自动控制理论概述
自动控制理论与应用
自动控制理论与应用自动控制是一门重要的学科，它涉及一系列理论和技术，用于实现机器和系统的自主操作和管理。
本文将介绍自动控制的理论基础以及在实际应用中的各种场景。
一、自动控制的概述自动控制是通过使用传感器、执行器和控制器等设备，对系统进行监测、评估和调整，以实现所需的性能和行为。
自动控制的基本原理包括反馈控制和前馈控制。
反馈控制通过不断测量输出信号和参考信号之间的差异，进行调整和校正。
前馈控制则是基于一个预测模型来预先进行调整，以减少误差。
二、自动控制的应用领域1. 工业自动化：自动控制在工业生产中起着至关重要的作用。
例如，在流水线生产中，自动控制系统可以根据不同的工艺要求，自动调整机器的工作速度和工艺参数，以确保产品的质量和生产效率。
2. 交通系统：交通信号控制是一种常见的自动控制应用。
通过使用传感器检测路况和交通流量，控制器可以自动调整交通信号灯的时序，以实现交通流量的优化、交通事故的减少和道路拥堵的缓解。
3. 能源管理：自动控制在能源系统中有着广泛的应用。
智能电网系统可以根据能源需求和供给情况，实时调整电力的分配和使用，使电网运行更加高效和可靠。
4. 机器人技术：自动控制是机器人技术的核心。
通过控制器对机器人进行编程，可以实现各种复杂的动作和任务，例如工业生产中的装配、焊接、搬运等。
5. 风力发电：风力发电系统中的风机控制是一个复杂的自动控制过程。
通过对风机的电流、电压和叶片角度进行监测和调整，可以实现风力发电的最佳效率和安全运行。
三、自动控制的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的拓展，自动控制也在不断发展和演进。
以下是一些自动控制的发展趋势：1. 智能化：越来越多的自动控制系统开始融入人工智能和机器学习技术，使系统更加智能化和适应性更强。
2. 网络化：随着网络技术的迅速发展，自动控制系统可以通过互联网和云计算平台进行远程监控和管理。
3. 自适应控制：自适应控制是一种根据系统的变化和需求进行实时调整和优化的控制方式。
自动控制理论精选版
通过分析系统的极点和零点分布，判断系统的稳定性，以及系统在不同频率下 的响应特性。
稳定性分析
劳斯稳定判据
通过计算劳斯表格，判断系统的稳定 性，以及系统在不同频率下的响应特 性。
根轨迹法
通过绘制根轨迹图，了解系统极点的 变化规律，从而判断系统的稳定性。
性能指标分析
动态性能指标
包括上升时间、峰值时间、调节时间等，用于评估系统的动态性能。
稳态性能指标
包括稳态误差和无差度等，用于评估系统的稳态性能。
04
自动控制系统设计
设计方法
开环设计法
根据系统的期望性能指标，直接设计出系统的开 环传递函数。
最优设计法
在满足一定约束条件下，使某种性能指标达到最 优。
ABCD
闭环设计法
通过选择一个合适的闭环极点位置，设计出相应 的闭环系统，以满足期望的性能指标。
传递函数包括分子和分母多项式，分别描述系统 的输入和输出之间的关系。
通过分析传递函数，可以了解系统的稳定性、频 率响应等特性。
方框图与信号流图
方框图是一种用方框和箭头表示系统各组成部分及其相互关系的图形表示方法。 信号流图是一种用箭头表示信号流向，用节点表示系统组成部分的图形表示方法。
方框图和信号流图都是描述系统动态行为的工具，可以帮助分析和设计控制系统。
专家控制
一种基于专家知识的控制方 法，通过将专家知识和经验 应用于控制系统，提高系统 的智能化水平和决策能力。
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控制方式
开环控制
控制器将输入信号传递给被控对象，不接收被控 对象的反馈信号。
闭环控制
控制器接收被控对象的反馈信号，并将其与输入 信号进行比较，根据误差信号进行控制。
自动控制原理--第1章 自动控制理论的一般概念
1-3 典型控制系统
恒值系统：
也称镇定系统。输出量以一定的精度等于 给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢， 扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产 过程中，这类系统非常多。例如：恒温系统， 恒压系统等。
例 锅炉空气预热器密封间隙控制系统
系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算 机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调 整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定的目的。
u
~220V
开关闭合后，不同 的输入电压u对应于 不同的温度t。
炉温开环控制系统
扰动量
输入量 (电源 )
开关
加热电 阻丝
控制装置
电炉恒 温箱
受控对象
输出量 (温度)
炉温开环控制系统方框图
扰动
给定值
控制器
被控制 对象
典型开环控制的方框图
输出量
系统框图帮助理解系统的构成和性质
开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制扰动.
第1章 自动控制理论的一般概念
1-1 自动控制发展史 1-2 自动控制的基本方式 1-3 典型控制系统 1-4 对于自动控制系统的要求
1-1 自动控制发展史
经典控制理论（20世纪40年代及其以前）
主要研究单输入单输出线性定常系统 时域、频域和复域分析和设计问题。
现代控制理论（20世纪60年代）
主要研究多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统 分析和设计问题；最优控制问题。
(c)
五、复合控制
它是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主
要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时再组
成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生
自动控制理论
1、什么是自动控制？自动控制就是应用控制装置自动的、有目的地控制或调解机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。
2、参数值（给定值输入）：电动机转速就有一定值，故电位器的变化3、自动控制系统：电动机转速变化的测速发电机电压的发至输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速。
4、扰动：当电源变化、负载变化等将引起转速变化，也称受控对象。
5、人工控制系统：当发现电动机转速高于给定值时，马上调节电位器的动点，使电动机的电枢电压减少，降低转速，使之恢复到给定值。
6、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中不包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
7、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
8、多回路反馈控制系统：一个复杂的控制系统（实际生产过程往往是很复杂的，因而构成的控制系统也往往是很复杂的）也可能有多个反馈信号（除被控量的反馈信号外，还有其他的反馈信号），组成多个闭合回路。
9、恒值控制系统：的任务是保持被控量恒定不变，也即是被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。
（发电机电压控制，电动机转速控制，电力网的频率（周波））10、随动控制系统（随动系统）：他是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。
（运动目标的自动跟踪、跟踪卫星的雷达天线控制系统，工业控制中的位置控制系统，工业自动化仪表中的现实记录等）11、控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性12、建立系统微分方程步骤：1. 确定系统输入量(给定量和扰动量) 与输出量(被控制量, 也称系统响应2. 列写系统各部分3. 消去中间变量,求出系统的微分方程 4. 将微分方程整理成标准形式。
13、顺馈控制：按扰动控制的开环控制系统，是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的影响。
自动控制理论和控制工程技术的基础知识
自动控制理论和控制工程技术的基础知识自动控制理论和控制工程技术是现代科学技术的重要分支，它的应用范围涵盖了工业自动化、航空航天、军事等众多领域。
本文将就这一主题展开讨论。
一、自动控制理论的基础知识自动控制理论是指对各种控制系统的性能、稳定性、鲁棒性等进行研究和分析的学科。
自动控制系统通常包括控制器、被控对象和传感器。
在自动控制系统中，控制器是指对被控对象进行控制的设备。
被控对象是指需要进行控制的对象，例如飞机、工业机器人、化工流程等。
传感器负责将被控对象的状态转换成数字信号，供控制器使用。
自动控制系统的设计通常包括两个阶段：确定系统的传递函数和控制器的设计。
传递函数可以描述系统的输入输出关系，控制器的设计需要根据系统性能要求进行优化。
二、控制工程技术的基础知识控制工程技术是实现自动控制的关键技术之一。
它主要包括电气控制、机械控制、液压控制等方面。
电气控制是指利用电气元件和电路来实现对被控对象的控制，例如通过电动机来控制机器人的运动。
机械控制是指利用机械元件和传动装置来实现对被控对象的控制，例如通过齿轮传动来控制工厂输送带的运动。
液压控制是指利用液压元件和液压电路来实现对被控对象的控制，例如通过液压缸来控制重型机械的运动。
控制工程技术的设计需要根据被控对象的特性和具体应用场景进行选择。
例如，在需要控制功率较大的载体时，通常选择电气控制；而在需要控制精度较高的场景时，则需要采用机械控制或液压控制。
三、自动控制理论及控制工程技术的应用自动控制理论及控制工程技术的应用涵盖了各个领域，以下是其中的一些应用场景。
1. 工业自动化工业自动化是目前应用最广泛的自动化应用场景之一，主要应用于自动化生产线、工业机器人、CNC加工机床等领域。
自动化生产线可以大幅提高生产效率和品质，工业机器人可以替代部分人工操作，CNC加工机床则可以提高加工精度和成品质量。
2. 航空航天航空航天是应用自动控制理论及控制工程技术的一个重要领域。
2024版第2章自动控制理论基础
自动控制应用领域
工业自动化
自动控制技术在工业自动化领域应用 广泛，如自动化生产线、工业机器人、 自动化仓储等。
建模方法包括机理建模和实验建模两种。 机理建模是根据系统的物理或化学原理 建立数学模型，适用于对系统内部机理 有深入了解的情况。实验建模则是通过 系统输入输出数据的测量和分析，建立 系统的数学模型，适用于对系统内部机 理了解不足的情况。
线性系统稳定性分析
稳定性的概念与分类
稳定性分析方法
稳定性是指系统在受到扰动后，能否 恢复到原来的平衡状态或趋近于某个 稳定的平衡状态。根据稳定性的不同 特点，可以将稳定性分为渐近稳定、 指数稳定、有界稳定等。
04
智能家居
自动控制技术在智能家居领域的应用 包括智能照明、智能空调、智能安防 等。
02
自动控制基本原理
反馈控制原理
03
反馈控制定义
通过将被控对象的输出信号与期望信号进 行比较，产生误差信号，再利用误差信号 对被控对象进行控制的方式。
反馈控制特点
具有抑制干扰、减小误差、提高系统稳定 性等优点，但可能产生滞后现象。
稳定性分析方法包括时域分析法、频 域分析法和根轨迹法等。其中，时域 分析法是通过求解系统的微分方程， 分析系统的时间响应来判断稳定性； 频域分析法是通过分析系统的频率响 应特性来判断稳定性；根轨迹法是通 过绘制系统特征方程的根轨迹图来判 断稳定性。
稳定性判据
稳定性判据是用来判断线性系统稳定 性的重要依据，包括劳斯判据、赫尔 维茨判据、奈奎斯特判据等。这些判 据可以通过分析系统的特征方程或频 率响应特性，得出系统稳定的条件。
自动控制理论(2)
自动控制理论（2）自动控制理论（2）自动控制理论是一门研究自动化控制的基本原理、方法与技术的学科。
它广泛运用于工业、交通、军事、医疗、环保等领域，对整个社会经济的发展和国家安全具有重要的意义。
自动控制理论的基本概念：自动控制系统的组成及工作原理：自动控制系统由传感器、执行器、控制器和对象组成。
其中传感器是将被控制对象的状态转化为电信号；执行器是将控制器输出信号转化为机械或电信号的装置；控制器是利用传感器采集到的信息和预先设定的规律，输出控制信号，来达成对被控制对象的调节和控制；而被控制对象则是受到控制信号，实现向期望值的稳定和准确性变化的物理或化学系统。
自动控制系统的两个重要指标：控制系统的性能指标是多种指标综合而成的，其中两个最重要的指标是系统的稳定度和系统的快速度。
系统的稳定度是指当输入信号稳定、保持不变时，系统输出信号的稳定程度，稳定性好的系统可以更加精确地达到其目标状态；而系统的快速度则是指系统的动态响应，即其从初始状态到达目标状态的所需时间。
在真实世界中，系统往往需要同时达到高速度和高稳定度两个指标，往往二者也是相互矛盾的，推动自控理论的发展，就是要解决这一矛盾。
自动控制系统的描述方式：自动控制系统的设计是从系统描述方式开始的。
自然语言、框图、数学模型等是常见的几种描述方式。
其中，数学模型是最常见的，也是最重要的。
数学模型是对自控系统进行抽象化和理论化的工具，它是自控理论中最基本的语言，是设计控制算法的基础。
总之，自动控制理论的研究与应用，可以促进控制过程的稳定性、提高工作效率、实现自动化操作，丰富了人类社会的科学技术，提升了生产力和社会生活的水平。
今后，随着科技的发展，自动控制理论将不断推陈出新，为人类社会的进步做出更大的贡献。
一、自动控制理论的应用自动控制理论在工业、交通、军事、医疗、环保等领域得到了广泛的应用。
其中，工业控制是自动控制系统应用的主要领域之一。
在现代工业中，利用自动控制理论研制制造过程中的自动化系统，能够保证产品的生产质量和稳定性，提高生产效率和降低生产成本。
第一章 自动控制理论概述
第一章 自动控制基本概念
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 引言 自动控制的基本概念 自动控制系统的组成和分类 自动控制系统的基本要求
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
本章重点
1. 自动控制的含义； 自动控制的含义； 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 2. 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 3. 控制系统的组成和分类和特点。 控制系统的组成和分类和特点。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
• 自动控制技术在工农业生产、国防、航空航天等 各个领域中起着重要的作用！ • 广泛应用于各种工程学科领域，并扩展到生物、医 学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域。 • 独立的学科并与其它学科相互渗透、相互促进。
• 《自动控制理论》是自动控制技术的基础理论，是 一门理论性较强的工程科学。 现代的工程技术人员和科学工作者， 现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备 一定的自动控制理论基础知识！ 一定的自动控制理论基础知识！
输入r(t) 输出c(t) 实际 1 2 1 0 t 0 t 控制工程基础 理想的 调节过程
本章难点
1. 深刻理解反馈的概念和思想； 深刻理解反馈的概念和思想； 2. 确定控制系统的被控对象、被控量、给定量 确定控制系统的被控对象、被控量、 等等，绘制方块图， 等等，绘制方块图，分析实际控制系统的基 本原理。 本原理。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
§1－1 引言 －
以系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 为代表的科学方法论 是一门新兴的学科， 是一门新兴的学科，为人类认识世界和改造世界提 供了强有力的武器。 供了强有力的武器。 关于控制论的几种说法 说法一： 控制论”是关于机器的理论。 说法一：“控制论”是关于机器的理论。 说法二： 控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法二：“控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法三： 控制论”是类似于数学的一门学科。 说法三：“控制论”是类似于数学的一门学科。 说法四： 控制论” 说法四：“控制论”是关于动物和机器中控制和通 信的科学。（维纳定义） 。（维纳定义 信的科学。（维纳定义）
《自动控制理论》课件
1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。
6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。
设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。
6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。
七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。
自动控制理论概述
8.1 传感器的选用
• 8.1.2 传感器选择的一般步骤 选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有要求的情况
下，力求成本低、工作可靠且便于维修的原则，即性能价格 比要高的原则。一般可按下列步骤进行： 1 ．借助于传感器分类表。即按被测量的性质，从典型应用中可 以初步确定几种可供选用的传感器的类别。 2 ．借助于常用传感器比较表。即按测量的范围、测量精度及环 境要求等进一步确定传感器的类别。 3 ．借助于传感器的产品目录。根据所选的传感器的类别，借助 产品目录，选出传感器的规格、型号、性能和尺寸。
图1-3 直流电动机转速闭环控制方框图
闭环控制特点
循环控制， 路径闭合
系统精度高， 抗干扰能力强
结构复杂，元 件和参数配置 要求较高
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
定值、随动和程序控制系统
定值控制系统 系统给定值（参考输入）为恒定常数，这种控制系统称为定值控制
系统，这种系统可通过反馈控制使系统的被控参数（输出）保持恒定、 希望的数值。
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8.1 传感器的选用
由于传感器精度的高低、性能的好坏直接影响到检测的 结果，影响到自动检测系统的品质和整个系统的运行状态 ，因此，选择合适的传感器是一个很重要环节。
• 8.1.1 传感器的选择要求 传感器的选择要求是全面的、严格的，是选用传感器的依
据。具体要求主要有以下几点： 1)技术指标要求。
如绝缘电阻、耐压等级及接地保护等。
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8.1 传感器的选用
5）可靠性要求 如抗干扰、使用寿命、无故障工作时间等。
6）维修及管理要求 如结构简单、模块化、有自诊断能力、有故障显示等。 上述要求又可分为两大类：一类是共同的要求，如线性度
自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论是一门研究物理、化学、生物等实际系统的自动控制原理和方法的学科。
自动控制理论重要的基本概念包括系统、控制器、信号、误差、反馈等。
自动控制理论的核心是控制器的设计，即根据系统的特性和要求选择合适的控制器结构和参数，使得系统能够满足预定的控制要求。
自动控制理论的发展史可以追溯到19世纪中叶。
20世纪初，随着电力系统、飞机、火箭等重要工程的发展，自动控制理论得到了迅速的发展。
到了20世纪50年代，计算机的出现进一步推动了自动控制理论的发展，使得控制系统的精度、稳定性、可靠性等都有了质的飞跃。
沈传文教授是中国自动控制理论的开创者之一。
他的《现代控制理论》一书被誉为中国自动控制理论教材的经典之作。
该书系统地介绍了现代控制理论的主要内容和基本方法，成为了一代代控制工作者的必备读物。
总之，自动控制理论在现代科技中的应用非常广泛，涉及到机电设备、通信、交通运输、航空航天、冶金、化工、生物医药等众多领域。
掌握自动控制理论对于控制工作者来说非常重要，能够提高工程技术水平，实现科学、高效的控制。
自动控制理论简介
自动控制理论简介自动控制理论是一门研究如何利用自动控制装置对生产过程、物理系统或其他动态过程进行控制的理论。
它是控制工程、系统工程、信息科学等领域的基础，广泛应用于工业、军事、航空航天、交通运输、环境保护等领域。
1. 系统建模：通过建立数学模型来描述系统的动态行为，为分析和设计控制系统提供依据。
2. 控制器设计：根据系统模型和控制目标，设计合适的控制器，以实现对系统的精确控制。
3. 系统稳定性分析：研究系统的稳定性条件，确保系统在受到扰动时能够迅速恢复到稳定状态。
4. 最优控制：在满足一定约束条件下，寻找最优控制策略，使得系统性能达到最佳。
5. 鲁棒控制：研究系统在不确定性因素影响下的稳定性问题，提高系统的抗干扰能力。
8. 分布式控制：研究多个控制器协同工作的问题，实现大规模复杂系统的有效控制。
1. 经典控制理论：20世纪40年代至60年代，主要研究单输入单输出线性系统，采用传递函数、频率响应等方法进行分析和设计。
2. 现代控制理论：20世纪60年代至80年代，主要研究多输入多输出线性系统，采用状态空间方法进行分析和设计。
3. 非线性控制理论：20世纪80年代至今，主要研究非线性系统，采用李雅普诺夫方法、滑模控制等方法进行分析和设计。
4. 复杂系统控制理论：近年来，随着系统复杂性的增加，研究多智能体系统、网络控制系统等复杂系统控制问题。
自动控制理论的发展对人类社会产生了深远的影响，使得许多复杂的工程问题得以解决，提高了生产效率和生活质量。
随着科技的不断进步，自动控制理论将继续发展，为人类社会带来更多的便利和福祉。
自动控制理论简介（续）1. 工业自动化：在制造业中，自动控制理论被用来设计生产线上的、数控机床和其他自动化设备，以提高生产效率和产品质量。
2. 智能家居：自动控制理论被应用于智能家居系统，如智能照明、温度控制和安全监控，以提供更加舒适、安全和节能的生活环境。
3. 医疗设备：自动控制理论被用于设计各种医疗设备，如呼吸机、透析机和胰岛素泵，以帮助医生和护士更有效地治疗患者。
论自动控制理论的发展历程
论自动控制理论的发展历程随着社会生产和科学技术发展，自动控制技术在不断进步、不断完善起来。
控制理论向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力，启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。
1 自动控制理论的简介1.1 自动控制的定义自动控制（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。
自动控制是相对人工控制概念而言的。
自动控制是工程科学的一个分支。
它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。
从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。
我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
1.2 自动控制理论的基本概念在已知控制系统结构和参数的基础上，求取系统的各项性能指标，并找出这些性能指标与系统参数间的关系就是对自动控制系统的分析，而在给定对象特性的基础上，按照控制系统应具备的性能指标要求，寻求能够全面满足这些性能指标要求的控制方1/ 6案并合理确定控制器的参数，则是对自动控制系统的分析和设计。
1.3 自动控制的历史利用反馈来控制系统有着悠久的历史。
最早的反馈控制出现在公元前330年的古希腊，运用在一种改进的浮球控制器装置上。
现代欧洲的第一个反馈系统出现在15世纪荷兰人发明的温度控制器中。
18世纪，瓦特的蒸汽机离心调速器被公认是第一台应用在工业生产中的自动反馈控制器，这是将自动控制技术应用到工业中的最早代表。
1932年奈奎斯特提出了研究控制系统的频率发。
1948年伊文思提出了根轨迹法，这两大重大贡献，是自动控制理论和控制技术发展史上的里程碑。
建立在频率法和根轨迹法基础上的控制理论成为经典控制理论。
第二次世界大战前，美国和西欧的自动控制理论，在发展方式上与俄国和东欧有很大差别。
自动控制理论 ___
自动控制理论 ___自动控制理论是一门研究自动化系统行为和设计控制策略的学科，具有广泛的应用领域和重要性。
自动控制理论的研究对象是各种自动化系统，包括机械系统、电气系统、化工系统等。
通过研究自动化系统的动态特性和响应，我们可以设计合适的控制策略来实现系统的稳定性、精确性和优化性能。
自动控制理论不仅在工业领域得到广泛应用，也在生活中各种自动化设备和系统中发挥着重要作用。
例如，自动驾驶汽车、智能家居系统、工业生产自动化线等都依赖于自动控制理论的研究成果。
在本文中，我们将详细介绍自动控制理论的重要性和研究对象，探讨其在实际应用中的意义和挑战。
通过深入理解自动控制理论，我们可以应用合适的控制方法来优化系统的性能，提高工作效率和质量，推动技术的进步和创新。
本文探讨自动控制理论的基本原理和主要概念。
自动控制理论是研究如何通过系统的设计和调整，使得系统能够自动地对外界变化做出相应的调节和控制的一门学科。
它是现代科学技术中的重要部分，被广泛应用于工业、交通、航空、航天等领域。
自动控制理论的核心原理是反馈控制。
通过测量系统的输出，并与预定的输入进行比较，然后根据差异来调整系统的行为，以使系统输出与预期目标保持一致。
这种反馈过程是实现自动控制的关键。
在自动控制理论中，有一些重要的概念需要理解。
首先是系统模型，它描述了系统的动态行为和性能。
系统模型可以是数学方程、图表或仿真模拟等形式。
其次是控制器，它是根据系统模型和目标要求设计的，用于调节系统行为的装置或算法。
还有传感器和执行器，它们分别用于测量系统输出和对系统进行控制。
除了基本原理和概念，自动控制理论还涉及许多方法和技术。
例如，经典控制理论包括比例、积分、微分控制等方法。
现代控制理论则包括状态空间方法、最优控制、自适应控制等方法。
不同的方法适用于不同的系统和控制需求。
总之，自动控制理论是一门重要的学科，它提供了对系统进行智能调节和控制的方法和工具。
通过理解自动控制理论的基本原理和主要概念，我们可以更好地设计和优化系统，提高系统的稳定性和性能。
自动化控制理论
自动化控制理论自动化控制理论是现代工业领域中的关键学科之一，它研究如何使用各种技术手段和方法来实现自动化生产和控制系统。
自动化控制理论的发展对于提高生产效率和品质，降低成本和资源消耗具有重要意义。
本文将从基本概念、控制方法和应用领域等方面进行论述。
一、基本概念自动化控制是指通过检测和测量过程变量，根据设定的控制规则，对控制对象施加干预，使其按照预定要求运行的过程。
自动化控制系统主要由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成，通过采集和处理各种信号，实现对被控对象的监测和控制。
在自动化控制理论中，有两个重要的概念：反馈和前馈。
反馈是指将被控对象的输出信号与期望值进行比较，将比较结果反馈给控制器，以调整控制信号的大小和方向。
前馈是指根据被控对象的特性和控制要求，提前计算出控制信号的理论值，然后直接施加给执行器。
二、控制方法自动化控制理论中有多种控制方法，常见的包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，它通过比较被控对象的输出和期望值，计算出比例、积分和微分三个部分的调整量，然后将调整量作为控制信号施加给执行器。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过定义模糊规则和建立模糊推理系统，将模糊规则转化为具体的控制策略。
神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制方法，通过训练神经网络模型，实现对被控对象的控制。
三、应用领域自动化控制理论在各个领域都有广泛应用。
在工业生产中，自动化控制可以实现对生产过程的监测和调节，提高产品质量和生产效率。
在交通运输领域，自动化控制可以实现车辆的自动驾驶和交通信号的智能控制，提高交通运输的效率和安全性。
在环境保护领域，自动化控制可以实现对污染物的监测和处理，保护生态环境的可持续发展。
总结自动化控制理论在现代社会中发挥着重要作用，它通过应用各种控制方法和技术，实现对各种系统的自动化控制。
本文简要介绍了自动化控制理论的基本概念、控制方法和应用领域，并强调了其在提高生产效率和保护环境方面的重要意义。
自动控制理论
一、自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的一个或数个物理量自动的按照预定的规律运行或变化二、自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统三、反馈：把从被控对象输出端获得的信息通过中间环节送回输入端四、开环控制与闭环控制的区别：开环控制是指被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式；闭环被控制量（输出量）与控制作用之间从在这负反馈的控制方式五、控制理论的基础1、经典控制理论是以反馈理论为基础的自动调节原理；2、现代控制理论：以线性代数理论和状态空间分析法为基础；3、大系统理论：a现代频域法：以传递函数矩阵为数学模型b自适应控制理论和方法：以系统辨识和参数估计为基础c鲁棒控制方法：系统在最不利的情况下仍能够稳定工作六、控制系统的分类：1、按输入信号的形式：恒值系统和随动系统2、按组成元件特性：线性系统和非线性系统3、按系统中信号的特征：连续系统和离散系统七、对控制系统的基本要求及含义1、稳定性：系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力2、动态性能：系统在受到扰动的影响或是参考输入发生变化时，被控量会随之发生变化，经过一段时间后，被控制量恢复到原来的平衡状态或到达一个新的给定状态3、稳态性能：稳定的系统在过渡过程结束后，其稳态输出偏离希望值的程度，用稳态误差来度量，这是系统精度的衡量指标八、数学模型的定义：描述系统内部物理量或变量之间关系的数学表达式九、模型的定义：基于对系统的知识所建立的关于系统某一方面属性的描述十、建立模型的两种方法：一是根据系统的运动学或动力学的规律和机理，如机械系统中的牛顿定律、电系统中的克希霍夫定律建立系统的数学表达式，这种模型为机理模型；二是根据系统输入输出数据，通过辨识的方法建立模型，为实验模型。
十一、线性定长系统的传递函数的定义：在零值初始条件下，系统或元件输出拉氏变换与输入拉氏变变换之比。
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系统，这种系统的任务是在各种情况下保证系统的输出以一定的精度跟 随参考输入的变化而变化，所以这种系统又称为跟踪系统。 程序控制系统
若系统给定值（参考输入）随时间变化并具有一定的规律，并且是 实现给定的时间函数，这种控制系统称为程序控制系统。也可以说。程 序控制系统是随动控制系统的一种特殊情况。
由系统上述工作过程可知，系统通过反馈电位器不断地对输出量进行检 测并返回输入端与输入量进行比较，得出偏差信号，再利用所得的偏差信号 控制系统运动，以便随时消除偏差。从而实现了工作台位置按指令电位器给 定位置变化的运动目的。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
自动调速系统
图1－8所示为自动调速系统原理图。由图可以明确：控制系统的 任务是保持工作机械恒转速运行。
在研究自动控制系统的工作原理时，为更清楚地表示系统的结构和 组成，说明各元件间信号传递的因果关系，分析系统时常采用方框图表 示。
图1-1 自动控制系统方框图
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
开环控制系统和闭环控制系统
开环控制 如果控制装置
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，称这种控制方 式为开环控制，相 应的系统为开环控 制系统。图1-2为一 个开环控制系统。
发散
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
一个高质量的自动控制系统在其整控制过程中，被控量 和给定量之间的偏差应该越小越好。
工程上，常常从稳定性、快速性、准确性三个方面来评价自动 控制系统的总体控制性能。
稳定性 指控制系统动态过程的振荡倾向和重新恢复平衡工作状态的 能力，是评价系统能否正常工作的重要性能指标。
第一章 自动控制的基本概念
1.2
简要发展历史
1788年，詹姆斯·瓦特设计了 离心调节器，誉为自动控制领 域第一项重大成果。
而后到20世纪30年代，相继对 系统稳定性进行分析，并提出 用于位置控制系统的伺服机构 的概念。
20世纪40年代发展了系统系统 的频域分析法和根轨迹法，成 为经典控制理论的核心。
制对象，则此系统为单变量控制系统，亦称为单输入单输出系统。
多变量控制系统 如果一个控制系统中的被控参数多于一个，控制作用也多于一个，且
个控制回路之间有耦合关系，则此系统为多变量控制系统，亦称为多输 入多输出系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
要了解一个实际的自动控制系统的组成，要画出组成系统的框图，必须 明确下面的一些问题： 1. 哪个是控制对象？被控量是什么?影响被控量的主扰动量是什么? 2. 哪个是执行元件？ 3. 测量被控量的元件有哪些?有哪些反馈环节? 4. 输入量由哪个元件给定的?反馈量与给定量如何进行比较的？ 5. 此外还有哪些元件(或单元)，它们在系统中处于什么地位?起什么作 用?
用，并能按一定的规律发出控制信号和指令。 ③ 执行装置：起具体执行控制信号和指令的作用，给北侧
对象施加某种作用，使其改变输入量。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
控制系统的详细分类： 测量、变送
元件
设定元件
放大元件 执行元件
比较元件
能源元件
校正元件
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
第1一章自动自控动制控的制基的本基概本念概念
系统框图
1.1
自动控制理论概述
1.2 简要历史
1.3 自动控制系统的组成
1.4 自动控制系统的分类
1.5 自动控制系统举例
1.6 自动控制系统的基本要求
1.7 本课程的学习任务与学习要求
1.1 自动控制理论概述
自动控制理论是研究各种自动控制过程共同规律的技术科学。
当系统中存在具有线性特性的组成环节或元件时，系统的特性则 由非线性方程来描述，这样的系统称为非线性控制系统。叠加原理 不适用于此系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
连续和离散控制系统
连续控制系统 当系统中各组成环节的输入、输出信号都是时间的连续函数时，称此
类系统为连续控制系统，亦称为模拟控制系统。 连续控制系统的运动状态或特性一般用微分方程来描述。
图1-3 直流电动机转速闭环控制方框图
闭环控制特点
循环控制， 路径闭合
系统精度高， 抗干扰能力强
结构复杂，元 件和参数配置 要求较高
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
定值、随动和程序控制系统
定值控制系统 系统给定值（参考输入）为恒定常数，这种控制系统称为定值控制
系统，这种系统可通过反馈控制使系统的被控参数（输出）保持恒定、 希望的数值。
第一章 自动控制的基本概念
本章小结
第一章 自动控制的基本概念
本章小结
第一章 自动控制的基本概念
谢 谢 大 家！
图1-2 直流电动机转速控制方框图
开环控制特点
单向传递， 路径不闭合
系统精度低， 抗干扰能力差
结构简单， 调整方便， 成本低
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
开环控制系统和闭环控制系统
闭环控制 如果控制装置
与被控对象之间既 有顺向作用又有反 向联系的控制过程， 称这种控制方式为 闭环控制，相应的 系统为闭环控制系 统。图1-3为一个闭 环控制系统。
自动控制理论相应地分为“经典控制理论”和“现代控制理论” 两大部分。
经典控制理论是指20世纪50年代末期所形成的理论体系。主要研 究单输入-单输出线性定常系统的分析和设计问题。主要采用复频 域分析方法。
现代控制理论始于20世纪60年代初，适用于研究具有高性能、高精度的 多输入-多输出、线性或非线性、定常或时变系统的分析和设计问题，如 最优控制、最优滤波、自适应控制等。
图1－8 自动调速系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
自动调速系统
图1－9 自动调速系统原理框图
这里是通过测量转速（与给定转速的偏差）来控制转速的，因 此，调速系统亦称为按偏差调节的自动控制系统，
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
在实际应用中，虽然自动控制系统的服务对象和系统性能的具体要求不 尽相同，但所有自动控制系统要达到的控制目标是一致的，即在理想情况下， 希望自动控制系统的被控量和给定值在任何时候都相等或保持一个固定的比 例关系，没有任何偏差，而且不受任何干扰的影响，其表达式：
而实际情况下，自动控制系统难免会受到干扰，被控量不能瞬时达到设 定值，其间存在一个变化的过程。
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
系统控制过程中的优劣可以通过动态过程中c(t)的变化较充分的显示 出来。如图1-6为被控量的几种变化情况。
振荡收敛
振荡收敛
等幅振荡
图1-6 系统的阶跃响应
快速性 指控制系统过渡过程的时间的长短，是评价稳定系统暂态性 能指标。
准确性 指控制系统过渡过程结束后，或系统受干扰重新恢复平衡状 态时，最终保持的精度，是反映稳态性能的指标。
第一章 自动控制的基本概念
1.7 本课程的学习任务和学习要求
本书在介绍自动控制原理的基础上，围绕分析问题的思路和方 法、改善系统性能的途径以及分析所得主要结论在实际中的应用而 展开，以求帮助读者为领悟和学习应用控制理论来解决工程实际问 题奠定基础。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控 对象（被控量），使其按照预定的规律运动或变化。
控制装置一般由三部分组成： ① 自动检测装置：自动调节装置：起综合、分析、比较、判断和运算的作
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
线性和非线性控制系统
系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程（或 差分方程）来描述时，这种系统称为线性控制系统。该控制系统可使 用叠加原理。
根据描述系统运动状态的微分（或差分）方程的系数是否随时间 变化，可分为线性定常系统和线性时变系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
位置随动系统
图1－6所示的机床工作台位置随动系统中，控制系统的任务是控 制工作台的位置，使之按指令电位器给出的规律变化。
图1－6 机床工作台位置随动系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
位置随动系统
图1-7 机床工作台位置随动系统方框图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
温度控制系统
如图1-4所示，该控制系统的任务是为了保持炉膛温度恒定。
图1-4 烘烤炉温度控制系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
温度控制系统
图1-5 烘烤炉温度控制系统方框图
由图1-5可以看出来，该控制系统是一个闭合回路，信号经由 调节器、烘烤炉后又反馈到调节器，是一个反馈系统。
20世纪50年代开始，控制系 统的设计重点转移到对确定 系统和随机系统的最优控制、 复杂系统的自适应控制、学 习控制和鲁棒控制的研究。
目前，自动控制理 论正向以控制论、 信息论和人工智能 为基础的智能控制 理论方向发展。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
人 工 控 制
自 动 控 制
离散控制系统 当系统中某些组成环节或元件的输入、输出信号在时间上是离散的，
即仅在离散的瞬间取值时，称此类系统为离散控制系统。 离散控制系统的运动状态或特性一般用差分方程来描述。