自动控制的基本原理与方式
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注意： ① 在实际系统中，一个元件常兼有两种或两
种以上的职能； ② 元件不一定都是电气元件，有时可以是机械、
气动、液压等元件，从而可以构成机械、气动、液压 等控制系统，但其工作原理都是一致的。
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1.1 自动控制的基本原理与方式 5 自动控制系统基本控制方式
⑴ 开环控制方式：控制作用直接由系统的输入量产生 例：转台速度开环控制系统 在CD机、计算机磁盘驱 动器等现代装置中应用.
应用：工业、农业、交通、国防、 宇航、社会。 优点：① 节省人力；
② 提高系统的精度； ③ 可以完成人工控制系统 无法完成的工作。
6
1.1 自动控制的基本原理与方式
2 自动控制理论
自动控制技术的基础理论,分析或设计自动控制系统的主要方法 和依据。
经典控制理论（20世纪40年代开始）：以拉氏变换和传递
19
1.1 自动控制的基本原理与方式
转台速度开环控制系统结构图:
预期速度
实际转速
放大器 直流电动机 转台
20
1.1 自动控制的基本原理与方式
开环控制系统的组成： ① 按给定量控制方式：控制作用直接由系统的输 入量产生，控制精度完全取决于所用的元件及校 准的精度；
② 按扰动控制方式：利用可测量的扰动量，产生 一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响， 也叫顺馈控制（只适合扰动可测量的场合）；
广泛应用的控制系统。自动控制理论主要的研究 对象,也是用这种控制方式组成的系统。
23
1.1 自动控制的基本原理与方式 转台速度闭环控制系统结构图
预期速度 偏差 _ 放大器
反馈量
直流电动机 测速机
实际转速
转台
当实际速度受扰动的影响发生变化时 ，通过系统的调节，从而消除扰动对速度 的影响。
24
1.1 自动控制的基本原理与方式
课程任务
学习自动控制系统的基本理论； 掌握分析和综合自动控制系统的
基本方法； 具有初步的系统实验基本技能； 为自动控制系统设计打好基础。
1
课程特点
理论性很强，同时注重结合工程实践。
信号与系统 电路理论 电机与拖动
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
2
课程要求
听 记 做
3
第一章 自动控制的一般概念
4
本章内容提要 1.1 自动控制的基本原理与方式 1.2 自动控制系统示例 1.3 自动控制系统的分类 1.4 对自动控制系统的基本要求
5
1.1 自动控制的基本原理与方式
1 自动控制技术及其应用
自动控制：在没有人直接参与的情 况下，通过控制器，使被控对象或 过程自动地按预定的规律运行。
自动控制：图中虚线框内所示。 SD——执行电机
10
1.1 自动控制的基本原理与方式
电压控制系统方块图
U0 U
u SD
+ - 放大器
执行 机构
R
电位计
if
发电机
U
控制器
对象
U0 ——给定值
U——被控制量
11
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
测量元件：测量被控量并转换成相应的电量，如速 度、位移、压力传感器；
例 转速负反馈直流电动机调速系统
给系定统电组压成：
反直馈流电电压机
测e=速U发n-U电f 机
Un
于与电大转给反源装速馈定和置电电取放压压决
Uf
的差负值载。
25
调速系统结构图
un
e
_
放大器 ud 直流电动机
n
uf
测速机
由电网电压波动，负载变化以及其他 部分的参数变化所引起的转速变化，都可 以通过系统的自动调整加以抑制。
放大元件：将偏差信号进行前置或功率放大，从而推 动执行机构或被控对象。
15
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
执行元件：直接推动被控对象，以改变被控量；
16
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
校正元件：改善系统的静态性能。
17
1.1 自动控制的基本原理与方式
21
1.1 自动控制的基本原理与方式
开环系统的特点： ① 系统的控制精度取决于各元件的精度及参 数的稳定性； ② 误差不能靠系统本身来克服； ③ 结构简单； ④ 不存在稳定性问题。
22
Байду номын сангаас
1.1 自动控制的基本原理与方式
⑵ 闭环控制方式（反馈控制方式） 控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，
而且还有反向联系。 按反馈控制原理构成的闭环系统,是一种重要、
n↓ →Uf↓ →e↑ →Ud↑ →n↑
26
1.1 自动控制的基本原理与方式
闭环系统的特点： ① 利用偏差消除偏差； ② 能抑制内部或外部扰动对系统的影响，可用
低成本元件构成高精度系统； ③ 稳定性是个重要问题。
27
1.1 自动控制的基本原理与方式
⑶复合控制方式
前馈补偿控制
复合控制：
+
反馈控制
对于主要扰动采用适当的装置实现按扰动控制； 组成反馈控制系统实现按偏差控制,以消除其余扰动 产生的偏差； 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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1.1 自动控制的基本原理与方式 3 反馈控制原理
自动控制系统: 为实现各种控制任务,将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来的一个有机总 体.
反馈控制: 在自动控制系统中将被控量以负反馈 的形式与输入量进行比较,并利用偏差来不断消除偏 差的控制过程.
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1.1 自动控制的基本原理与方式 3 反馈控制原理
函数为基础，在复频域内研究单输入-单输出(SISO)线性定
常系统的分析设计方法； 现代控制理论（20世纪60年代开始）：以状态空间法为基 础，在时域内研究多输入-多输出（MIMO）系统的分析和设 计方法； 智能控制理论（20世纪70年代开始）：以模糊控制和神经 网络为基础，研究多变量复杂大系统的分析设计方法。
例：人取书本的过程
输入信号
（书位置） 眼睛
大脑
输出量
手臂、手 （手位置）
眼睛
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1.1 自动控制的基本原理与方式
例：电压控制系统 if
uf R
SD
I
发电机
U
VU U0
系统要求：保持
发电机输出电压
负 U不变（在发电
载 机转速n不变条
件下，当负载变
化时，U会变化）
人工控制：调节R,使if变化,保持U稳定。
12
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （参据量）；
13
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
比较元件：将被控量与给定值加以比较，形成 偏差信号；
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
种以上的职能； ② 元件不一定都是电气元件，有时可以是机械、
气动、液压等元件，从而可以构成机械、气动、液压 等控制系统，但其工作原理都是一致的。
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1.1 自动控制的基本原理与方式 5 自动控制系统基本控制方式
⑴ 开环控制方式：控制作用直接由系统的输入量产生 例：转台速度开环控制系统 在CD机、计算机磁盘驱 动器等现代装置中应用.
应用：工业、农业、交通、国防、 宇航、社会。 优点：① 节省人力；
② 提高系统的精度； ③ 可以完成人工控制系统 无法完成的工作。
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1.1 自动控制的基本原理与方式
2 自动控制理论
自动控制技术的基础理论,分析或设计自动控制系统的主要方法 和依据。
经典控制理论（20世纪40年代开始）：以拉氏变换和传递
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1.1 自动控制的基本原理与方式
转台速度开环控制系统结构图:
预期速度
实际转速
放大器 直流电动机 转台
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1.1 自动控制的基本原理与方式
开环控制系统的组成： ① 按给定量控制方式：控制作用直接由系统的输 入量产生，控制精度完全取决于所用的元件及校 准的精度；
② 按扰动控制方式：利用可测量的扰动量，产生 一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响， 也叫顺馈控制（只适合扰动可测量的场合）；
广泛应用的控制系统。自动控制理论主要的研究 对象,也是用这种控制方式组成的系统。
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1.1 自动控制的基本原理与方式 转台速度闭环控制系统结构图
预期速度 偏差 _ 放大器
反馈量
直流电动机 测速机
实际转速
转台
当实际速度受扰动的影响发生变化时 ，通过系统的调节，从而消除扰动对速度 的影响。
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1.1 自动控制的基本原理与方式
课程任务
学习自动控制系统的基本理论； 掌握分析和综合自动控制系统的
基本方法； 具有初步的系统实验基本技能； 为自动控制系统设计打好基础。
1
课程特点
理论性很强，同时注重结合工程实践。
信号与系统 电路理论 电机与拖动
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
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课程要求
听 记 做
3
第一章 自动控制的一般概念
4
本章内容提要 1.1 自动控制的基本原理与方式 1.2 自动控制系统示例 1.3 自动控制系统的分类 1.4 对自动控制系统的基本要求
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1.1 自动控制的基本原理与方式
1 自动控制技术及其应用
自动控制：在没有人直接参与的情 况下，通过控制器，使被控对象或 过程自动地按预定的规律运行。
自动控制：图中虚线框内所示。 SD——执行电机
10
1.1 自动控制的基本原理与方式
电压控制系统方块图
U0 U
u SD
+ - 放大器
执行 机构
R
电位计
if
发电机
U
控制器
对象
U0 ——给定值
U——被控制量
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
测量元件：测量被控量并转换成相应的电量，如速 度、位移、压力传感器；
例 转速负反馈直流电动机调速系统
给系定统电组压成：
反直馈流电电压机
测e=速U发n-U电f 机
Un
于与电大转给反源装速馈定和置电电取放压压决
Uf
的差负值载。
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调速系统结构图
un
e
_
放大器 ud 直流电动机
n
uf
测速机
由电网电压波动，负载变化以及其他 部分的参数变化所引起的转速变化，都可 以通过系统的自动调整加以抑制。
放大元件：将偏差信号进行前置或功率放大，从而推 动执行机构或被控对象。
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
执行元件：直接推动被控对象，以改变被控量；
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
校正元件：改善系统的静态性能。
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1.1 自动控制的基本原理与方式
21
1.1 自动控制的基本原理与方式
开环系统的特点： ① 系统的控制精度取决于各元件的精度及参 数的稳定性； ② 误差不能靠系统本身来克服； ③ 结构简单； ④ 不存在稳定性问题。
22
Байду номын сангаас
1.1 自动控制的基本原理与方式
⑵ 闭环控制方式（反馈控制方式） 控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，
而且还有反向联系。 按反馈控制原理构成的闭环系统,是一种重要、
n↓ →Uf↓ →e↑ →Ud↑ →n↑
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1.1 自动控制的基本原理与方式
闭环系统的特点： ① 利用偏差消除偏差； ② 能抑制内部或外部扰动对系统的影响，可用
低成本元件构成高精度系统； ③ 稳定性是个重要问题。
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1.1 自动控制的基本原理与方式
⑶复合控制方式
前馈补偿控制
复合控制：
+
反馈控制
对于主要扰动采用适当的装置实现按扰动控制； 组成反馈控制系统实现按偏差控制,以消除其余扰动 产生的偏差； 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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1.1 自动控制的基本原理与方式 3 反馈控制原理
自动控制系统: 为实现各种控制任务,将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来的一个有机总 体.
反馈控制: 在自动控制系统中将被控量以负反馈 的形式与输入量进行比较,并利用偏差来不断消除偏 差的控制过程.
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1.1 自动控制的基本原理与方式 3 反馈控制原理
函数为基础，在复频域内研究单输入-单输出(SISO)线性定
常系统的分析设计方法； 现代控制理论（20世纪60年代开始）：以状态空间法为基 础，在时域内研究多输入-多输出（MIMO）系统的分析和设 计方法； 智能控制理论（20世纪70年代开始）：以模糊控制和神经 网络为基础，研究多变量复杂大系统的分析设计方法。
例：人取书本的过程
输入信号
（书位置） 眼睛
大脑
输出量
手臂、手 （手位置）
眼睛
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1.1 自动控制的基本原理与方式
例：电压控制系统 if
uf R
SD
I
发电机
U
VU U0
系统要求：保持
发电机输出电压
负 U不变（在发电
载 机转速n不变条
件下，当负载变
化时，U会变化）
人工控制：调节R,使if变化,保持U稳定。
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （参据量）；
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1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成
比较元件：将被控量与给定值加以比较，形成 偏差信号；
14
1.1 自动控制的基本原理与方式 4 反馈控制系统的基本组成