自动控制原理常用名词解释

第一章

系统：系统泛指由一群有关联的个体组成，根据预先编排好的规则工作，能完成个别元件不能单独完成的工作的群体。

自动控制(Automatic Control)：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

开环控制(open loop control)：开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。

闭环控制(closed loop control)：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制Feedback Control系统。这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。

复合控制(compound control）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。

开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统

闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统

开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。（2.5分）

闭环控制系统：又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。（2.5分）

手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统

自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统

判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统被控量(controlled variable)：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。

给定值(set value)：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。

干扰(disturbance)：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。

精度:精度是测量值与真值的接近程度。包含精密度和准确度两方面。

反馈：指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？

有以下三种：(1)机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰,(2)实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限,(3)以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点。

自动控制系统的数学模型有哪些?自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。

自动控制系统的性能要求：稳定性、快速性和准确性。

自动控制:指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控制对象或过程自动地按照预定的要求运行。

过程控制：对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制

人工控制：在人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程。

线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

连续系统:当系统中各元件的输入量和输出量均是连续量或模拟量时，就称此类系统是连续系统

离散系统：当系统中某处或多处信号是脉冲序列或数字形式时，就称这类系统是离散系统。

恒值控制系统：控制系统在运行中被控量的给定值保持不变

随动控制系统：控制系统被控量的值不是预先设定的，而是受外来的某些随机因素影响而变化，其变化规律是未知的时间函数

程序控制系统：控制系统被控量的给定值是预定的时间函数，并要求被控量随之变化。

按控制方式分：开环控制、反馈控制、复合控制

按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统

按系统共用：温度控制、压力控制、位置控制

1)输入量（激励）作用于一个元件、装置或系统输入端的量，可以是电量，也可以是非电量，一般是时间的函数（确定函数或随机函数），如给定电压。

2）输出量（响应）指确定被控对象运动状态的量，它是输出端出现的量，可以是电量或非电量，它是系统初始状态和输入量的函数。

3）被控制量制被控对象所要求自动控制的量。它通常是决定被控对象工作状态的重要变量。当被控对象只要求实现自动调节，即要求某些参数保持给定数值或按一定规律变化时，被控制量就是被调节量（被调量）。

4）控制量（控制作用）指控制器的输出量。当把控制器看成调节器时，控制量即调节量（调节作用）。

5）反馈把系统的输出送回到输入，以增强或减弱输入信号的效应称为反馈。使输入信号增强者为正反馈，使输入信号减弱者称为负反馈。反馈信号与系统输出量成比例者称为硬反馈或刚性反馈（比例反馈），反馈信号为输出量的导数者称为软反馈或柔性反馈。

6）干扰（扰动）除控制量之外，引起被控制量变化的所有变量，以及影响各部件输出量变化的因素都可视为干扰。干扰产生在系统内部称为内扰；干扰产生在系统外部称为外扰。有效的自动控制系统应具有补偿内外干扰的能力，使被控对象始终处于良好的工作状态。

7）自动调节系统能使被控对象的被控制量维持在规定值或按一定规律变化的控制系统称为自动控制系统。

自动控制系统的组成

测量元件：其职能是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般再转换为电量。

给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参变量）。

比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。

放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。

执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。

校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。对控制系统的基本要求：稳定性、快速性和准确性

定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信号的变化。

在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法；分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。

第二章

数学模型(mathematical model)：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。

传递函数(transfer function)：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。

零点极点(z ero and pole)：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。

动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。

信号流图(signal flow diagram)：是表示复杂控制系统中变量间相互关系的另一种图解法，由节点和支路组成。

梅逊公式(Mason's gain formula)：利用梅逊增益公式，可以直接得到系统输出量与输入变量之间的传递函数。

主导极点：如果闭环极点离虚轴很远，则它对应的暂态分量衰减得很快，只在响应的起始部分起一点作用，而离虚轴最近的闭环极点(复极点或实极点)对系统瞬态过程性能的影响最大，在整个响应过程中起着主要的决定性作用，我们称它为主导极点。

偶极子：当极点si与某零点zj靠得很近时，它们之间的模值很小，那么该极点的对应系数Ai也就很小，对应暂态分量的幅值亦很小，故该分量对响应的影响可忽略不计。我们将一对靠得很近的闭环零、极点称为偶极子。

数学模型：描述自动控制系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式称为数学模型。

输入节点（又称源点）：只有输出支路的节点叫输入节点或源点。

输出节点（又称陷点）：只有输入之路的节点叫输出节点，它对应于因变量或输出信号。

混合节点：既有输入支路又有输出支路的节点叫混合节点。

如果通路与任意一个节点相交不多于一次的称为开通路。如果通路的终点就是通路的起点，并且与任何其他节点相交不多于一次的，则称为闭通路。

闭环零点：闭环传递函数中分子多项式的根称为系统的闭环零点。

稳定性：所谓稳定性，就是指系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原来平衡状态的性能。若系统能恢复到平衡状态，则称系统是稳定的。

控制量：控制器的输出信号。

前馈控制系统：前馈控制系统直接根据扰动信号进行调节，扰动量是控制的依据，由于它没有被控量的反馈信号，故不形成闭合回路，所以它是