自动控制原理
自动控制原理
自动控制原理自动控制原理是指通过对系统的状态变量或输出信号采取适当的控制手段，使得系统输出信号或状态变量能够形成预定的规律或按照预定的要求，实现人机交互、自动化控制、智能化运行等内容的学科。
该学科以控制理论、控制工程、自动化技术等领域为基础，涉及机械、电子、计算机、通信等多个学科。
自动控制原理的基本思想是通过感知、分析和处理系统的状态变量或输出信号，不断调整控制因素，保持系统的稳定性、可靠性和优化性，最终实现对系统的精确控制和优化运行。
具体而言，自动控制原理包括系统建模、系统分析、控制器设计和系统优化等内容。
首先需要对被控对象进行建模，确定系统的数学模型；接着对系统进行分析，确定系统的特性和控制需求；然后设计控制器，实现对系统的控制；最后进行系统优化，提高系统的性能。
这样，就能够构建出一个高效、稳定、可靠的控制系统，为实现自动化控制提供有力的保障。
自动控制原理在现代工业生产和科学研究中具有广泛的应用。
在传统的控制领域中，它被广泛应用于机械控制、电力控制、仪表控制、自动调节等方面。
在工业控制中，自动控制原理可以应用于自动生产线、无人值守设备、智能化生产等领域。
在科学研究中，自动控制原理可以应用于探测设备，如天文望远镜、深海探测器等，也可以应用于航空航天、生物医学、环境监测等领域。
在实践运用中，自动控制原理还需要考虑实际的工程问题。
例如：性能要求低、成本要求高、系统可靠性要求高、系统运行稳定性要求高等。
因此，自动控制原理的研究除了基本理论和算法的研究，还需要进一步研究智能控制、模型预测控制、优化控制、非线性控制、模糊控制等方面的内容，以提高控制系统的稳定性和运行效率，满足各种实际应用场景的需求。
总之，自动控制原理作为一门重要的学科，具有广泛的研究内容和应用场景。
它是机械、电子、计算机、通信等多学科相互融合的产物，将会继续为人类的生产生活和科学研究做出重要的贡献。
第11章 自动控制原理
一般规定为响应曲线进入静差的±2%（或±5%） 范围而不再越出时所需要的时间。
振荡周期 过渡过程从第一个波峰到第二个波峰之间的时间， 反映系统的快速性。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节复习 难点： 自控系统的品质指标 重点： 1.自控系统组成与框图含义。 2.自控系统的分类、。 3.过渡响应的基本形式与过渡过程的品质指标。 4.各基本概念。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节概述
第2节构成环节的特性 第3节环节的综合和特性分析
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节概述
一、自动控制系统及其组成 二、控制系统的分类 三、自动控制系统的过渡响应
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
一、自动控制系统及其组成 （一）自动控制与人工控制过程的对比
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
思考题： 6.在阶跃干扰下，调节系统的过渡过程有哪几种形式， 用什么性能指标来衡量。 7.什么是系统的静态特性与动态特性。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第2节构成环节的特性
一、环节信号的传递和特性 二、拉普拉斯变换与传递函数
三、对象的过渡响应和数学描述
X c (s) b0 S m b1S m1 bm1S bm W ( s) n n 1 X r (s) a0 S a1S an1S an
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
意义： ①系统或环节的一种形式，表达系统将输入量转换成 输出量的传递关系 ②仅与系统或环节特性有关，与输入量怎样变化无关 ③简化系统动态性能的分析过程
第11章自动控制原理
什么是自动控制原理
什么是自动控制原理
自动控制原理是一种通过不同的控制器和反馈机制来实现系统自动调节和控制的方法。
它基于对系统输入和输出之间关系的分析，利用控制器对系统进行调整和干预，使得输出能够稳定在期望的值上。
自动控制原理涉及到系统模型的建立、控制器的设计和系统性能的评估等方面。
在系统建模过程中，需要根据实际情况确定系统的输入、输出和各个部分之间的关系，通常可以利用数学模型来描述系统的动态特性。
控制器的设计是选择合适的控制算法，根据系统的性能需求来确定参数。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器等。
自动控制原理中，反馈机制起着重要的作用。
通过对系统输出进行测量和与期望值进行比较，可以实时调整控制器的输出，使得系统能够迅速响应和稳定在期望值上。
反馈机制的优点在于可以消除外部干扰和系统参数变化对系统稳定性的影响，提高系统的鲁棒性和适应性。
自动控制原理在工业生产、交通运输、能源管理等领域有广泛应用。
通过自动化控制，可以提高系统的性能、效率和安全性，减少人为操作的误差和风险。
同时，自动控制原理也是控制工程学科的基础和核心内容，为实现各种复杂系统的自动化控制提供了理论和方法的指导。
自动控制原理完整
知识要点
线性系统的基本控制规律比例（P）、积 分（I）、比例-微分（PD）、比例-积分（PI） 和比例-积分-微分（PID）控制规律。超前校 正，滞后校正，滞后-超前校正，用校正装置 的不同特性改善系统的动态特性和稳态特性。 串联校正，反馈校正和复合校正。
对一个控制系统来说,如果它的元部件、 参数已经给定,就要分析它能否满足所要 求的各项性能指标。一般把解决这类问 题的过程称为系统的分析。
在实际工程控制问题中，还有另一类问题需 要考虑，即往往事先确定了要求满足的性能指 标，要求设计一个系统并选择适当的参数来满 足性能指标的要求，或考虑对原已选定的系统 增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面 地满足所要求的性能指标，同时也要照顾到工 艺性、经济性、使用寿命和体积等。这类问题 称为系统的综合与校正，或者称为系统的设计。
二阶系统的时域性能指标
1 2
arctg
tr
n 1 2
二阶系统的频域性能指标
c n arctg
1 4 4 2 2 2
1 4 4 2 2
r n 1 2 2
Mr 2
1 1 2
b n 1 2 2 2 4 2 2 4
性能指标通常由控制系统的使用单位或被控 对象的制造单位提出。
制系统设计 ❖小 结
§6.1 概 述
6.1.1 系统的性能指标
系统的性能指标，按其类型可以分为： (1) 时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能 指标； (2) 频域性能指标，包括开环频域指标和闭环频域 指标； (3) 综合性能指标(误差积分准则)，它是一类综合 指标，若对这个性能指标取极值，则可获得系统 的某些重要参数值，而这些参数值可以保证该综 合性能为最优。
ITAE 0 te(t)dt
自动控制原理知识点
自动控制原理知识点自动控制原理是探讨如何利用各种力量和手段来控制和调节物体或者系统的运行状态的学科。
它是现代科学技术以及工程实践的重要基础，广泛应用于机械、电气、化工、航空航天等领域。
下面将详细介绍自动控制原理的几个重要知识点。
1.控制系统的组成和基本原理控制系统由输入、处理器、输出和反馈四个基本部分组成。
输入是所要控制的物理量或信号，处理器是处理输入信号的部分，输出是系统输出的目标物理量或信号，反馈将输出信号与输入信号进行比较并反馈给处理器进行调节。
控制系统的基本原理是通过调节输入信号，通过反馈来使系统的输出达到期望值。
2.传递函数和状态空间法传递函数是描述线性系统输入输出关系的函数，它是一个复变量的函数。
通过传递函数可以对系统的动态特性进行分析和设计。
状态空间法是一种描述系统行为的方法，用状态向量和状态方程来描述系统的动态特性和稳定性。
3.PID控制器PID控制器是最常见的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分使控制器的输出与误差成正比，积分部分用于处理系统的静差，微分部分用于预测系统未来的状态。
通过调节PID控制器的参数，可以实现系统的稳定性和响应速度的优化。
4.反馈控制反馈控制是将系统的输出信号反馈给系统的输入端进行调节的一种控制方式。
反馈控制可以使系统对扰动具有一定的鲁棒性，能够提高系统的稳定性和减小误差。
5.系统稳定性和瞬态响应系统稳定性是指当系统输入和参数在一定范围内变化时，系统输出是否会有无穷大的增长。
常用的判断系统稳定性的方法有稳定判据和根轨迹法。
瞬态响应是系统在调节过程中输出的变化过程，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
6.系统优化和自适应控制系统优化是指通过调节系统参数使系统达到最佳性能的过程。
自适应控制是指系统能够根据外部环境和内部参数的变化自主调整控制策略的过程。
优化和自适应控制可以使系统具有更好的鲁棒性和适应能力。
7.数字控制系统数字控制系统是利用数字计算和逻辑运算进行控制的一种控制方式。
自动控制原理简答题
自动控制原理简答题1. 什么是自动控制原理？自动控制原理是一门研究如何通过各种控制手段和方法，使系统在不同的输入条件下自动地实现稳定、准确、快速的输出控制的学科。
2. 自动控制的基本组成部分是什么？自动控制的基本组成部分包括控制对象（也称为被控对象）、传感器、执行器、控制器和反馈回路。
3. 什么是控制对象？控制对象指的是需要被控制的具体物理系统或过程，例如温度控制中的温度传感器测量的温度就是控制对象。
4. 什么是传感器？传感器是负责将控制对象的物理量转换为电信号的装置，它能够测量系统的各种输入和输出变量，并将其转化为控制系统可以处理的电信号。
5. 什么是执行器？执行器是控制系统中的一种装置，根据控制信号的指示，将电信号转换为能够对控制对象产生控制作用的物理量。
6. 什么是控制器？控制器是根据控制算法，接收传感器反馈信号并生成控制信号的装置，它根据输入信号和反馈信号进行计算和判断，并输出控制信号来实现对控制对象的控制。
7. 什么是反馈回路？反馈回路是控制系统中的一种回路结构，它将控制对象的输出信号经过传感器测量后，与期望值进行比较，将相差的量反馈给控制器，通过调节控制信号来消除误差，使系统达到稳定状态。
8. 自动控制中常用的控制策略有哪些？常用的控制策略包括比例控制、积分控制、微分控制和PID控制。
比例控制根据误差的大小进行比例放大输出控制信号；积分控制根据误差的累积进行调节；微分控制根据误差的变化率进行调节；PID控制则是将比例、积分和微分控制结合起来，综合考虑系统的稳态性、快速性和抗干扰性。
9. 自动控制的应用范围有哪些？自动控制广泛应用于各个领域，如工业自动化、航空航天、交通运输、电力系统、水利水电、化工过程控制、环境保护等。
它可以提高系统的稳定性、精确性和效率，减少人为操作的错误和工作负担。
10. 自动控制原理的发展趋势是什么？随着科技的进步和智能化的发展，自动控制原理将趋向于更加复杂、高效、智能化的方向发展。
自动控制原理概念最全整理
1.在零初始条件下,线性定常系统输出量得拉普拉斯变换与输入量得拉普拉斯变换值比,定义为线性定常系统得传递函数。
传递函数表达了系统内在特性，只与系统得结构、参数有关,而与输入量或输入函数得形式无关。
2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成,常用得典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节与延迟环节等。
3.构成方框图得基本符号有四种,即信号线、比较点、方框与引出点。
4.环节串联后总得传递函数等于各个环节传递函数得乘积。
环节并联后总得传递函数就是所有并联环节传递函数得代数与。
5.在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点与输出节点之间.6.上升时间tr、峰值时间tｐ与调整时间ｔs反应系统得快速性；而最大超调量Mp与振荡次数则反应系统得平稳性。
7.稳定性就是控制系统得重要性能,使系统正常工作得首要条件。
控制理论用于判别一个线性定常系统就是否稳定提供了多种稳定判据有:代数判据(Routh 与Hurwitｚ判据)与Ｎyquｉｓt稳定判据。
8.系统稳定得充分必要条件就是系统特征根得实部均小于零,或系统得特征根均在跟平面得左半平面。
9.稳态误差与系统输入信号ｒ(t）得形式有关,与系统得结构及参数有关。
10.系统只有在稳定得条件下计算稳态误差才有意义,所以应先判别系统得稳定性.11.Kp得大小反映了系统在阶跃输入下消除误差得能力,Kp越大,稳态误差越小；Kv得大小反映了系统跟踪斜坡输入信号得能力，Kv越大，系统稳态误差越小;Kａ得大小反映了系统跟踪加速度输入信号得能力,Ka越大，系统跟踪精度越高12.扰动信号作用下产生得稳态误差essｎ除了与扰动信号得形式有关外，还与扰动作用点之前(扰动点与误差点之间）得传递函数得结构及参数有关，但与扰动作用点之后得传递函数无关.13.超调量仅与阻尼比ξ有关,ξ越大,Mp则越小，相应得平稳性越好。
反之，阻尼比ξ越小,振荡越强,平稳性越差。
当ξ=0,系统为具有频率为Wn得等幅震荡。
《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。
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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
自动控制原理
自动控制原理自动控制原理是一门应用广泛且重要的学科，它涉及到许多领域，如机械、电子、计算机等。
本文将探讨自动控制原理的定义、应用以及其在现代社会中的重要性。
一、自动控制原理的定义自动控制原理是一种通过使用传感器、执行器和控制算法来实现系统自动调节的技术。
它的目的是使系统能够自动地响应外部变化，并保持所需的状态。
自动控制原理的核心是反馈机制，通过不断地检测系统状态，并根据反馈信号对系统进行调节，以实现系统的稳定和优化。
二、自动控制原理的应用自动控制原理广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。
在工业生产中，自动控制原理可以用于控制生产线的运行，实现自动化生产。
在交通运输中，自动控制原理可以用于控制交通信号灯，优化交通流量，提高交通效率。
在航空航天领域，自动控制原理可以用于飞机的自动驾驶系统，提高飞行安全性。
三、自动控制原理的重要性自动控制原理在现代社会中具有重要的意义。
首先，它可以提高生产效率和质量。
通过自动控制原理，可以实现生产过程的自动化，减少人力投入，提高生产效率。
同时，自动控制原理可以实时监测生产过程中的各项指标，并根据需要进行调节，保证产品质量的稳定性和一致性。
其次，自动控制原理可以提高安全性和可靠性。
在一些危（wei）险环境下，如核电站、化工厂等，人工控制存在一定的风险。
而自动控制系统可以通过传感器实时监测环境变化，并根据预设的控制算法进行自动调节，减少人为错误的发生，提高安全性和可靠性。
此外，自动控制原理还可以提高能源利用效率。
通过自动控制原理，可以对能源的使用进行优化调节，减少能源的浪费，提高能源的利用效率。
这对于资源有限的社会来说，具有重要的意义。
总之，自动控制原理是一门应用广泛且重要的学科。
它不仅可以提高生产效率和质量，提高安全性和可靠性，还可以提高能源利用效率。
随着科技的不断发展，自动控制原理在各个领域中的应用将会越来越广泛，对于推动社会进步和提高人类生活质量具有重要的作用。
自动控制原理
1.1开环控制系统与闭环控制系统开环控制：只有输入量对输出量产生控制作用，而没有输出量参与对系统的控制；开环控制的结构特点，决定了它不具备抗干扰的能力。
闭环控制：在开环控制基础上引入人工干预过程演变而来，操作人员的关键性作用是使得系统的输出量参与了系统的控制。
（人工闭环控制）闭环控制：系统是把输出量直接（或间接）地反馈到输入端形成闭环，使得输出量参与系统的控制，所以称为闭环控制系统（自动闭环控制）例：可逆伺服电动机M，测速发电机TG。
开环和闭环系统的特点：1、在开环控制系统和闭环控制，输入量和输出量都存在一一对应关系。
2、在开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用。
3、从控制结构上看，只有从输入端到输出端的信号传递通道，该通道称为正向通道。
4、从控制结构上看，除正向通道外，还必须有人输出端到输入端的信号传递通道，使输出信号也参与控制作用，该通道称为反向通道。
闭环控制系统就是由正向通道和反向通道组成的。
5、为检测偏差，必须直接或间接地检测出输出量，并将其变换为与输入量相同的物理量，以便与给定量相比较，得出偏差信号。
所以闭环控制系统必须有检测环节、给定环节和比较环节。
6、闭环控制系统是利用编差作为控制信号来纠正编差的，因此系统中必须具有执行纠正偏差这一任务的执行机构。
7、闭环控制系统广泛的应用于各工业部门，例如加热炉和锅炉的温度控制，轧钢厂主传动和辅助传动的速度控制、位置控制等。
1.2 闭环控制系统的组成和基本环节1－给定环节；2－比较环节；3－校正环节；4－放大环节；5－执行机构6－被控对象；7－检测装置控制系统结构图1、控制对象或调节对象2、执行机构3、检测装置或传感器4、给定环节5、比较环节6、中间环节。
自动控制原理(全套课件)
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是现代工程领域非常重要的一门学科，它关注的是如何利用各种技术手段来实现对系统的自动化控制。
在这篇文章中，我将对自动控制原理的一些关键知识点进行总结，以帮助读者更好地理解和掌握这门学科。
一、基本概念自动控制系统是由被控对象、传感器、执行器和控制器组成的一种系统，其目标是使被控对象按照期望的方式运行。
被控对象可以是各种物理系统，如机械系统、电气系统等。
传感器用于测量被控对象的状态，执行器用于对被控对象施加控制力，而控制器则根据传感器的反馈信号和期望的输出信号来决定执行器的动作。
二、控制系统的基本组成控制系统由三个主要组成部分构成：测量部分、决策部分和执行部分。
测量部分包括传感器和信号调理电路，用于测量被控对象的状态和输出信号。
决策部分包括控制器，其根据测量信号和期望输出信号进行计算，并生成控制命令。
执行部分由执行器组成，负责根据控制命令对被控对象进行控制。
三、控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指在一定的工作条件下，系统的输出能够保持在期望范围内，不发生不可接受的偏离。
稳定性是控制系统设计中最重要的要求之一。
常见的稳定性分析方法包括输入-输出稳定性分析和李雅普诺夫稳定性分析。
四、反馈控制系统反馈控制系统是一种常用的自动控制系统，其控制器的输出信号是根据传感器的反馈信号和期望输出信号进行计算的。
反馈控制系统能够根据实际输出来调整控制命令，以实现系统的稳定性和准确性。
常见的反馈控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制。
五、开环控制系统与反馈控制系统相对应的是开环控制系统，其控制器的输出信号只是根据期望输出信号进行计算的，没有考虑传感器的反馈信息。
开环控制系统的控制效果受到系统参数变化和外部扰动的影响较大，容易导致系统的稳定性和准确性下降。
六、PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，其由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成。
比例控制部分根据控制误差的大小进行调整；积分控制部分根据控制误差的累积值进行调整；微分控制部分根据控制误差的变化率进行调整。
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
自动控制原理
自动控制原理自动控制原理是指自动控制系统的基础理论，它涉及系统的输入、输出、感知、计算、控制以及操纵器的运行。
自动控制系统可以自动完成一定的任务，其主要任务是维护机器或设备的状态按照预定的期望。
自动控制系统不仅可以自动控制一个系统，还可以控制多个设备系统，以此完成系统控制。
因此，自动控制系统可以大大提高工作效率，是实现许多复杂任务的关键技术。
自动控制系统是基于控制理论而建立的，控制理论是由控制系统、传感器、控制器、输入输出单元和观测器组成的。
这些部件完成一系列功能，使系统实现自控的目的。
控制系统中的控制器是自动控制的核心元素，是控制系统的主要部件。
它类似于一个电脑，用来运算、求解控制系统的模型，并输出控制信号来更新系统的变量。
根据输出的控制信号，控制器可以控制系统的运行状态，从而实现系统自动控制。
传感器是控制系统的重要部件，它可以检测系统内的变量，将其变量值传递给控制器，使控制器能够更新系统的变量。
传感器的类型多种多样，如温度传感器、湿度传感器、变频器和光学传感器等。
输入输出单元可以控制系统的输入和输出。
它可以通过控制器调节系统的输入信号，并将系统的输出结果输出到外部。
观测器可以用来检测系统的运行状态，它可以实时监测系统的输入和输出，以便及时发现系统故障。
自动控制原理是由传感器、控制器、输入输出单元和观测器组成的，可以实现机器的自动控制，使机器的运行更加精确和高效。
自动控制原理的主要内容包括：系统输入输出的检测、控制原理的研究、控制器的设计和实现、控制系统的构建和控制系统在应用中的研究。
首先，我们要研究系统输入输出的检测，包括传感器、控制器以及输入输出单元的设计和实现。
其次，我们要研究系统的控制原理，研究不同控制系统的不同部件如何协同工作，控制系统的作用是维持系统的状态，而不是充当机器的器官。
最后，要研究自动控制系统在应用中的研究，解决不同系统在复杂环境中的控制问题，研究不同控制系统的抗干扰能力。
自动控制原理及其应用
自动控制原理及其应用自动控制原理是一种能够应用于各种领域的控制技术，其主要作用是通过对控制系统进行分析和设计，使得系统能够自动调节自身的运行状况，并且保持在一个稳定的状态。
自动控制理论以工程学，数学和物理学等学科为基础，可以被应用于不同的领域，例如自动控制自动化、机器人和过程控制等领域。
其应用范围十分广泛，可以改善生产效率，提高安全性和减少人工错误等。
1.从反馈控制的理论角度，简述自动控制原理的基本概念和特点。
自动控制原理主要包括输入、输出和系统本身的三个主要组成部分。
输入是控制系统的激励信号，用于控制系统的运行状况，同时也是系统的能量来源。
输出是由输入引起的系统的反应，用于对输入做出调整或反馈，从而实现系统的自我调节。
系统本身则是用于将输入和输出之间联系起来的元件，它们可以是物理器件、电子电路、数字计算机和软件等。
特点方面，自动控制系统具有反馈机制，即系统可以通过输入和输出之间的差距来实现自我调节，从而保持稳定状态。
自动控制系统可以应用于不同的领域，并且可以根据需要进行改进和优化。
此外，自动控制系统可以自动调节其运行状况，避免人为干扰和错误带来的问题。
2.简述常用自动控制器的类型及其特点。
自动控制器根据控制系统的性质不同，可以分为多种不同类型的控制器。
常见的自动控制器有比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。
比例控制器是一种简单的控制器，其输出和输入的差距成正比，可以根据需要进行比例因子的调整。
积分控制器将误差的积分值作为输出，以此来调节输入信号，可以消除误差的恒定值。
微分控制器将误差的微分作为输出，可以消除输出信号中的高频噪声。
PID控制器是一种常见的自动控制器，它由比例控制器、积分控制器和微分控制器组成。
在这种类型的控制器中，比例控制器负责控制变量的短期波动，积分控制器负责控制变量的长期趋势，微分控制器则负责控制变量的瞬时变化。
3.研究如何应用自动控制原理进行过程控制。
自动控制原理可以应用于各种类型的过程控制，例如化工过程控制、制造工艺控制和机床控制等。
自动控制原理
自动控制原理
自动控制原理是研究自动化系统中信号处理、控制与调节的原理和方法。
它是现代工程技术中的一门重要学科，广泛应用于工业、军事、交通、能源等各个领域。
自动控制原理的核心是控制系统。
控制系统由输入、传递函数和输出组成。
输入是控制系统接收的信号，传递函数是描述输入与输出之间关系的数学模型，输出是控制系统输出的信号。
控制系统通过不断调节输出使其接近预期目标，达到控制的目的。
自动控制原理的基础是系统理论。
系统理论是研究系统结构、性能和行为规律的学科。
它包括系统模型的建立、系统稳定性分析、系统响应特性分析等内容。
系统理论为自动控制提供了理论依据和方法。
自动控制原理的方法主要包括经典控制方法和现代控制方法。
经典控制方法是指基于频域分析和时域分析的传统控制方法，如比例控制、积分控制、微分控制等。
现代控制方法是指基于状态空间分析和最优控制理论的控制方法，如状态反馈控制、最优控制、自适应控制等。
这些方法各有特点，可以根据不同的控制要求和系统特点选择合适的方法。
自动控制原理的研究内容还包括控制系统的设计和实现。
控制系统的设计涉及控制器的设计和参数调节，需要根据实际需求确定控制策略和参数值。
控制系统的实现包括硬件设计和软件编程，需要将控制算法转化为可执行的指令，并制备控制器硬
件进行实时控制。
总之，自动控制原理是对自动化系统中信号处理、控制与调节原理和方法的研究，包括控制系统、系统理论、控制方法、控制系统设计和实现等内容。
这门学科在工程技术中具有广泛应用，对提高生产效率和质量、提升系统性能和稳定性具有重要作用。
自动控制原理
自动控制原理
自动控制原理是现代工程领域中的重要理论基础，它涉及到控制系统的设计、
分析和应用，对于提高生产效率、优化资源利用、保障安全稳定运行等方面都具有重要意义。
本文将从控制原理的基本概念、分类、特点和应用等方面展开阐述，希望能够为相关领域的研究者和工程师提供一些参考和帮助。
控制原理是指利用各种手段和方法，对被控对象进行调节和管理，以达到预期
的目标状态或性能的一门学科。
它主要包括了控制系统的建模、分析和设计等内容。
控制原理可以分为开环控制和闭环控制两大类。
开环控制是指控制器的输出不受被控对象的影响，而闭环控制则是控制器的输出受到被控对象状态的反馈信息影响。
两者各有优缺点，在实际应用中需要根据具体情况进行选择和设计。
控制原理具有很强的普适性和灵活性，它可以应用于各种不同的领域和行业。
比如在工业生产中，控制原理可以用于自动化生产线的控制和调节；在航空航天领域，控制原理可以用于飞行器的姿态控制和导航系统等；在交通运输领域，控制原理可以用于交通信号灯的控制和交通流量的优化等。
可以说，控制原理已经渗透到了现代社会的方方面面，发挥着不可替代的作用。
在控制原理的研究和应用中，还存在着一些热点和难点问题，比如多变量系统
的控制、非线性系统的控制、鲁棒控制、自适应控制等。
这些问题都需要我们不断深入研究和探索，以期找到更加有效和可靠的解决方案。
总之，自动控制原理是一个广阔而又富有挑战性的领域，它对于推动科技进步
和社会发展都具有重要意义。
希望通过本文的介绍，能够引起更多人对控制原理的关注和重视，共同推动这一领域的发展和进步。
自动控制原理及其应用
自动控制原理及其应用自动控制原理是指一系列对动态系统进行连续监测、测算、比较、判断和调整，以实现系统启动、动态响应、稳定和优化的控制理论或技术。
它涉及到多个学科领域，包括电子、机械、控制论等，应用非常广泛，包括工业自动化、能源、交通、航空航天等领域。
一、自动控制原理的基本要素自动控制系统的基本要素为控制对象、控制器、执行器、传感器和控制算法。
其中，控制对象是指被控制的物理系统；控制器是用来产生控制信号的设备；执行器是用来执行控制信号的设备；传感器是用来检测物理系统状态的设备；控制算法则是用来实现控制器的逻辑函数。
二、自动控制应用技术1、PID控制技术PID控制技术是自动控制技术中最常用的一种技术，也是最基本的控制原理之一。
具体来说，在PID控制器中，P是指比例项，D是指微分项，I是指积分项，三者组合起来使得控制器产生一个稳定的输出。
2、模糊控制技术模糊控制技术是一种基于模糊逻辑原理的控制技术，它可用于一些不能精确描述的系统中。
具体来说，它对于一些复杂、非线性的控制系统具有很强的适应性。
3、神经网络控制技术神经网络控制技术是一种新兴的控制技术，它利用神经网络作为控制器，通过优化网络参数和结构实现对被控物理系统的控制。
4、遗传算法控制技术遗传算法控制技术是一种基于生物进化学原理的控制技术。
它利用自然选择和群体遗传机制来求解优化问题，能够快速收敛到最优解。
三、自动控制应用场景分析1、工业自动化工业自动化是自动控制技术应用最广泛的领域之一，它可用于机器人、生产线、汽车制造等方面。
2、能源在能源领域中，自动控制技术主要应用于电力、核能等领域。
例如，在发电机组的控制中，控制技术可用于控制电力的输出和输出电压。
3、交通交通领域中，自动控制技术主要应用于交通信号灯和智能交通管理系统中。
例如，智能交通系统中可以利用自动控制通过提前预测车流量，调整信号周期，实现更加高效的交通管理。
4、航空航天在航空航天领域中，自动控制技术可用于自动驾驶、飞行控制、导航等方面。
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控制理论的发展
负载 早期思想—(瓦特的离心调节器) 早期思想 (瓦特的离心调节器)
速度变大
退 出 演 示
进蒸汽
控制理论的发展
负载 早期思想—(瓦特的离心调节器) 早期思想 (瓦特的离心调节器)
速度变小
退 出 演 示
进蒸汽
自动控制简介
1 基础概念简介 2 串级控制 3 分程控制
1.1 开环控制与闭环控制
反馈： 反馈： 把输出量送回到系统的输入端并与输 入信号比较的过程。 入信号比较的过程。 负反馈： 负反馈 ： 引回到输入端的信号是减弱输入 端作用的称为负反馈）用“－” 号表示 端作用的称为负反馈） 正反馈： 正反馈 ： 引回到输入端的信号是增强输入 端作用的称为正反馈） 端作用的称为正反馈）用“＋”号表示 负反馈控制: 负反馈控制 检测偏差、消除偏差的过程。 检测偏差、消除偏差的过程。
假定在某一时刻，燃料油的压力或 热值等发生变化，这个干扰首先使 炉膛温度发生变化，它的变化促使 控制器T2C进行工作，改变燃料的 加入量，从而使炉膛温度的偏差随 之减少。与此同时，由于炉膛温度 的变化，或由于原料油本身的进口 流量或温度发生变化，会使原料油 出口温度发生变化。T1的变化通过 控制器T1C不断地去改变控制器T2C 的给定值。这样，两个控制器协同 工作，直到原料油出口温度重新稳 定在给定值时，控制过程结束。
1.3 简单控制与复杂控制
简单控制系统，通常是指由一个测量元件、 简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变 送器、一个控制器、 送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所 构成的单闭环控制系统， 构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控 制系统。 制系统。 简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、 简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、 最基本、应用最广的一种形式， 最基本、应用最广的一种形式，在工厂中约占 全部自动控制系统的80 左右。 80％ 全部自动控制系统的80％左右。 复杂控制系统种类繁多， 复杂控制系统种类繁多，根据系统的结构和所 担负的任务来说，常见的复杂控制系统有： 担负的任务来说，常见的复杂控制系统有：串 级、均匀、比值、分程、前馈、取代、三冲量 均匀、比值、分程、前馈、取代、 等控制系统。 等控制系统。
1.2 正、反作用方向
在控制系统中，不仅是控制器，而且被控对象、 在控制系统中 ， 不仅是控制器 ， 而且被控对象、 测量元件 及变送器和执行器都有各自的作用方向。 及变送器和执行器都有各自的作用方向。 所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。 所谓作用方向 ， 就是指输入变化后 ， 输出的变化方向 。 当 某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节为“ 某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节为“正 作用” 方向； 反之， 当环节的输入增加时、 作用 ” 方向 ； 反之 ， 当环节的输入增加时 、 输出减少的称 反作用”方向。 “反作用”方向。 当控制器输出信号(即执行器的输入信号)增加时， 当控制器输出信号(即执行器的输入信号)增加时，气开阀 的开度增加，流过阀的流体流量也增加，故气开阀是“ 的开度增加，流过阀的流体流量也增加，故气开阀是“正” 方向。而气关阀接收的信号增加时， 方向。而气关阀接收的信号增加时，流过阀的流体流量反而 减少，所以是“ 方向。 减少，所以是“反”方向。 执行器的气开或气关型式主要应从工艺安全角度来确定。 执行器的气开或气关型式主要应从工艺安全角度来确定。
所以两个阀组合在一起的可调范围扩大到：
R=
104 = 780 0.134
以吸收塔液位控制器LIC- 为例： 以吸收塔液位控制器LIC-4为例： LIC LIC- 的输出MV 50%时 （1）当LIC-4的输出MVLIC4﹤50%时 LV4A开度为0 LV4B开度为2 LV4A开度为0，LV4B开度为2× MVLIC4 开度为 开度为 （2）当LIC-4的输出MVLIC4﹦50%时 LIC- 的输出MV 50%时 LV4A开度为0 LV4B开度为100％ LV4A开度为0，LV4B开度为100％ 开度为 开度为100 LIC- 的输出MV 50%时 （3）当LIC-4的输出MVLIC4﹥50%时 LV4A开度为2 LV4A开度为2×（MVLIC4－50％），LV4B开度为100％ 开度为 50％），LV4B开度为100％ ％），LV4B开度为100
乍看起来，上述控制方案是可行的、合理的。 乍看起来，上述控制方案是可行的、合理的。但是在实 际生产中，原料油的出口温度往往波动较大。 际生产中，原料油的出口温度往往波动较大。 为什么会产生上述情况呢? 为什么会产生上述情况呢?因为当燃料压力或燃料本身的 热值变化后，先影响炉膛的温度， 热值变化后，先影响炉膛的温度，然后通过传热过程才 能逐渐影响原料油的出口温度，这个通道容量滞后很大， 能逐渐影响原料油的出口温度，这个通道容量滞后很大， 时间常数约15min左右，反应缓慢，而温度控制器TC 15min左右 TC是根 时间常数约15min左右，反应缓慢，而温度控制器TC是根 报原料油的出口温度与给定值的偏差工作的。 报原料油的出口温度与给定值的偏差工作的。所以当干 扰作用在对象上后， 扰作用在对象上后，并不能较快地产生控制作用以克服 干扰被控变量的影响。 干扰被控变量的影响。 为了解决管式加热炉的原料油出口温度的控制问题， 为了解决管式加热炉的原料油出口温度的控制问题，根 据炉膛温度的变化，先改变燃料量， 据炉膛温度的变化，先改变燃料量，然后再根据原料油 出口温度与其给定值之差，进一步改变燃料量， 出口温度与其给定值之差，进一步改变燃料量，以保持 原料油出口温度的恒定。 原料油出口温度的恒定。模仿这样的人工操作程序就构 成了以原料油出口温度为主要被控变量的炉出口温度与 炉膛温度的串级控制系统。 炉膛温度的串级控制系统。
多回路控制系统中，有两个被控过程、两套测量变送装置、 多回路控制系统中，有两个被控过程、两套测量变送装置、两台控 制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统。 制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统。
f2 主控制器
r1
−
主回路
f1 c2 c1
副控制器
控制阀 Q
Gc1
u1
−
Gc 2
副回路
u2
Gv
2 串级控制
对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时， 对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，简单控制系 统往往满足不了工艺上的要求，这时， 统往往满足不了工艺上的要求，这时，可考虑采用串级 控制系统。 控制系统。 例：为了控制管式加热炉原油出 口温度， 口温度，可以设置下图所示的温 度控制系统， 度控制系统，根据原油出口温度 的变化来控制燃料阀门的开度， 的变化来控制燃料阀门的开度， 即改变燃料量来维持原油出口温 度保持在工艺所规定的数值上， 度保持在工艺所规定的数值上， 这是一个简单控制系统。 这是一个简单控制系统。
串级控制系统的思想： 串级控制系统的思想： 把时间常数较大的被控对象分解为两个时 间常数较小的被控对象。 间常数较小的被控对象。
燃料 加热炉的 温度控制 出口温度T
燃料
从燃料量到炉膛 温度Ts 的设备
炉膛温度到被控 变量TM 的设备
出口温度T
被控对象1
炉膛温度TS
被控对象2
(1)组成原理 组成原理 将原被控对象分解为两个串联的被控对象。 ①将原被控对象分解为两个串联的被控对象。 ②以分解后的两个被控对象的中间变量作为 副被控变量，构成一个副回路（ 副被控变量，构成一个副回路（简单控制 系统）。 系统）。 将原被控变量作为主被控变量构成主回路。 ③将原被控变量作为主被控变量构成主回路。 ④主控制系统控制器的输出信号作为副控制 系统控制器的设定值， 系统控制器的设定值，副控制系统的输出 信号作为主被控对象的输入信号。 信号作为主被控对象的输入信号。
0 20 60 阀压/kPa 阀压 100
分程控制方案中，阀的开闭形式，可分同向和异向两种
分程控制系统的应用
用于扩大控制阀的可调范围
可调比：阀所能控制的最大流量与最小流量之比， 可调比：阀所能控制的最大流量与最小流量之比，国产 设计柱塞控制阀可调范围R 统—设计柱塞控制阀可调范围R＝30
Qmax R= Qmin
Gp2
G p1
副变送器
副对象
主对象
y2
H
m2
主变送器
y1
H
m1
串级控制系统方块图
3 分程控制系统
60～100 KPa ～ 变送器 控制器 电⁄气 气
20～60 KPa ～
20～100 ～ KPa
20～100 ～ KPa
A
B
由一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个 以上控制阀动作的系统称为分程控制系统
(2)串级控制系统术语 串级控制系统术语 ①主被控变量 生产过程中工艺要求控制的 主要被控变量。如上例中的炉出口温度。 主要被控变量。如上例中的炉出口温度。 ②副被控变量 串级控制系统中为了稳定主 被控变量而引入的中间辅助变量。 被控变量而引入的中间辅助变量。如上例 中的炉膛温度。 中的炉膛温度。 生产过程中所要控制的， ③主对象 生产过程中所要控制的，由主被 控变量表征其主要特征的生产过程（生产 控变量表征其主要特征的生产过程（ 设备），其输入量为副被控变量， ），其输入量为副被控变量 设备），其输入量为副被控变量，输出量 为主被控变量。 为主被控变量。
100 (%) 阀 开 度 A阀 阀 B阀 阀
100 (%) 阀 开 度 A阀 阀 B阀 阀
气开
0 20 60 阀压/kPa 阀压 100 (%) 阀 开 度 A 阀 B 阀 100
0 20 60 阀压/kPa 阀压 100 (%) 阀 开 度 A阀 阀 B阀 阀 100
气闭
0 20 60 阀压/kPa 阀压 100
闭环系统的方框图
手是被控对象，手的位置为被控量。
闭环控制系统典型方框图Leabharlann 锅炉汽包水位控制系统方框图