自动控制系统概述PPT
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自动控制原理教学ppt
前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
自动控制原理最全PPT
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
第一章 自动控制系统的基本概念
学习重点
❖ 了解自动控制系统的基本结构和特点及 其工作原理；
❖ 了解闭环控制系统的组成和基本环节；
❖ 掌握反馈控制系统的基本要求及反馈控 制系统的作用；
❖ 学会分析自动控制系统的类型及本质特 征。
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
主要解决问题：单输入单输出（SISO）系统的控制问题。
主要方法：
以传函为数学模型，以拉氏变换数学工具， 时域分析法、根轨迹法、频率法。
主要研究对象：SISO，线性定常（LTI），非线性系统，离散
系统。
Linear Time
主要代表人物：伯德，奈奎斯特，伊文思。 Invariable
2021年6月10日
电机与拖动
线性代数
大学物理
自动控制原理
微积分
2021年6月10日
各类 专业课
线性系统
现代控 制理论
第一章 自动控制系统的基本概念
自动控制原理
基于数学模型
自动控制理论的发展历程
控制理论是研究有关自动控制共同规律的一门科学。 第一阶段：古典控制理论（20世纪40～60年代）
Classical Control Theory 第二阶段：现代控制理论（20世纪60～70年代）
第1章 自动控制系统的基本概念(4) 第2章 拉普拉斯变换及其应用（4） 第3章 自动控制系统的数学模型(10) 第4章 自动控制系统的时域分析(14) 第5章 自动控制系统的频域分析（14） 第6章 控制系统的校正及综合(10)
2021年6月10日
第一章 自动控制系统的基本概念
自动控制系统概述ppt课件
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时 的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也 经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
执行器
液位自动控制系统方框图
每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭 头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离 开方框的为环节输出。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直 接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
自动控制系统概述
自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象 或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量 的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正 常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象 或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量 的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正 常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
自动控制系统ppt课件
(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有 N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期
令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角
因为从原点始只有半个三角波
因为输出电压波形 负半波左右对称,是一个奇 次周期函数
把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个 脉冲的起始和终止相位角
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型
定性分析 建立数学模型
定量分析
定性分析
对系统校正 工程实践
对系统校正
称心？
N
Y 工程实践
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术
后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
§7-1变频调速的基本控制方 式
电机调速时希望磁通量Φm为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1Φm f1------定子频率 KN1---基波绕组系数 N1-----定子每相绕组串联匝数 Φm ----每极气隙磁通量(Wb)
一.基频以下调速
f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，
例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型 描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型 变量各阶导数为零的条件下。
二:直接变频装置(AC-AC)
自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象及 测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平 衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态 值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再 越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过 渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有 的规定为±２％）。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
第四节 过渡过程和品质指标
举例 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
《自动控制系统》课件
判定方法
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
《自动控制系统》课件
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汇报人：
03
自动控制系统的基本控 制方式
开环控制方式
开环控制的特点：简单、成 本低、响应速度快
开环控制的定义：不依赖于 反馈信号的控制方式
开环控制的应用：在简单、 稳定的系统中使用
开环控制的局限性：无法适 应环境变化，无法实现精确
控制
闭环控制方式
闭环控制：通过反馈信号来控制输 出，使输出与期望值保持一致
自动控制系统是一种能够自 动控制和调节设备或过程的 系统。
自动控制系统的主要功能是 实现对被控对象的自动控制
和调节。
自动控制系统广泛应用于工 业、农业、交通、医疗等领
域。
自动控制系统的组成
传感器：用于检测和控制对象的状 态
控制器：用于接收传感器的输入信 号，处理后输出控制指令
添加标题
添加标题
添加标题
稳定性分类：分为稳定、不稳 定、临界稳定和半稳定
稳定性分析方法：包括时域分 析法、频域分析法和根轨迹分 析法等
快速性
快速性是指系 统对输入信号
的响应速度
快速性指标包 括上升时间、 峰值时间和超
调量
快速性指标反 映了系统的动
态性能
快速性指标对 于控制系统的 稳定性和准确
性至关重要
准确性
自动控制系统的 准确性是指系统 输出与期望输出 之间的误差
发展趋势：智能化、网络化、小型 化、节能化
气动执行器
工作原理：利用压缩空气作为动力源，通过气缸、活塞等部件实现直线或旋转运动 特点：结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、易于维护 应用领域：广泛应用于工业自动化、机械制造、化工、食品等行业 发展趋势：智能化、集成化、节能化、环保化
液压执行器
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
第1章 自动控制系统概述
(1)开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自 动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生 的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开 环控制是有利的。
(2)闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠负反馈 环节进行自动调节，以补偿扰动对系统产生的影 响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但闭环 系统使系统稳定性变差，需要重视并加以解决。
本章作业
P15： 1-7 1-8
我国古代的自动控制技术
东汉时期张衡制造了浑天仪和地动仪
三国时期的马钧、南朝时的祖冲之创造和复制 了指南车。
产业革命时期，自动控制技术取得了巨大的发展
1748年瓦特发明的蒸汽机中的离心调节器
1868年麦克斯韦利用描述系统的微分方 程解释了这种现象，并提出了判别低阶 系统稳定性的判据 1877年和1895年劳斯[英]和数学家胡尔 维茨[瑞士]提出了可以判别高阶线性系统 的稳定性的判据
(3)自动控制系统通常由给定元件、检测元件、比较 环节、放大元件、执行元件、控制对象和反馈环节 等部件组成。系统的作用量和被控制量有：输入量、 反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 框图可直观地表达系统各环节(或各部件)间的因果关 系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和传 递情况以及它们对输出量的影响。
特点：无反馈环节 优点：结构简单，系统稳定性好，成本也低 缺点：当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影 响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的 扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时 ，开环控制 系统便无法满足技术要求
适用场合：在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参 数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差 可以预计确定并能进行补偿，应尽量采用开环控制系统。
自动控制系统概念
可靠性
许多自动控制系统在关键任务中起到重要作用，如何保证 系统的可靠性和稳定性，防止因故障导致生产事故或安全 事故，也是一个重要的技的行业和应用领域具有 各自的特点和需求，如何根 据具体需求定制和优化自动 控制系统是一个挑战。
人员培训
自动控制系统的应用需要对 操作人员进行专业培训，以 确保他们能够正确地使用和 维护系统。
物联网和通信技术的进步将推动自动控制 系统向网络化方向发展，实现远程监控和 控制。
模块化
安全性
模块化设计将有助于提高自动控制系统的 可维护性和可扩展性，方便系统升级和功 能扩展。
随着网络安全问题的日益突出，自动控制 系统的安全性将受到更多关注，将会有更 多的安全防护措施被应用到系统中。
技术挑战
数据处理
和稳定性。
反馈回路
反馈回路是自动控制系统中不可或缺 的部分，它能够将受控对象的输出信 号反馈给控制器，形成一个闭环控制 系统。
通过反馈回路，控制器可以实时地了 解受控对象的当前状态，并根据需要 调整控制动作，以达到更好的控制效 果。
03
自动控制系统类型
开环控制系统
开环控制系统是指系统中各个环节之 间没有反馈，只将系统输出量直接反 馈到输入端，通过输入端控制输出量 。
系统集成
将自动控制系统与其他设备 和系统集成时，需要解决不 同设备和系统之间的通信和 接口问题。
成本效益
自动控制系统的建设和运行 需要投入大量的资金和技术 支持，如何平衡成本和效益 的关系是一个挑战。
THANKS
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传感器的种类和规格非常多，需根据具体的控制 要求进行选择和配置。
传感器的精度和稳定性对整个控制系统的性能有 着至关重要的影响。
受控对象
许多自动控制系统在关键任务中起到重要作用，如何保证 系统的可靠性和稳定性，防止因故障导致生产事故或安全 事故，也是一个重要的技的行业和应用领域具有 各自的特点和需求，如何根 据具体需求定制和优化自动 控制系统是一个挑战。
人员培训
自动控制系统的应用需要对 操作人员进行专业培训，以 确保他们能够正确地使用和 维护系统。
物联网和通信技术的进步将推动自动控制 系统向网络化方向发展，实现远程监控和 控制。
模块化
安全性
模块化设计将有助于提高自动控制系统的 可维护性和可扩展性，方便系统升级和功 能扩展。
随着网络安全问题的日益突出，自动控制 系统的安全性将受到更多关注，将会有更 多的安全防护措施被应用到系统中。
技术挑战
数据处理
和稳定性。
反馈回路
反馈回路是自动控制系统中不可或缺 的部分，它能够将受控对象的输出信 号反馈给控制器，形成一个闭环控制 系统。
通过反馈回路，控制器可以实时地了 解受控对象的当前状态，并根据需要 调整控制动作，以达到更好的控制效 果。
03
自动控制系统类型
开环控制系统
开环控制系统是指系统中各个环节之 间没有反馈，只将系统输出量直接反 馈到输入端，通过输入端控制输出量 。
系统集成
将自动控制系统与其他设备 和系统集成时，需要解决不 同设备和系统之间的通信和 接口问题。
成本效益
自动控制系统的建设和运行 需要投入大量的资金和技术 支持，如何平衡成本和效益 的关系是一个挑战。
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传感器的种类和规格非常多，需根据具体的控制 要求进行选择和配置。
传感器的精度和稳定性对整个控制系统的性能有 着至关重要的影响。
受控对象
自动控制基础知识.详解ppt课件
双位控制在给排水工程中采用普遍，如:水池、水箱的液 位控制，实验室恒温箱的温度控制等。
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
自动控制原理课件ppt
03
非线性控制系统
非线性控制系统的特点
非线性特性
01
非线性控制系统的输出与输入之间存在非线性关系，
如放大器、继电器等。
复杂的动力学行为
02 非线性控制系统具有复杂的动力学行为，如混沌、分
叉、稳定和不稳定等。
参数变化范围广
03
非线性控制系统的参数变化范围很广，如电阻、电容
、电感等。
非线性控制系统的数学模型
线性控制系统的性能指标与评价
性能指标
衡量一个控制系统性能的好坏，需要使用一些性能指标，如响应时间、超调量、稳态误差等。
性能分析
通过分析系统的性能指标，可以评价一个控制系统的优劣。例如，响应时间短、超调量小、稳态误差小的系统性能较 好。
系统优化
根据性能分析的结果，可以对控制系统进行优化设计，提高控制系统的性能指标。例如，可以通过调整 控制器的参数，减小超调量；或者通过改变系统的结构，减小稳态误差。
。
采样控制系统的数学模型
描述函数法
描述函数法是一种分析采样控制系统的常用方法，通过将连续时间 函数离散化，用差分方程来描述系统的动态特性。
z变换法
z变换法是一种将离散时间信号变换为复平面上的函数的方法，可 用于分析采样控制系统的稳定性和性能。
状态空间法
状态空间法是一种基于系统状态变量的方法，可以用于分析复杂的采 样控制系统。
航空航天领域中的应用
总结词
高精度、高可靠性、高安全性
详细描述
自动控制原理在航空航天领域中的应用至关重要。例如 ，在飞机系统中，通过使用自动控制原理，可以实现飞 机的自动驾驶和自动着陆等功能，从而提高飞行的精度 和安全性。在火箭和卫星中，通过使用自动控制原理， 可以实现推进系统的精确控制和姿态调整等功能，从而 保证火箭和卫星能够准确地进行轨道变换和定点着陆。
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汽包 省煤器
FT
LT
LT
LC
➢闭环控制的缺点：
省煤器
控制不够及时；如果系统
给水
内部各环节配合不当，系 统会引起剧烈震荡，甚至
锅炉汽包自动控制系统示意图
会使系统失去控制。
开环控制：根据扰动信号的变化来进行控制。 开环的液位控制系统又称前馈控制。
➢开环控制的特点（优 点）：
不需要对被控变量进 行测量，只根据输入 信号进行控制，控制 很及时。
现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展
其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理
论，最佳估计理论，系统辨识等。
特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。
适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线
形时变，非线性及离散系统，多输
入、
多输出的情况。
大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 系统的分解与协调
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
蒸汽
汽包
锅炉设备的控制任务主 要是：
根据生产负荷的需要，供应 一定规格（压力、温度）的 蒸汽，同时使锅炉在安全、 经济的条件下运行。
锅炉设备的主要控制系 统有：
பைடு நூலகம்省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
（1）锅炉汽包水位的控制 （2）锅炉燃烧的控制 （3）过热蒸汽系统的控制
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
被控变量：
被控过程内要求 保持设定值的工 艺参数
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
操纵变量：水的流量 扰动：进水压力、蒸汽流量
操纵变量：
受控制器操纵的 用以克服干扰的 影响，使被控变 量保持设定值的 物料量或能量
扰动：
除操纵变量外， 作用于被控过程 并引起被控变量 变化的因素
蒸汽
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
汽包水位是锅炉运行的主要
蒸汽
指标，维持水位在一定范围
内是锅炉安全运行的首要条
汽包
件。
省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
水位过高：影响汽包内的汽 水分离，饱和水蒸汽带水过 多，会使过热器管壁结构导 致损坏，同时过热蒸汽温度 急剧下降，作为汽轮机动力 的话会损坏叶片，影响运行 的安全及经济性。
蒸汽
FT：Flow Transmitter FC：Flow Controller
PT：Pressure Transmitter PC：Pressure Controller
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
被控过程：锅炉汽包 被控变量： 汽包液位
术语
过程（被控对 象）：
自动控制系统中， 工艺参数需要控 制的生产过程、 设备或机器。
测控技术
华东理工大学信息学院自动化系
学习这门课的必要性：
1、自动控制系统应用非常普遍
用在国民生活的各个方面，化工领域的应用 更加普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过 程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制 药等等。
2、自动化技术人员应该掌握充分的专业知识
3、工艺人员应该掌握一定的控制系统的知识
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
设定值：
工艺参数所要求 保持的数值
偏差：
被控变量实际值 与设定值之差
负反馈：
将被控变量送回 输入端并与输入 变量相减
加热炉温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程： 加热炉 被控变量： 物料出口温度 操纵变量： 燃料油流量 扰动： 被加热原料油温度、燃料油热值等
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
锅炉汽包液位自动控制系统
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包液位自动控制系统示意图
LT：Level Transmitter LC：Level Controller
加热炉温度自动控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
TT：Temperature Transmitter TC：Temperature Controller
才能设计合理的工艺，充分了解所用的控制 系统，以及控制系统的特性，便于使用与维护。
使用常规仪表的中央控制室
早期的DCS控制系统
现在的DCS控制系统
1 自动控制系统概述
本章的主要内容：
1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标
1.1 自动化及仪表发展概述
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
水位过低：汽包内水较少， 负荷很大时，水的汽化速 度加快，汽包内水量急速 减少，如不能及时得到控 制，则会烧干，烧坏水冷 壁，甚至爆炸。
蒸汽
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
手动控制的步骤：
(1)观察液位数值；
(2)把观察到的实际数值 与设定值加以比较，根 据偏差的大小及变化情 况做出判断，并发布命 令。
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一