反馈控制系统
反馈控制系统的基本概念
控制器
控制器
被控过程
控制器
被控过程
控制器
被控过程
反馈控制系统：
前馈控制系统：
前馈---反馈 控制系统
三. 按给定值变化规律分类
t
t
t
r
r
r
恒值控制系统： 给定值不随时间变化 例 恒温，恒压系统
随动控制系统： 给定值按需求随机变化 例 雷达跟踪， 靠模加工系统
03
扰动
04
被控量
05
设定器
06
被控过程
07
传感器
08
控制器
09
按系统环节连接形式分类
10
闭环控制系统 :
11
开环控制系统：
12
第四节 自动控制系统的分类
开环控制系统举例
电 热 丝
加 热 炉
220v~
调压器
功率放大器
负载
电 位 器
M
例1.4.1 开环温度控制系统
开环控制系统特点： 1. 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2. 结构简单. 3. 控制精度不高,无法抑制扰动.
性能要求 (性能指标,约束条件)
控制器的结构和参数设计和整定
性能校核 (计算,仿真,实验)
第二节 反馈控制系统的基本概念
信息反馈-------最基本的自动控制原理 反馈控制系统的中的常用术语： 给定值（参考输入值） 偏差值 控制量 被控量 扰动量(内扰,外扰) 自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器 受控过程（受控对象） 控制系统 = 受控过程＋控制装置
----单位阶跃函数
抛物线信号（Parabolic Function）
反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是一种常见的控制系统，由多个组成部分构成。
这些组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈环路。
传感器是反馈控制系统的重要组成部分，它们用于测量系统的输出或状态，并将这些信息传递给控制器。
传感器可以测量各种物理量，如温度、压力、速度、位置等。
执行器是另一个重要的组成部分，它们用于控制系统的输入或状态。
执行器可以是电动机、阀门、泵等，它们通过控制器接收指令并执行相应的操作。
控制器是反馈控制系统的核心部分，它们接收传感器测量的信息，并根据预设的控制算法计算出控制信号，将其发送给执行器。
控制器可以是模拟电路、数字电路或计算机程序。
反馈环路是反馈控制系统的另一个重要组成部分，它们用于将系统的输出与期望值进行比较，并将误差信号反馈给控制器。
反馈环路可以是开环或闭环，闭环反馈控制系统具有更好的稳定性和精度。
除了以上组成部分，反馈控制系统还包括信号调理电路、功率放大器、滤波器等辅助部件，它们用于提高系统的性能和稳定性。
反馈控制系统的基本组成部分包括传感器、执行器、控制器和反馈环路，这些部分共同协作，实现对系统的控制和调节。
反馈控制系统课程设计
反馈控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解反馈控制系统的基本概念，掌握其工作原理和数学模型；2. 使学生掌握反馈控制系统稳定性、准确性和鲁棒性的分析方法；3. 帮助学生了解反馈控制系统在实际工程中的应用。
技能目标：1. 培养学生运用数学工具分析和解决反馈控制系统中问题的能力；2. 培养学生设计简单反馈控制系统的能力，提高其动手实践能力；3. 提高学生利用现代信息技术查找资料、自主学习的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对待科学技术的正确态度，提高其创新意识和团队合作精神；2. 激发学生对自动化领域的兴趣，引导其关注我国自动化技术的发展；3. 培养学生具备良好的工程伦理素养，使其在未来的工作中能够遵循职业道德，为社会做出贡献。
课程性质分析：本课程为自动化专业核心课程，旨在帮助学生建立反馈控制系统的基本理论体系，为后续专业课程打下坚实基础。
学生特点分析：学生具备一定的数学基础和电路基础知识，对自动化领域有一定的了解，但缺乏实际工程经验。
教学要求：1. 注重理论联系实际，提高学生的实际应用能力；2. 鼓励学生积极参与课堂讨论，培养其独立思考能力；3. 结合现代教育技术，提高课堂教学效果。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 反馈控制系统基本概念：介绍反馈控制系统的定义、分类及基本组成部分，分析开环控制系统与闭环控制系统的区别与联系。
2. 反馈控制系统的数学模型：讲解线性系统、非线性系统及离散时间系统的数学模型，分析不同模型的适用场合。
3. 反馈控制系统的性能分析：探讨稳定性、准确性和鲁棒性等性能指标，介绍相应的分析方法。
4. 反馈控制器设计：介绍PID控制器、状态反馈控制器、观测器设计等常见控制器的设计方法，分析各自优缺点。
5. 反馈控制系统的应用：结合实际案例，讲解反馈控制系统在工业、交通、生物医学等领域的应用。
6. 反馈控制系统仿真与实验：介绍MATLAB/Simulink等仿真软件在反馈控制系统中的应用，组织学生进行相关实验，提高实际操作能力。
人体的反馈控制系统
人体的反馈控制系统人体的反馈控制系统反馈控制系统（feedback control system）是一种“闭环”系统，即控制部分发出信号，指示受控部分活动，而受控部分的活动可被一定的感受装置感受，感受装置再将受控部分的活动情况作为反馈信号送回到控制部分，控制部分可以根据反馈信号来改变自己的活动，调整对受控部分的指令，因而能对受控部分的活动进行调节。
如果经过反馈调节，受控部分的活动向和它原先活动相反的方向发生改变，这种方式的调节称为负反馈（negative feedback)调节；相反，如果反馈调节使受控部分继续加强向原来方向的活动，则称为正反馈（positive feedback)调节。
在正常人体内，绝大多数控制系统都是负反馈方式的调节，只有少数是正反馈调节。
（一）负反馈控制系统当一个系统的活动处于某种平衡或稳定状态时，如果因某种外界因素使该系统的受控部分活动增强，则该系统原先的平衡或稳定状态遭受破坏。
在存在负反馈控制机制的情况下，如果受控部分的活动增强，可通过相应的感受装置将这个信息反馈给控制部分；控制部分经分析后，发出指令使受控部分的活动减弱，向原先的平衡状态的方向转变，甚至完全恢复到原先的平衡状态。
反之，如果受控部分的活动过低，则可以通过负反馈机制使其活动增强，结果也是向原先平衡状态的方向恢复。
所以，负反馈控制系统的作用是使系统的活动保持稳定。
机体的内环境和各种生理活动之所以能够维持稳态，就是因为体内许多负反馈控制系统的存在和发挥作用。
举例来说，脑内的心血管活动中枢通过交感神经和迷走神经控制心脏和血管的活动，使动脉血压维持在一定的水平。
当由于某种原因使心脏活动增强、血管收缩而导致动脉血压高于正常时，动脉压力感受器就立即将这一信息通过传人神经反馈到心血管中枢，心血管中枢的活动就会发生相应的改变，使心脏活动减弱，血管舒张，于是动脉血压向正常水平恢复。
在另一些情况下，例如当人体由卧位转变为立位时，体内有一部分血液滞留在下肢静脉内，使单位时间内流回心脏的血量减少，动脉血压降低；此时动脉压力感受器传人中枢的神经冲动立即减少，使心血管中枢活动发生改变，其结果是心脏活动加强，血管收缩，动脉血压回升至原先的水平。
反馈控制系统
一、模拟锁相环路的构成
（一）APLL的构成（如图）：
目标信号
ud(t) 鉴相器 环路滤波器
uc(t)
压控振荡器
u(t) PD
LF
VCO
输出
u0(t)
各部分的功能：
• PD：检测捕者与被捕者之间的相位差，以控制电压的形式去
调节VCO实现频率同步和相位锁定。
• LF：传递相位误差信息，滤除PD输出的高次谐波分量和噪声， 输出控制电压。
Sin
e
(t)
F
(
p)
Ko P
•则环路输入相位和输出相位之间都存在着动态平衡关系。
即：
e
(t
)
2
(t
)
e
(t
)
U
d
Sin
e
(t
)
F
(
p)
Ko P
1(t)
•此式是APLL的动态相位平衡方程。
（三）模拟锁相环路的锁定特征
1(t)
e(t) U d sine (t) ud(t) F(P) uC(t)
Ko/P
自动相位控制（APC）— 用于实现振荡信号与目标信号的频率 和相位的跟踪。亦称锁相环路(PLL)。
•据环路内部是模拟电路还是数字电路可细分为： 模锁相环（APLL） 数字锁相环（DPLL）。
第二节 自动增益控制电路
一、AGC电路的组成框图：
比较参量
为电压
ui
UR
电压 ud 控制信号 uc 可控增益
2(t)
2(t)
（ 1 ）锁定后：由于瞬时频率误差为0；
则V=S，即VCO信号与目标信号频率同步(输入与输出同步)。
（ 2 ）锁定后： pe (t) 0
反馈控制系统
0 * * * * 0 a0
Hurwitz稳定判据：全部特征根都位于 左半平面的充分必要条件是Hurwitz行 列式的各阶主子式均大于0。
3 2 a s a s a1s a0 0 以三阶系统为例，特征方程为 3 2
其Hurwitz行列式为：
a 2 a0 0 D a3 a1 0 0 a 2 a0 3 2 在上例中 s 2s s 1 0 ，其Hurwitz行列式的各
反馈控制系统的构成
反馈控制系统＝被控对象＋控制器
包括以下基本部件：
量测元件 整定元件，电源U0。 比较元件 放大元件，放大器8。
执行元件，执行电动机5。
校正元件 能源元件，放大器所用电源。
期望电压 执行机构 控制对象
实际电压
馈
2 V ( x) 2 x12 x2 0
(1)试选正定的Lyapunov函数
( x) 2x x 2x 2是不定的，不能提供稳定性的信息。 则V 1 2 2 (2)另选正定的Lyapunov函数 2 V ( x) x12 x2 0 ( x) 2 x 2 0 ，可知系统至少是稳定的。 则 V 2
稳定性科学概念的发展
A.L. Cauchy 在19世纪给出了关于极限描述的－， －N语言； H. Poincare在微分方程定义的积分曲线和天体力 学方面作出了贡献； G. Peano，I. Bendixson和G. Darboux微分方程解 对初值及参数连续依赖性的研究。
上述这些重要事件及相关科学的进展促成了19世 纪末稳定性理论的两个主要学派的形成。
dx1 x1 x2 u1 (t ) dt dx2 x1 x2 u2 (t ) dt dx3 x1 x2 dt
什么是反馈控制系统？
什么是反馈控制系统？一、定义和原理反馈控制系统是一种基于反馈机制的自动控制系统，它通过测量系统输出并与期望输出进行对比，以调节系统的输入，使得系统输出逐渐趋近于期望输出。
这种反馈机制可以使系统具有自我调节的能力，是现代控制理论和工程实践中非常重要的一部分。
反馈控制系统的基本原理是通过测量系统输出得到反馈信号，然后将该信号与期望输出信号进行比较，计算出误差信号。
根据误差信号的大小和方向，系统会产生相应的控制信号，来调节系统的输入。
这个过程会不断进行，直到系统输出逐渐趋近于期望输出为止。
二、应用领域反馈控制系统的应用非常广泛，几乎涉及到各个领域。
以下是一些常见的应用领域：1. 工业自动化控制：在工业生产过程中，往往需要对各种物理量进行自动控制，如温度、压力、流量等。
反馈控制系统可以对这些物理量进行监测和调节，提高生产效率和质量。
2. 交通系统控制：在交通系统中，反馈控制系统可以用于信号灯控制、交通流量调节等方面，以优化交通流畅度、减少拥堵和事故。
3. 电力系统控制：反馈控制系统可以用于电力系统的频率和电压稳定控制、发电机控制等方面，以确保电力系统的安全稳定运行。
4. 航空航天系统控制：在飞行器控制系统中，反馈控制系统可以用于自动驾驶、姿态控制等方面，以保证飞行器的稳定性和安全性。
5. 生物医学工程：在医疗设备和生物实验中，反馈控制系统可以用于控制和调节各种生物参数，如心率、血压、药物浓度等。
三、优点和挑战反馈控制系统具有以下优点：1. 自适应性：反馈机制可以根据系统的实际情况进行调节，从而适应不同的工作环境和要求。
2. 鲁棒性：反馈控制系统可以通过不断调节来抵消外部扰动和参数变化对系统性能的影响，从而保持系统的稳定性和性能。
3. 稳定性：反馈控制系统可以通过合适的控制策略来保持系统输出的稳定性，避免不稳定和震荡现象的发生。
然而，反馈控制系统也面临一些挑战：1. 模型不确定性：系统的动态模型往往是不完全和不准确的，这会给系统的设计和调节带来一定的困难。
第一章 反馈控制系统的概念(本)
5 在反馈控制系统中，调节单元根据________的大小和方向，输出一个控制信号。 A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量
6 在反馈控制系统中，设定值如果按照某一函数规律变化，则称为________。 A. 定值控制 B. 程序控制 C．随动控制 D．函数控制
7 在反馈控制系统中，执行机构的输入是________。 A．被控参数的实际信号 C．被控参数的偏差信号 B. 调节器的输出信号 D．被控参数的给定信号
过渡过程 : transient：指自动控制系统在动态中被控量随时间的变化过程。 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。 y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
自动控制系统过渡过程曲线
二．控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（ 1）阶跃输入： （ 2）速度输入 ：
（ 3）加速度输入：
（ 4）脉冲输入：
（ 5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
r(t) R 0 r(t)
r(t)
Rt
t
0 r(t)
t
½ Rt2
0
0
t
t
r(t) 1/h 0 h t 单位脉冲函数
h→0
r(t)
r(t)→∞
0
t
h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
三. 评定控制系统动态过程品质的指标
四. 反馈控制系统的分类
1.按所用能源分类：气动控制系统和电动控制系统 2.按仪表的结构形式分类：单元组合仪表和基地式仪表 单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表 基地式仪表 ： 各单元组装成一台仪表 3. 按给定值的变化规律分类：
（ a）定值控制；（b）程序控制；（c）随动控制。
《反馈控制系统设计》课件
机器人控制系统
总结词
机器人控制系统是实现机器人自主运动和精 确操作的关键技术，通过反馈控制原理实现 对机器人各关节运动的精确控制。
详细描述
机器人控制系统通过传感器检测机器人各关 节的位置、速度等参数，控制器根据机器人 运动学和动力学模型与实际状态的偏差进行 计算，输出控制指令驱动机器人各关节的电 机进行调节，以实现机器人的精确轨迹跟踪 和操作。
01
云计算为反馈控制系统提供了强大的计算和存储能力，可以处 理大规模数据和复杂算法。
02
通过云计算，可以实现多地协同工作，方便远程协作和数据共
享。
云计算还可以降低反馈控制系统的硬件成本和维护成本，提高
03
系统的可扩展性和灵活性。
05
结论与展望
反馈控制系统的重要性和优势
稳定性
反馈控制系统能够自动调 节系统输出，使其保持稳 定，减少外部干扰的影响 。
可视化发展
随着可视化技术的不断发展，反 馈控制系统的可视化程度将得到 提高，方便用户更好地理解和监 控系统运行状态。
THANKS
智能家居控制系统
总结词
智能家居控制系统利用反馈控制原理， 实现对家庭设备的自动化控制和智能化 管理，提高居住的舒适性和便捷性。
VS
详细描述
智能家居控制系统通过传感器检测家庭环 境参数，如温度、湿度、光照等，控制器 根据用户设定的舒适条件与实际条件的偏 差进行计算，输出控制指令驱动执行机构 进行调节，如调节空调温度、窗帘开关等 。
控制系统优化
根据仿真结果，对控制系统进行优化，提高 系统性能和稳定性。
控制系统仿真与优化的工具
MATLAB/Simulink、Systems Workbench 等。
反馈控制系统的分类
反馈控制系统的分类反馈控制系统按其用途、形式和特点有多种分类方法，通常有以下几种分类:1.按所用能源分类反馈控制系统分为气动控制系统和电动控制系统。
在气动控制系统中，用压缩空气作为能源,气源压力是014MPa，各种气动仪表输人和输出信号为标准的气压信号，即0.02~0.1MPa。
在电动控制系统中,用电能作为能源，各种电动仪表的输入和输出信号是标准的电流信号0~10mA或4~20mA。
2.按设定值的变化规律分类按设定值变化规律控制系统可分为定值控制系统、程序控制系统和随动控制系统。
在定值控制系统中,设定值是不变的。
当系统受到扰动后，被控量的测量值会离开设定值出现偏差,控制系统的作用是逐渐消除偏差,使被控量最终回到原来的设定值上或设定值附近。
机舱中大多数运行参数的自动控制系统均属于定值控制系统。
一般在调节器上都有一个设定值谐整旋钮,可以对设定值进行人工整定。
当旋钮的位置固定以后，控制系统的设定值就不再改变。
例如，在燃油黏度控制系统中，若把设定值设定在某个希望黏度值上，控制系统的任务就是在系统受到扰动后，最终要把燃油黏度控制在这个值上。
在程序控制和随动控制系统中,设定值是变化的。
控制系统的作用，是使被控量始终跟踪设定值，随设定值而变化。
两者的区别在于，程序控制系统设定值的变化是按人们事先安排好的规律进行变化,一般设定值是一个时间的函数，如柴油机在高负荷区加速的转速控制。
随动控制系统设定值是某个参数的函数，这个参数的变化是任意的，不可能按事先安排好的规律来描述。
例如,在船舶舵机的随动控制系统中，舵角的设定值往往是随机的。
3.按信号特征进行分类按照系统中信号的变化是连续变化还是断续变化可以分为连续系统和离散系统。
所谓连续系统指的是系统各部分信号都是模拟的连续函数。
目前工业中普遍采用的常规仪表PID诟节器控制的系统均属于连续型系统。
所谓离散型指的是系统的某一处或几处信号以脉冲序列或数码的形式传递，系统中用脉冲开关或采样开关，将连续信号转变为离散信号。
反馈控制系统
反馈控制系统:同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
反馈控制系统（即闭环控制系统）是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
反馈控制是自动控制的主要形式。
在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。
反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。
图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。
这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。
以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。
炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。
反馈控制系统包括：（一）负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越小。
1. 意义：维持稳态2. 缺点：滞后、波动（二）正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程，使机体活动发挥最大效应。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越大，正反馈并不是都是好的，有的时候系统需要正反馈的作用。
反馈控制系统原理
反馈控制系统原理反馈控制系统是现代工业控制系统的基础，它的原理可以应用于各种领域，包括机械、电子、化工、航空、航天等。
本文将介绍反馈控制系统的原理，包括反馈控制系统的概念、组成和分类、反馈控制系统的基本原理、反馈控制系统的稳定性和性能分析、反馈控制器的设计方法等。
一、反馈控制系统的概念、组成和分类反馈控制系统是一种通过测量输出信号并将其与所需信号进行比较，从而调节系统输入信号的控制系统。
反馈控制系统由四个基本部分组成：传感器、误差放大器、执行器和反馈控制器。
其中，传感器用于将系统的输出信号转换为电信号，误差放大器用于比较输出信号和所需信号之间的误差，执行器将误差信号转换为系统的输入信号，反馈控制器则用于调节误差信号。
根据系统的反馈路径，反馈控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指输入信号不受输出信号的影响，输出信号也不会对输入信号产生影响的控制系统。
闭环控制系统是指系统的输出信号会对输入信号进行反馈调节的控制系统。
闭环控制系统的反馈路径可以分为负反馈和正反馈两种情况。
负反馈是指输出信号与所需信号之间的误差信号通过反馈路径返回到误差放大器进行比较调节，从而减小误差。
正反馈则是指误差信号通过反馈路径返回到系统的输入端口，增加误差，使得系统失去控制。
二、反馈控制系统的基本原理反馈控制系统的基本原理是通过误差信号来调节系统的输入信号，使得系统的输出信号与所需信号尽可能接近。
反馈控制系统的调节过程可以分为三个阶段：传递函数的建立、稳态误差的计算和控制器的设计。
传递函数是反馈控制系统的重要参数，它描述了系统输入信号与输出信号之间的关系。
传递函数可以通过系统的数学模型进行推导，通常采用拉普拉斯变换的方法进行求解。
传递函数的形式为：G(s) = Y(s) / X(s)其中，G(s)表示系统的传递函数，s为复频域变量，Y(s)和X(s)分别表示系统的输出信号和输入信号。
稳态误差是指系统在稳定状态下输出信号与所需信号之间的误差。
反馈控制系统
反馈控制系统:同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
反馈控制系统（即闭环控制系统）是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
反馈控制是自动控制的主要形式。
在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。
反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。
图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。
这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。
以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。
炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。
反馈控制系统包括：（一）负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越小。
1. 意义：维持稳态2. 缺点：滞后、波动（二）正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程，使机体活动发挥最大效应。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越大，正反馈并不是都是好的，有的时候系统需要正反馈的作用。
医学基础知识_反馈控制系统
反馈控制系统是一个闭环系统，其控制部分不断接受受控部分的影响，即受控部分不断有反馈信息返回输给控制部分，改变着它的活动。
这种控制系统具有自动控制的能力。
图1-1是反馈控制系统的模式图。
图中把该系统分成比较器、控制系统、受控系统三个环节;输出变量的部分信息经监测装置检测后转变为反馈信息，回输到比较器，由此构成闭合回路。
在不同的反馈控制系统中，传递信息的方式是多种多样的，可以是电信号(神经冲动)、化学信号或机械信号，但最重要的是这些信号的数量和强度的变化中所包含的准确的和足够的信息。
参考信息即输入信息(Si)，它和反馈信息(Sf)比较后，即得出偏差信息(Se)。
三者的关系为：Se=Si+Sf如果是负反馈,则Sf为负值;如果是正反馈，则Sf为正值。
图1-1反馈控制系统模式图在负反馈情况时，反馈控制系统平时处于稳定状态。
如出现一个干扰信息(Sd)作用于受控系统，则输出变量发生改变，导致该反馈控制系统发生扰乱;这时反馈信息与参考信息发生偏差，偏差信息作用于控制系统使控制信息(Sc)发生改变，以对抗干扰信息的干扰作用，使输出变量尽可能恢复到扰乱前的水平。
例如，人体的体温经常可稳定在37°C左右，就是负反馈调控作用的结果。
现在认为下丘脑内有决定体温水平的调定点的神经元，这些神经元发出参考信息使体温调节中枢发出控制信息来调节产热和散热过程，保持体温维持在37°C左右。
如果人体进行剧烈运动，产热突然增加(即发生干扰信息，使输出变量增加)体温随着升高，则下丘脑内的温度敏感(监测装置)就发生反馈信息与参考信息进行比较，由此产生偏差信息作用于体温调节中枢，从而改变控制信息来调整产热和散热过程，使升高的体温回降，恢复到场37°C左右。
例题：下列生理过程中，属于负反馈调节的是A.血液凝固B.压力感受性反射C.分娩D.排尿反射E.排便反射正确答案：B在正反馈情况时，反馈控制系统则处于再生状态。
正反馈控制系统一般不需要干扰信息就可进入再生状态，但有时也可因出现干扰信息而触发再生。
反馈控制系统名词解释
反馈控制系统名词解释
嘿，咱今儿个就来说说反馈控制系统！你知道啥是反馈控制系统不？就好像你走路，眼睛看到前面有个坑，赶紧调整脚步绕过去，这眼睛
看到坑反馈给大脑，大脑指挥脚做出调整，这就是一种简单的反馈控
制系统呀！
反馈控制系统，它就像是一个超级聪明的指挥家！比如说家里的空调，它能根据室内温度的变化来调整制冷或制热，让房间一直保持舒
适的温度。
这不就是温度这个信息反馈给空调系统，然后它来做出相
应动作嘛！再比如，你开车的时候，速度快了，你会不自觉地松油门
或者踩刹车，车的速度反馈给你，你再做出操作，让车保持在你想要
的速度上，这也是一种反馈控制系统啊！
咱再想想，反馈控制系统在生活中那可真是无处不在！像电饭煲煮饭，它会根据温度和时间来控制加热，煮出香喷喷的米饭。
还有工厂
里的那些自动化生产线，也是靠反馈控制系统来精确地运行，生产出
各种产品呢！
哎呀呀，反馈控制系统不就是为了让一切变得更有序、更高效嘛！
它就像一个默默守护的小精灵，在我们身边发挥着巨大的作用。
你说，要是没有它，我们的生活得乱成啥样呀？咱可得好好珍惜它，让它更
好地为我们服务呀！我的观点就是，反馈控制系统真的超级重要，给
我们的生活带来了太多的便利和好处啦！。
反馈控制系统
2
基本原理
反馈控制系统的工作原理可以概 括为"反馈回路"
传感器负责监测系统的状态，并 将相关信息传递给控制器
然后，控制器将这个误差转化为 一个适当的控制信号，以驱动执
行器产生必要的修正
基本原理
这种回路包括三个主要部分：传 感器、控制器和执行器
控制器根据这些信息以及预设的 参考值(即期望输出)来计算误差
4
优点
优点
反馈控制系统具有以下优点 自适应：由于其闭环设计，反馈控制系统能够根据系统的当前状态和环境变化进行调 整，以适应不同的条件和要求 鲁棒性：由于其内部反馈机制，即使在外部扰动或内部故障的情况下，反馈控制系统 也能保持相对稳定的状态
优点
精确性：通过比较期望输出 和实际输出之间的差异并进 行调整，反馈控制系统可以 实现较高的精确度和性能
执行器则负责实施这些修正，以 减小实际输出与期望输出之间的 差异
3
系统组成
系统组成
反馈控制系统通常由 以下几个主要部分组
成
系统组成
传感器：负责监测系统的状态，并将相关信息传递给控制器。传感器的精度和可靠性 直接影响到整个系统的性能 控制器：根据传感器的输入以及预设的参考值(即期望输出)来计算误差。控制器可以 是硬件设备，也可以是计算机程序。其主要任务是生成一个适当的控制信号，以驱动 执行器产生必要的修正
执行器：负责实施控制器发出的修正信号。执行器可以是一个电动机、一个阀门、一 个灯泡等。其任务是根据控制信号调整系统的状态，以减小实际输出与期望输出之间 的差异
被控对象：指需要被控制的设备或过程。被控对象的特性直接影响到反馈控制系统的 设计和性能 反馈回路：这是连接传感器、控制器和执行器的闭合回路。在这个回路中，信息流动 并被处理，以实现误差的修正和系统的自我调整
自动化 反馈控制系统的基本概念
自动化反馈控制系统的基本概念自动化反馈控制系统的基本概念一、引言反馈控制系统是一种自动化系统，利用传感器实时测量被控对象的状态，并通过控制器的输出信号对被控对象进行调节，使其达到期望的状态或保持在某个稳定的状态。
本文将详细介绍反馈控制系统的基本概念和相关内容。
二、传感器⒈传感器的定义⒉传感器的分类⑴基于测量物理量的分类⑵基于传感器工作原理的分类⑶基于传感器输出信号的分类⒊传感器的特性⑴线性性⑵灵敏度⑶精度⑷响应时间三、控制器⒈控制器的定义⒉控制器的分类⑴比例控制器⑵积分控制器⑶微分控制器⑷比例积分控制器⑸比例微分控制器⑹比例积分微分控制器⒊控制器的性能指标⑴超调量⑵上升时间⑶调节时间⑷稳态误差四、被控对象⒈被控对象的定义⒉被控对象的数学模型⑴传递函数模型⑵状态空间模型⒊被控对象的稳定性⑴极点分布法⑵极点配置法五、反馈控制系统的闭环传递函数⒈闭环传递函数的定义⒉闭环传递函数的推导方法⑴开环传递函数法⑵闭环传递函数法⑶传递函数矩阵法附件：本文档附带以下附件：⒈传感器数据手册⒉控制器参数配置表⒊被控对象的数据记录法律名词及注释：⒈自动化：指人类使用机械、电气和计算机等技术手段，实现对生产、生活和社会运行各方面的自动控制的系统。
⒉反馈控制：利用传感器实时测量，将测量结果与期望值进行比较，通过调节控制器的输出信号，使被控对象达到期望状态的控制方法。
⒊传感器：将被测量的物理量转换成可供测量、记录、指示和控制等用途的电信号输出的器件。
⒋控制器：根据输入信号的变化，通过输出信号对被控对象进行调节的装置或系统。
⒌被控对象：需要控制的物理系统或过程，如机械设备、生产线等。
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G(s)
bmsm bm1sm1 ... b1s b0 ansn an1sn1 ...a1s a0
n(s) d (s)
则G(s)称为该动态系统的传递函数，一个线性动态系 统的传递函数是零初值条件下输出量的Laplace变换 与输入量的Laplace变换之比。d(s)称为特征多项式， d(s)＝0称为特征方程，其根称为特征根，即传递函数 的极点。n(s)的零点称为传递函数的零点。
初始条件确定。经充分长时间以后，系统的解 y(t)终 将进入y* (t )的无限小临域，即完全由输入量确定而与
初始条件无关。这在工程上认为系统进入了静态，对 应的特解称为静态解或稳态解，则系统是稳定的。
线性系统稳定的充分必要 条件是：其全部特征根都 位于复平面的左半平面！
以上说法与观念表现了对稳定这一概念的最初理解。
稳定性科学概念的发展
18世纪下半叶到19世纪末 ，发生了一些具有深远 影响的事件，从中人们可以看到稳定性理论产生的必 然性。 J. Watt 1765改进了T. Newcomen 发明的蒸气机 ，引 发了工业革命； J. L. Lagrange 1780年出版 《分析力学》，科学地讨 论了平衡位置的稳定性； C. Hermite 1856年建立了关于多项式对根交错的理论； J. C. Maxwell 1868年发表的“论调节器” ，讨论了蒸 气机自动调速器与时钟机构的运动稳定性；
稳定性的萌芽思想
2000年前 ，汉朝的淮南王刘安 《淮南子•说山训》 ： “下轻上重，其覆必易”；
宋朝沈括在 《梦溪笔谈》中把这种观察到的事实付诸 于应用 ，他在《忘怀录》 中指出：“安车车轮不欲高， 高则摇” ；
类似稳定，至少可以追溯1500年前到晋书上所述“行 人安稳，布帆无恙” ；
西方“stable”源出于拉丁文“stabilis” ，表示坚持、 保持的意思；
稳定性科学概念的发展
A.L. Cauchy 在19世纪给出了关于极限描述的－， －N语言；
H. Poincare在微分方程定义的积分曲线和天体力 学方面作出了贡献；
G. Peano，I. Bendixson和G. Darboux微分方程解 对初值及参数连续依赖性的研究。
上述这些重要事件及相关科学的进展促成了19世 纪末稳定性理论的两个主要学派的形成。
反馈控制系统的构成
反馈控制系统＝被控对象＋控制器 包括以下基本部件： ▪ 量测元件 ▪ 整定元件，电源U0。 ▪ 比较元件 ▪ 放大元件，放大器8。 ▪ 执行元件，执行电动机5。 ▪ 校正元件 ▪ 能源元件，放大器所用电源。
期望电压 -
执行机构
控制对象
实际电压
控制器
发电机电压闭环反馈控制系统
正反馈和负反馈
负反馈：使系统的输出值与目标值的偏差愈来愈小
正反馈：使系统的输出值与目标值的偏差愈来愈大
正反馈并不都是不好的，有的系统需要正反馈 的作用。如原子弹引爆装置中要用到的裂变链式反 应。又如在植物保护中，为了消灭有害的昆虫，大 量繁殖这种害虫的天敌。
实例分析1：军士与店主
一个军士每天早晨9点钟路过珠宝店时，都与橱 窗里的精密时钟对表。一天，这个军士走进店内，向 店主恭维那只精密时钟的准确性。
“它是不是按照阿林顿的时间信号精确对时的？” 军士问。
“不，”店主说，“我每天下午5点按照城堡的 鸣炮声来调钟。告诉我，军士，为什么你每天都要停 下来对表呢？”
军士答道：“我是城堡中的炮手！”
在这个故事中，是正反馈还是负反馈占优势？若 这个珠宝店的“精密”时钟每24小时慢2分钟，军士 的表每8小时慢3分钟的话，那么12天后，城堡中鸣炮 的时间误差是多少？
反馈控制的原理
在以上反馈装置中，发电机为被控对象，其端 电压U为被控量，实现控制的设备称为控制器，被 控对象与控制器组成的系统称为控制系统。先从被 控对象获取信息，反过来又把调节被控量的作用馈 送给被控对象，这种控制方法称为反馈控制，按被 控量偏离整定值的方向而向相反方向改变控制量的 反馈称为负反馈。其中信息的传送途径是一个自身 闭合的环，称为闭环。
的根是： s1 1.7549, s2,3 0.1226 0.7449i
则系统的解可以表示为：
y(t) Ae1.7549t Be0.1226t sin(0.7449 t ) y* (t)
y*(t) 是方程的一个特解，由输入u(t)确定。前两项
是相应的其次方程的通解，其中A,B,是待定常数，由
an
d (n) y dt n
an1
d (n1) y dt n1
＋a1
dy dt
a0 y
bm
d (m)u dt m
bm1
d ( u m1) dt m1
b1
du dt
b0u
Laplace变换
F (s) f (t)est dt 0
公式：d k f (t) sk F (s) sk1 f (0) sk2 f '(0) ... f (k1) (0) dt s d dt
系统的稳定性
稳定性的定义
稳定性可以这样定义：当一个实际的系统处于 一个平衡的状态时（就相当于小球在木块上放置的 状态一样）如果受到外来作用的影响时（相当于对 小球施加的力），系统经过一个过渡过程仍然能够 回到原来的平衡状态，我们称这个系统就是稳定的， 否则称系统不稳定。一个控制系统要想能够实现所 要求的控制功能就必须是稳定的。
两个主要学派
Routh-Hurwitz （1875，1895）通过判断系 统的特征根是否在左半平面判定系统是否稳 定；
A.M. Lyapunov 1892发表著名的博士论文 《运动稳定性一般问题》，通过考察系统能 量是否衰减来判定稳定性。
设一个单输入单输出的动态系统可用以下线性微分 方程表示：
对于用状态空间描述的系统
x Ax Bu y Cx Du
G(s) C(sI A)1 B D d(s) d统的稳定性，以 下例说明，设系统的传递函数为：
s2 2s 1 G(s) s3 2s2 s 1 它的特征方程： s3 2s2 s 1 0