯PLC控制系统。
●自动送料装车控制实训1 五星彩灯控制实训内容1. 五星彩灯分布图(如图1. 1所示)图1.1 五星彩灯分布图2. 控制要求：十只发光二极管L1-L10 的亮暗规律如下：1 ) 花样1先使全部彩灯复位(熄灭),然后L1 到L10 按图1.2所示的顺序每隔0.5s点亮一个彩灯，直到所有彩灯全部亮起为一个循环，重复轮回三次。
图1.2 花样1流程图2)花样2两组灯亮灭交替，循环闪烁三次。
图1.3 花样2流程图3 ) 花 样 3先 L1 灯亮，延时0.5s 后 L2 灯亮L1 灯灭，延时0.5s 后 L3 灯亮L2 灯灭，依次类推，形成单灯跑马 效果，反复循环三次。
(L10L2 L9L3 L8L4 L7L5 L6图1.4花样3流程图根据以上控制要求，将三种花样连贯起来，完成PLC VO 地址分配、硬件连线和控制程序 的设计。
根据五星彩灯的控制要求，为使程序简单，本实例不使用输入信号， 一通电，彩灯即开始 进行花样循环；使用10个输出点接 L1~L10 十个彩灯，具体 VO 地址分配如表1 所示。
表 1 / O 地址分配表输入元件I/O 地址输出元件 I/O 地址①卫 ③ 四 5 → 6 7④(四L101.主程序梯形图Network 4三个计数器清零SM0.1 C0R3Network 2SM0.0调用花样1子程序3次C0<1 +3SBR O_ENNetwork 3 调用花样2子程序3次SM0.0 C1 C0< ==1+4 +3Network 4 调用花样3子程序3欲SM0.0 C2 C11+4 +424VOC 电源L ⁶1 17 L 81 19 L 10[十>1M 1L+ 0.0 0.10.2 0.3 0. 4 2M 2L + 05 0. 6 0.7 M L+ DCS7-200 CPU224 DC/DC/DC>1M 0.00.10.203040.50.60.72M 1.01.11213141.5 L+L11 L2 L3[ L4| L5|DC24V+PLC 接线图SBR 1_ ENSBR 2 ENNetwork 5C2 ==1 +4 彩灯熄灭Q0.0R10图1.6 彩灯PLC 梯形图控制程序(主程序)2.花样1子程序梯形图图1.7 彩灯PLC 梯形图控制程序(花样1子程序) 3. 花样2子程序Network 1SM0.1让所有彩灯熄灭MOV W EN ENO MOV WENO15#0000=IN OUT □V/0 15#0000-OUT -LWONetwork Z 网络2到网络3为脉冲振荡电路SM0.0 T40 M0.1T39N TON+5{ PTNetwork 3T39 T40 M0.2M0.2T40TONNetwork 4M0.1Network 5M0.2+5{PT网络4到网络5为五星彩灯内圈外圈闪烁电路Q0.5S500.0R )5Q0.55Q0.0SEN5 Network 6Q0.0闪烁次数计数器CU C1CTU]10.4+5+Network 7 子程序运回C1==1 P K—(RET)+4图1.8彩灯PLC 梯形图控制程序(花样2子程序)4.花样3子程序Hctwork1SMM0.1Metwork2C2==1+1 Metwork 3C2+2 Hctwork4SM0.0Network 5,W¹.°Metwork 6T37M11.5(第一次循坏前)辅助继电器复位M¹0.1R )14(第二次循环前)辅助些电器复位M10.1P —(R )14(第三次循环前)辅助继电器复位M10.1P —(R)14同路4到网络9为脉冲生成电路T37 M1.0()T37TOM+2{M10.0)M¹0.1Network12M10.2Network13M10.3Network14M10.4Network15M10.5Network16M10.5Network17M10.7Network18M11.0Network 19M11.1同路11到网路20,形灯单灯跑马效果Q0.0)Q0.1)00.200.3—()Q0.4()Q0.5)Q0.600.7Q10Network 7SI/0.0Network20M11.2M0.1Q1.1)Metwork BM.1Network 9T38 MM⁰0M0.0丽+2世M2.—()循环达数计数器C2CUCTU1.5RNotwork 10MM0.0奇存器移位ENO+4{FVNetwork 23 子程序近回M11.5M1001|DATA ——(RET)M10.1 S BIT+14{图1.8 彩灯PLC 梯形图控制程序(花样3子程序)Network 21Network 22T0H]T38实训2交通信号灯控制1. 交通灯示意图(如图2. 1所示)北西实训内容2东南图2.1 交通灯示意图2.控制要求：SB1位自锁型按钮，功能为手动/自动切换，按下为自动状态，自动状态时SB2,SB3 不起作用。
自动控制原理综合案例
自动控制原理综合案例案例一：智能家居系统智能家居系统是一种应用自动控制原理的智能化系统，它通过传感器、执行器和控制器等组件，实现对家居设备的自动化控制。
例如，在智能家居系统中，可以通过设置定时器，让窗帘在特定时间自动关闭，或者通过声控功能，用语音命令打开灯光等设备。
这样的系统可以提高家居的舒适性和便利性，节省能源，提高生活质量。
案例二：自动驾驶汽车自动驾驶汽车是一种应用自动控制原理的先进技术，它通过激光雷达、摄像头、传感器等设备，采集道路信息，并通过控制器对车辆进行自动驾驶。
例如，当汽车遇到前方有障碍物时，自动控制系统可以通过传感器检测到并及时采取避障措施，保证行车安全。
自动驾驶汽车的出现，将大大提高交通流畅度和驾驶安全性。
案例三：自动化生产线自动化生产线是一种应用自动控制原理的工业生产系统，它通过传感器、执行器和控制器等设备，实现对生产过程的自动化控制。
例如，在汽车制造工厂中，自动化生产线可以实现对零部件的自动装配和检测，提高生产效率和产品质量。
自动化生产线的应用，不仅提高了生产效率，还减少了人力成本和人为误差。
案例四：智能农业系统感器、执行器和控制器等设备，实现对农作物的自动化管理。
例如，在温室中，可以利用温度传感器和湿度传感器等设备，实时监测环境参数，并通过控制器自动调节温度、湿度和光照等条件，提供适宜的生长环境，提高农作物产量和质量。
智能农业系统的应用，可以有效解决传统农业中的一些问题，提高农业生产效益。
案例五：智能医疗设备智能医疗设备是一种应用自动控制原理的医疗辅助设备，它通过传感器、执行器和控制器等设备，实现对患者的自动化监测和治疗。
例如，在心脏起搏器中，可以利用心电传感器和控制器等设备，实时监测心脏的电信号，并根据设定的参数自动调节心脏的跳动节奏，帮助患者维持正常的心脏功能。
智能医疗设备的应用，可以提高医疗效果和患者的生活质量。
案例六：智能交通系统智能交通系统是一种应用自动控制原理的交通管理系统，它通过传感器、执行器和控制器等设备，实现对交通流量和信号的自动化控制。
自动控制原理综合案例
自动控制原理综合案例案例一：智能家居系统智能家居系统是一种基于自动控制原理的智能化家居解决方案。
通过使用传感器、执行器和控制器等设备，可以实现对家庭环境的智能化管理和控制。
例如，通过温度传感器和空调控制器，可以实现自动调节室内温度的功能；通过光照传感器和窗帘控制器，可以实现自动调节室内光照的功能；通过人体传感器和照明控制器，可以实现自动感知人员活动并自动调节照明亮度的功能。
智能家居系统的实现，不仅可以提高家庭生活的便捷性和舒适度，还可以节省能源并提高安全性。
案例二：自动驾驶汽车自动驾驶汽车是基于自动控制原理的创新应用。
通过激光雷达、摄像头、GPS、惯性导航等传感器和控制算法，实现了对汽车的自动驾驶功能。
自动驾驶汽车可以通过感知周围的道路、交通标志和其他车辆，自主决策并控制汽车的行驶。
例如，在高速公路上，自动驾驶汽车可以根据车辆间的距离和速度，自动调整车速和保持车辆的安全间距。
在道路上遇到交通信号灯时，自动驾驶汽车可以自动识别信号灯的状态，并自动刹车或加速。
自动驾驶汽车的出现，不仅可以提高交通安全性，还可以减少交通拥堵和节约能源。
案例三：工业自动化生产线工业自动化生产线是基于自动控制原理的现代化生产方式。
通过使用传感器、执行器和控制器等设备，可以实现对生产过程的自动化控制和管理。
例如，在汽车生产线上，通过使用机器人和自动控制系统，可以实现对焊接、喷涂、组装等工艺的自动化操作；在电子产品生产线上，通过使用自动化设备，可以实现对印刷、贴片、焊接等工艺的自动化控制。
工业自动化生产线的应用，不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以降低人力成本和减少生产过程中的人为误差。
案例四：智能农业系统智能农业系统是基于自动控制原理的农业生产解决方案。
通过使用传感器、执行器和控制器等设备，可以实现对农田环境和农作物的智能化管理和控制。
例如，通过土壤湿度传感器和灌溉控制器，可以实现自动调节灌溉水量和灌溉时间的功能；通过温湿度传感器和温室控制器，可以实现自动调节温室内的温度和湿度的功能；通过光照传感器和光照控制器，可以实现自动调节植物生长所需的光照强度的功能。
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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？ (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？
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干 扰量 xi 调 节器 调 节阀 液 体储 罐 xo
变 送器
图1-27 液位控制系统的原理方框图
广东交通职业技术学院机电工程系 00:10
本章总结
1、掌握自动控制的基本概念： 2、掌握自动控制的基本方式（开环控制系统和闭环 控制系统）及其特点； 3、能够分析出一个自动控制系统是开环还是闭环； 4、能够分析出一个自动控制系统的组成部分； 5、掌握自动控制系统的性能特点 6、了解下自动控制系统的发展历史。
阀门
Q2
图1-26 液位控制系统的原理图
广东交通职业技术学院机电工程系 00:10
被控对象： 液体储罐。 被控量： 液体储罐的输出量——液位xo。 扰动量： 主要是Q2的变化。 给定量： 液体储罐中液位的希望高度xi。 测量元件： 液位变送器。 计算装置： 调节器。 执行元件： 调节阀。 液位控制系统的原理方框图如图1- 27所示。
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1. 轧钢计算机控制系统
被控对象
开 卷机 轧辊 厚 度传 感 器 厚 度控 制 电 动机 张 力控 制
被ห้องสมุดไป่ตู้量
执行元件 给定量
张 力给 定 厚 度给 定 数 字计 算 机 D /A 张 力传 感 器 A /D
测量元件
计算装置
图 1-22 轧钢计算机控制系统的原理图
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数 字计 算 机
D /A
轧辊
厚 度张 力
A /D
厚 度或 张 力 传感 器
图 1-23 轧钢计算机控制系统的原理方框图
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2. 机床台控制系统
计算装置 给定量
xi 控 制器 放 大变 换 u (t ) 工 作台
被控对象
xo
执行元件
电 动机
被控量
测 速机
滚 珠丝 杆
角 位移 测 量 装置
测量元件
图 1-24 机床台控制系统的原理图
广东交通职业技术学院机电工程系 00:10
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xi
控 制器
放 大变 换
电 动机
工 作台
xo
测 速机
角 位移 测 量 装置
图 1-25 机床台控制系统的原理方框图
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3. 液位控制系统
调 节器 H 调 节阀 Q1 变 送器
液 体储 罐
阀门
Q2
图1-26 液位控制系统的原理图
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调 节器 H 调 节阀 Q1 变 送器
液 体储 罐