1-3 自动控制系统的分类
自动控制系统的分类和品质指标
自动控制系统的分类和品质指标1.根据控制对象的性质分类：连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出都是连续的，如电机的转速控制系统；离散控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出是离散的，如数字逻辑控制系统。
2.根据控制方式分类：开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象状态的反馈影响，控制结果只依赖于被控对象的输入，如电视遥控器控制电视机的开关和音量；闭环控制系统是指控制器的输出通过传感器获得被控对象的状态反馈信息，根据反馈信息进行调整，如汽车上的自动驾驶系统。
3.根据控制器的性质分类：线性控制系统和非线性控制系统。
线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系可以用线性方程或线性差分方程描述，如传统的PID控制系统；非线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系不可用线性方程或线性差分方程描述，需要使用非线性控制算法进行设计，如模糊控制和神经网络控制。
品质指标是用来评价自动控制系统性能好坏的指标，常见的有以下几个方面：1.稳定性：指系统的输出能够在有限时间内收敛到一个稳定的状态，不会产生震荡或发散。
稳定性是评价自动控制系统最基本且最重要的性能指标。
2.快速性：指系统的输出能够在规定的时间内快速达到稳定状态。
快速性越高，系统的响应速度就越快。
3.精确性：指系统的输出与期望值之间的偏差程度。
精确性越高，系统的控制效果越好。
4.鲁棒性：指系统对于参数变化、干扰和噪声的鲁棒性能。
鲁棒性越好，系统对外界干扰的抵抗能力越强。
5.动态性：指系统响应时间的快慢和输出过程中的波动程度。
动态性越好，系统越能够适应复杂的工况需求。
6.经济性：指系统的设计成本、运行成本和维护成本。
经济性越好，系统的运营费用越低。
以上是自动控制系统的分类和品质指标的基本介绍，不同的自动控制系统根据其应用领域、控制目标和技术要求的不同，可能会使用不同的分类标准，并要求不同的品质指标。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况进行系统设计和性能评估，以确保自动控制系统的性能和品质达到预期的要求。
自动控制系统
V5、V10为稳压管 R5、C5、R23构成电压微分负反馈
晶闸管直流调速装置电路原理图
2.2uF/16V
R22
+
C8
R21 V11
C7
100uF/16V 200uF/16V
5
2.2uF/16V
GND R17
R14
1K
500
R18
RP3
V19
2M
2
V10 3
20K R23
7
4
10K
V38
RP4
3DG4E
∞ ∞
4 7μ 0 .1μ +
∞
U01
0V
U02
U/f比例控制方式
+VCC
GI
GAR
给定积分器 绝对值变换器
RP1
Ug 1
u
Ug
t
u
U abs
t
-VC C
- U fi
电压控制 环节
- U fv
~50HZ TA
UR
Ld
Cd
VSI 正、反向
频率控制 环节
转速开环的U/f比例控制异步电动机调速系统
M 3~
+15V 16
0.3V m
UT
R4
8 P8
n V1
5K1
7
GND
V2 V3
C03.01uF
R8 30K
C2 0.47uF
11
12
R10 0.4~1V
约1.7V
V5 V4
V6
0.3V
V7
0.7V
V10
V9 V8
GND V14
V11
1
V15
简述自动控制系统的基本分类
简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。
自动控制系统的基本分类主要有以下几种。
一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。
2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。
3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。
2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。
3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。
三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。
2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。
3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。
4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。
四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。
2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。
3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。
四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。
2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。
3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。
以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。
自动控制系统的分类
掌握上述基本分析方法后，将迚行系统校正与 综合的讨论，这是比系统分析更深层次的内容，主要 介绍根轨迹法和频率特性法校正与系统综合的原理与 思路。
此外，还要介绍针对非线性系统的描述函数法 和相平面分析法。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统 信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统
若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分
（1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系
是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统 只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输 出响应形式是相同的。
(2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一
项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。
5.连续系统和离散系统
(1)连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化
的,信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连 续系统。 (2)离散系统
A=1的函数称为单位阶跃函数，记作1(t)。因此， 幅值为A的阶跃函数也可表示为：
r(t) A 1(t)
出现在 t t0 时刻的阶跃函数，表示为：
0
r(t
t0
)
A
t t0 t t0
2.斜坡函数（等速度函数）
它的数学表达式为:
0 t0
r (t
)
At
t0
自动控制系统的基本组成与分类
自动控制系统的基本组成与分类自动控制系统的基本组成如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成，根据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。
图1．12是一个典型的自动控制系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。
1．被控对象如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。
2．阁量元件测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。
如果输出量与输入量的物理单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。
3．给定元件根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以r(‘)表示)，作为系统的控制依据。
例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给定元件。
4．比较元件比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号中的电压比较电路。
通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。
5．放大元件放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。
例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。
6．执行元件执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对象，使其被控量按照设定的要求变化。
通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。
7．校正元件校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系统中。
在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通路构成的回路称为主反馈回路，简称主回路。
除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈回路等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
自动控制系统分类方法
3 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
内容小结
反馈 调节系统
前馈 调节系统
复合 调节系统
感谢观看
根据扰动信号进行调节，系统的输出端与输入端之间不存 在反馈通道，输出量对系统的控制作用没有影响。
传感器
调节器
执行器
干扰 被调量
被调对象
2 前• 扰动：蒸汽流量 • 在水位发生变化之前就启动调
节系统进行调节，使水位基本 上不变。
• 及时有效的抑制被调量的变化 • 系统不会出现震荡 • 调节作用及时 • 不能保证被调量等于给定值 • 对与不能测量的干扰，无法及时
调节，最后达到减小和消除偏差的目的。
1 反馈调节系统（闭环调节系统）
以汽包水位调节为例
特点：
• 在水位发生变化以后进行调节， 最终水位恢复正常。
• 在此过程中，水位有一定波动。
• 保证在稳态时被调量等于给定值。 • 调节时间长 • 容易出现震荡 • 调节作用不及时
2 前馈调节系统（开环调节系统）
热工控制与保护
自动控制系统 分类
一、反馈调节系统 二、前馈调节系统 三、复合调节系统
按系统的结构特点（工作原理）分类
反馈调节系统（闭环调节系统） 前馈调节系统（开环调节系统） 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
1 反馈调节系统（闭环调节系统）
分为正反馈和负反馈
负反馈基本工作原理： 根据被调量与给定值之间的偏差进行
调节。 • 一般不会单独使用，而是与反馈
调节配合使用。
3 复合调节系统（前馈-反馈调节系统）
复合调节就是前馈调节和反馈调节相结合的一种调节系统
• 前馈调节——及时调节，克服主要扰动对被调量的影响。 为粗调。
自动控制系统的分类 (1)
At t 0 r(t) 0 t 0
（3）抛物线信号
抛物线信号也叫等加速度信号，它可以通过对斜坡信号 的积分而得。抛物线信号的表达式为：
r(t)
1 2
At2
t 0
0
t0
（3.3）
当A =1时，则称为单位抛物线信号，如图3-3所示
（4）脉冲信号
单位脉冲信号的表达式为：
d 2x(t) 2t dx(t) x(t) y(t)
dt 2
dt
四、按信号传递的形式
2.连续系统和离散系统
连续系统是指系统内各处的信号都是以连续的模拟量 传递的系统。即系统中各元件的输入量和输出量均为时 间的连续函数。连续系统的运动规律可以用微分方程来 描述。系统内某处或数处信号是以脉冲序列或数码形式 传递的系统则称为离散系统，如图1-10所示，其运动方 程只能用差分方程描述。
统称为定常系统。在实践中遇到的系统， 大多数属于这一类。
（2）时变系统 如果系统中的参数是时间t的函数，则这 类系统称为时变系统。
如果一个线性系统微分方程的系数为常数， 那么系统称为线性定常系统。例如：
d 2 x(t) dt 2
2
dx(t) dt
x(t)
y(t)
如果一个线性系统微分方程的系数为时间的函数， 那么系统称为线性时变系统。例如:
r(t) 0
t 0
其中A为幅值，w =2p/T为角频率。
（1-4）
图1-14 正弦信号
工程上对控制系统的基本要求
1.稳：（基本要求） 要求系统要稳定
2.准：（稳态要求） 系统响应达到稳态时， 输出跟踪精度要高
3.快：（动态要求） 系统阶跃响应的过渡过程 要平稳，快速
自动控制系统的分类
加。
1-4 自动控制系统的基本要求
自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确 地保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被 控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设 计得当。 在理想情况下 , 控制系统的输出量和输入量 , 在任何时候均相等 , 系统完全无误差 , 且不受干扰 的影响。实际系统中 , 由于各种各样原因 , 系统在 受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时,被控量 将偏离输入信号作用前的初始值 ,经历一段动态过 程(过渡过程)，则系统控制性能的优劣,可以从动 态过程中较充分地表现出来。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统
信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分 （1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系 统的给定值。控制系统的任务是尽量排除各种干扰 因素的影响,使输出量维持在给定值(期望值)。如工 业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。
MATLAB分析与设计
1-6 本课程的内容和特点
一、自动控制理论的内容 自动控制理论的内容与自动控制系统需要研究的问题密切相关。 要研究的问题有两个方面，即控制系统的分析；控制系统设计与 综合。 （－）自动控制系统的分析 控制系统分析主要包括三个方面内容：①稳定性分析；②稳态 特性分析（准确性，精度）；③动态特性分析（暂态特性或瞬态 特性）。（稳、准、快） 1．系统的稳定性分析 1、稳定性分析； 给出判断系统稳定性的基本方法，并阐述 系统的稳定性与系统结构（或称控制规律）及系统参数间的关系。 2、稳态特性分析：系统稳态特性表征了系统实际稳态值与希 望稳态值之间的差值，即稳态误差，表征了控制系统的控制精度。 给出计算系统稳态误差的方法，指出系统结构和参数对稳态特性 的影响。
控制1-3
Ug
电 压 放大器 Uf
U1
功率 放大器
U2 n 负载
电动机 测速发电机
当负载增大，电机功率不变，转速n下降， Uf=k*n 减小，e=(Ug- Uf)增大，U1增大， U2增大，驱动电机，n增大。
1、定值系统： 控制系统的输入量是一个恒定值，在整 个运行过程中不改变（可定期校准或更改输 入量）。 定值控制系统的任务，是保证在任何干 扰作用下，输出量维持恒定不变。 通常工业生产过程的温度、流量、液位、 压力等控制都属于此类。
被控 对象
输出
A/Dபைடு நூலகம்
三、按控制器实现方式分类 1、连续控制系统 指控制系统中的所有信号在时间上是连 续的。 控制器是由模拟部件（如模拟调节仪表） 实现的控制系统为连续控制系统。
2、离散控制系统 控制器是由数字技术实现的控制系统 为离散控制系统。 典型的离散控制系统的结构框图如 图所示。
输入
－
控制 器 计算机
D/A
执行 部件 检测 变送
§1-3 一、按反馈情况分类
系统分类
1、开环系统：系统的输出端和输入端 之间不存在反馈回路，输出量对系统的 控制作用没有影响，这样的系统就称为 开环控制系统。 2、闭环系统：系统输出和输入端之间 存在反馈回路，输出量对控制过程产生 直接影响，这种系统称为闭环控制系统。
二、按输入变化规律分类
I
电 位 器
2、随动系统： 系统的控制量不是常数，而是事先 难于确定的随机变化量，要求系统能排 除各种干扰因素，使被控量迅速平稳地 复现和跟踪输入信号的变化。 雷达天线的自动跟踪系统，高炮自 动瞄准系统就是典型的随动控制系统。
3、程控系统： 这种系统输入量不为常量，但其变化规 律是预先知道和确定的。 预先将输入量的变化规律编成程序，由 该程序发出控制命令，使被控对象按指令的 要求而动。 近年来，由于微处理机的发展，更多的 数字程序控制系统投入使用。
自动控制系统的分类、渡过程和品质指标(doc 40页)
自动控制系统的分类、渡过程和品质指标(doc 40页)生影响的系统，称为开环控制系统。
把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。
反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。
在闭环控制系统中，把输出信号（被控变量）经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，与给定值进行比较，这种系统的输出信号直接或经过一些环节返回到系统的输入端的做法叫反馈。
负反馈反馈信号能使原来的信号减弱。
与原来信号方向相反。
正反馈反馈信号能使原来信号加强。
自动控制系统控制方法基本上是采用负反馈的方法。
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，§1.3自动控制系统的分类1. 按被控参数分类：温度、流量、压力、液位等控制系统。
2. 按控制系统所处理的信号方式来分：有模拟控制系统与数字控制系统。
模拟信号：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号，可转换为电信号。
在生产过程中任何连续变化的物理量和物理量都属于模拟信号。
数字信号：以离散形式出现的不连续的信号，数字量的增减只能一个一个单位增加或减小。
模拟信号和数字信号可以互相转换。
4.按控制器具有的控制规律分类：位式自动控制系统、比例（P）、比例积分(PI)、比例微分(PD)、比例积分微分(PID)等控制系统。
5. 按控制系统的复杂程度简单控制复杂控制：均匀控制、串级控制、前馈控制（1）定值控制系统：被控变量的给定值恒定不变。
定值控制系统的基本任务是克服扰动对被控变量的影响，（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值是不断变化的且无规律，是随机变化的。
随动控制系统控制的目的，是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
（3）程序控制系统（顺序控制系统）：工艺参数的给定值按一定的规律变化，是已知的时间函数。
即设定值按一定的时间程序变化。
9. 按信号种类分类：气动控制系统，电动控制系统§1.4 自动控制系统的过渡过程和品质指标在自动化领域内要研究两种状态：静态和动态。
§1-3自动控制系统的类型
§1-3自动控制系统的类型
§1-3自动控制系统的类型1、按数学描述形式分类：1）线性系统：用线性微分方程描述，满足叠加性和齐次性。
当系统输入为时，系统输出为，系统总的输出为叠加性
当输入为，则输出齐次性2）非线性系统：用非线性微分方程描述，不满足叠加
性和齐次性。
2．按给定信号分类1）恒值控制系统：给定值不变的系统。
如闭环调速系统，温控系统。
2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。
如跟随卫星的雷达天
线系统。
3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化，如程控机床。
3．按信号性质分类1）连续信号：系统各部分的信号都是连续函
数形式的模拟量。
2）离散信号：某一处或多处信号是以脉冲序列或数码的形式传递的系统。
冶金企业自动化系统的分级
冶金企业自动化系统的分级一、引言冶金企业自动化系统的分级是指根据系统的功能和控制层次，将自动化系统划分为不同的级别。
通过分级，可以实现对系统的管理、维护和升级，提高系统的稳定性和可靠性。
本文将详细介绍冶金企业自动化系统的分级标准和要求。
二、分级标准1. 一级控制系统一级控制系统是冶金企业自动化系统的最底层，主要负责对生产过程中的设备和仪表进行控制和监测。
一级控制系统需要具备实时性、可靠性和稳定性，能够实时采集和处理传感器和仪表的数据，并控制设备的运行状态。
一级控制系统通常由PLC（可编程逻辑控制器）或DCS（分散控制系统）组成。
2. 二级控制系统二级控制系统是冶金企业自动化系统的中间层，主要负责对一级控制系统的监控和管理。
二级控制系统需要具备数据采集、数据处理和数据存储的功能，能够实时监测一级控制系统的状态和运行情况，并提供报警和故障诊断功能。
二级控制系统通常由SCADA（监控与数据采集系统）或MES（制造执行系统）组成。
3. 三级控制系统三级控制系统是冶金企业自动化系统的最高层，主要负责对二级控制系统和一级控制系统进行综合管理和决策支持。
三级控制系统需要具备数据分析、报表生成和生产计划编制的功能，能够对整个冶金生产过程进行监控和优化。
三级控制系统通常由ERP（企业资源计划）或APS（高级计划与排程系统）组成。
三、分级要求1. 系统可靠性要求冶金企业自动化系统的分级应保证系统的可靠性和稳定性。
各级控制系统之间应具备良好的通信和数据传输能力，确保数据的准确性和实时性。
同时，各级控制系统应具备自动切换和备份功能，以防止单点故障导致系统的停机和生产中断。
2. 数据安全要求冶金企业自动化系统的分级应保证数据的安全性和机密性。
各级控制系统之间的数据传输应采用加密和认证机制，防止数据被篡改和泄露。
同时，各级控制系统应定期备份数据，并建立完善的数据恢复和灾难恢复机制，以应对系统故障和灾难事件。
3. 系统集成要求冶金企业自动化系统的分级应保证各级控制系统的集成和协同工作。
自动控制系统分类
1-3自动控制系统的分类本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。
为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。
分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种：一、按描述系统的微分方程分类在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。
按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类：1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。
如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。
线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。
2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。
非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。
严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。
同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。
二、按系统中传递信号的性质分类1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。
2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。
三、按控制信号r(t)的变化规律分类r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。
1．镇定系统()r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是2．程序控制系统()一例)。
r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的3．随动系统()位置随动系统及函数记录仪系统。
第三节自动控制系统的分类控制系统的分类方法:按控制方式分：开环控制，闭环控制，复合控制等；按系统性能分：线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统。
线性连续控制系统计算机控制系统的分类作者: cips发表日期: 2006-02-08 15:43 复制链接计算机控制系统的分类有三种方法：以自动控制行式分类，以参于控制方式分类或以调节规律分类。
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自动控制原理
40~50年代 经典控制理论
适用范围：单输入单输出（SISO）系统 主要方法：时域法、根轨迹法、频域法 数学基础：微分方程、拉普拉斯变换
SISO: Single Input and Single Output
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8
自动控制原理
60 ~70 年代 现代控制理论（状态空间法） 核心：状态变量的能控、能观性， 系统性能的最优化 适用范围： 统一处理SISO、MIMO系统、时 变系统、定常系统等 主要方法：状态空间法 数学基础：矩阵理论
5
5
自动控制原理
工业领域
……………… 总之，控制技术已无处不在。
只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样， 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 6 都是一样的。 6
自动包装机器人
自动控制原理
2、自动控制理论
按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为经 典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论、复合控制方式 按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制 方式。
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22
自动控制原理
分析实际控制系统的步骤
明确控制任务； 被控对象是什么？被控量（系统输出量）？ 有无干扰？ 参考输入？有谁提供？ 什么是测量元件？测量哪些物理量？ 信号的比较、计算、放大是如何实现的？ 执行机构是什么？ 画出控制系统的原理方框图，分析系统采用 何种控制方式。
+
+
n
SM 负载
ut
TG
电动机速度控制系统(补充) 电动机速度闭环控制系统
19
19
自动控制原理
(2)、开环控制方式 指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向 联系的控制过程。
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20
自动控制原理
+
u0
+
功率 ua 放大
+
+
n
SM
负载
电动机 速度控制系统 (补充) 电动机 速度开环控制系统
控制装置
取出输出量送回输入端，并与输入信号比较产生偏 差的过程，称为反馈。 负反馈、正反馈： 若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越 来越小，则称为负反馈。反之，为正反馈。
13
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自动控制原理 参考输入 /给定量 r(t) 偏差 控制装置 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)
反馈控制原理（偏差控制、闭环控制）（P4上部）： （1）具有负反馈通道，目的是求得偏差。 （2）由偏差产生控制作用。 （3）控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量等于 或尽量接近给定量。 若r(t)—给定量，c(t)—被控量，则自控任务的数学表达式 为：使被控量满足c(t) =f(r(t))。
MIMO: Multi-Input and Multi-Output
9
9
自动控制原理
补充： 人工控制与自动控制
控制系统可以由人工控制，也可以采用自动控制。
a、人工控制：
人工控 制水位 保持恒 定的供 水系统：
10
10
自动控制原理
•要求：在出水量随意的条件下，保持水位高度不
变。 •人工控制过程： 眼：测量实际液位H。 ——测量过程。 脑：将实际液位H和期望液位相比较，根 据两者偏差的正负及大小作出决策。 ——比较、分析、决策过程。 手：执行大脑命令，调节阀门开度。 ——执行过程。 •上述过程就是重复地进行测量、求偏差、实施控 制以减少或消除偏差的过程。
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自动控制原理
5、自动控制系统基本控制方式
(1)、反馈控制方式——最基本的控制方式 按偏差进行控制，具有较高的抗干扰能力和控制精度。
r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
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+
u0
+
ue 电压 放大
+
功率 ua 放大
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一、自动控制的基本原理
1、自动控制技术及其应用
所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利用外加 的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或 生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被 控量）自动地按照预定的规律运行。
自动控制技术应用广 泛，几乎无处不在。
飞机导航系统
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自动控制原理
控制其准确地进入预定轨道运行并回收
哈勃望远镜－特殊的卫星
人造地球卫星
通信卫星
广播卫星
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无人驾驶飞机按预定 轨迹自动升降和飞行
制导导弹
长上了“眼睛”和 “大脑”
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自动控制技术应用于其他领域，如家用电器领域
电扇：控制转速 洗衣机：控制水位、时间等 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
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4、反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是由各种职能不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （即参考量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元 件给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差。 d) 放大元件：将偏差信号进行放大，用以推动执行元件。 e) 执行元件：直接作用于被控对象，使被控量发生变化。 f) 校正元件：也叫补偿元件以改善系统性能。
一个基本的反馈控制系统组成方块图如下：
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r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
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一个典型的反馈控制系统组成方块图如下：
基本概念：P5上部 前向通路，主反馈通路，主回路，局部反馈通路，内回路， 单回路系统，多回路系统。
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1-2 自动控制系统示例
例一. 函数记录仪
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例一. 函数记录仪方块图
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例二、电阻炉微型计算机温度控制系统P8
具有精度高、功能强、无噪声、读数直观、存档 方便、操作简单……等优点
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下图为电炉温度控制系统的方框图
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c、较完善的水位自动控制
特点：无论出水量如何变化，最终的控 制结果总能使系统回归设定的期望水位。
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3、反馈控制原理 反馈控制结构示意图如下：
参考输入 /给定量 r(t) 反馈： 偏差
即具有人的眼、 脑、手的功能的 设备统称。 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)