自动控制原理和基本概念
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人造卫星 制导导弹 雷达技术
人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收
5
无人驾驶飞机按预定轨迹飞行
渐露锋芒地无人驾驶飞机
制导导弹 现代的6 高新技术让导弹长上了 “眼睛”和“大脑”，利用负反馈 控制原理去紧紧盯住目标.
雷达技术 雷达操作时，要注视和侦察整个天 空的状况，天线就要不停地转动， 用一个驱动马达使天线作360度的旋 转，这样它就能在360度范围内进行 “搜索”。
（3）被控对象。是指要求实现自动控制的机器、 设备或生产过程。例如，汽车、飞机、炼钢、化 工生产的锅炉等。
（4）控制装置。是指对被控对象起控制作用的设 备总体。它可以采用不同的原理和方式对被控对 象进行控制。最基本的是反馈控制系统。
14
反馈控制的原理：
在反馈控制系统中，被控装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量 的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被 控对象进行控制的任务。
控制理论的发展过程一般可分为三个阶段： （1）第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经 典控制理论”时期。经典控制理论主要是解决单输入单输 出、线性定常系统的分析和设计问题，主要采用传递函数、 频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。
这一时期的主要代表人物有伯德（H.W.Bode 1905～） 和伊文思（W.R.Evans）。伯德于1945年提出了简便而 实用的伯德图法。1948年，伊文思提出了直观而又形象的 根轨迹法。
给定元件给出的输入量进行比较，求出它们之间的偏 差。 （4）放大元件：偏差信号的放大，用以推动执行元件 （5） 执行元件：直接推动被控对象，使被控量发生变 化。 （6） 校正元件：也叫补偿元件，以改善系统性能。
典型的反馈控制系统基本组成框：
18
信号从输入端到达输出端的传输通路称为前向通路； 系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路。 前向通路与主反馈通路共同构成主回路。 此外还有局部反馈通路。 只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，有两个或两个以上反馈通路
7 人工控制与自动控制
煤气灶上油煎鸡蛋 电饭煲
时的油温控制
空调
自行车速度控制 汽车驾驶 收音机音量调节
抽水马桶 汽轮机转速控制 导弹飞行控制
声控光控路灯
8 自动控制技术应用于其他领域
由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技 术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个 领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理 等领域，控制技术已成为现代社会不可ห้องสมุดไป่ตู้少的重要 组成部分。
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、 数字控制技术、航天工程、核动力工程等方 面的研究和应用取得了长足进展。
工业自动生产线
9
1.1.2 自动控制科学
10
自动控制理论就是研究自动控制共同规律的技术 科学，它的发展初期是以反馈理论为基础的自动 调节原理，随着工业生产和科学技术的发展，现 已发展成为一门独立的学科——控制论。
物体--飞船，电炉。（飞船控制） 装置--锅炉，汽机。（锅炉控制） 过程--燃烧，传动。（燃烧控制） 系统--电力，化工，冶金。（电力控制）
4 1.1.1 自动控制技术及应用
自动为状控制态控:就或制是参器指数）在（操没称作有为被人被控直控对接量象参）（使与如其的机按情器预况、先下设设，备定利或的用生规外产律加过自的程动设）运备的行（某。个称 如：飞机导航
1（2 3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着 “大系统理论”和“智能控制”方向发展。
前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。
“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律， 研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。
自动控制科学研究也出现了许多分支，如自适应控制，混杂控制，模糊控制 以及神经网络控制等。
13 1.1.3反馈控制原理
（1）系统。即为达到某一目的，由相互制约的各 个部分按一定规律组成的、具有一定功能的整体。
（2）自动控制系统。实现各种复杂的控制任务时， 将被控对象和被控装置按照一定方式连接起来， 组成一个有机总体，即自动控制系统。
11 （2）第二阶段。时间为20世纪60～70年代， 称为“现代控制理论”时期。
这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空 间技术的发展。
经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一 阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即 所谓状态空间法。
这一时期的主要代表人物有庞特里亚金、贝尔 曼（Bellman），及卡尔曼（R.E.Kalman， 1930～）等人。庞特里亚金于1961年发表了极 大值原理；贝尔曼在1957年提出了动态规化原 则；1959年，卡尔曼和布西发表了关于线性滤 波器和估计器的论文，即所谓著名的卡尔曼滤 波。
1
自动控制原理和基本概念
第一章 自动控制的一般概念
2
一、自动控制的基本原理与方式 二、自动控制系统示例 三、自动控制系统的分类 四、对自动控制系统的基本要求
1.13 自动控制的基本原理与方式
控制（CONTROL）的含义----某个主体使某个客体按照一定的目的动作 主体---人：人工控制； 机器：自动控制 客体---指一件物体，一套装置，一个物化过程，一个特定系统。
15
例子
在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。
16
放大器
触发器
整流器
1.1.4反馈控制系统的基本组成
17
反馈控制系统包含被控对象和被控装置。其中被控装置的主要元件有：
（1） 测量元件：检测被控制的物理量。 （2） 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的系统
输入量。 （3）比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与
的 系统称为多回路系统。
19
1.1.5 自动控制系统基本控制方式
反馈控制方式是自动控制系统最基本的控制方式，也是应用最广泛的一 种控制方式。
此外还有开环控制方式、复合控制方式。目前新的控制方式：最优控制、 自适应控制、模糊控制。
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•反馈控制方式
人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收
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无人驾驶飞机按预定轨迹飞行
渐露锋芒地无人驾驶飞机
制导导弹 现代的6 高新技术让导弹长上了 “眼睛”和“大脑”，利用负反馈 控制原理去紧紧盯住目标.
雷达技术 雷达操作时，要注视和侦察整个天 空的状况，天线就要不停地转动， 用一个驱动马达使天线作360度的旋 转，这样它就能在360度范围内进行 “搜索”。
（3）被控对象。是指要求实现自动控制的机器、 设备或生产过程。例如，汽车、飞机、炼钢、化 工生产的锅炉等。
（4）控制装置。是指对被控对象起控制作用的设 备总体。它可以采用不同的原理和方式对被控对 象进行控制。最基本的是反馈控制系统。
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反馈控制的原理：
在反馈控制系统中，被控装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量 的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被 控对象进行控制的任务。
控制理论的发展过程一般可分为三个阶段： （1）第一阶段。时间为20世纪40～60年代，称为“经 典控制理论”时期。经典控制理论主要是解决单输入单输 出、线性定常系统的分析和设计问题，主要采用传递函数、 频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。
这一时期的主要代表人物有伯德（H.W.Bode 1905～） 和伊文思（W.R.Evans）。伯德于1945年提出了简便而 实用的伯德图法。1948年，伊文思提出了直观而又形象的 根轨迹法。
给定元件给出的输入量进行比较，求出它们之间的偏 差。 （4）放大元件：偏差信号的放大，用以推动执行元件 （5） 执行元件：直接推动被控对象，使被控量发生变 化。 （6） 校正元件：也叫补偿元件，以改善系统性能。
典型的反馈控制系统基本组成框：
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信号从输入端到达输出端的传输通路称为前向通路； 系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路。 前向通路与主反馈通路共同构成主回路。 此外还有局部反馈通路。 只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，有两个或两个以上反馈通路
7 人工控制与自动控制
煤气灶上油煎鸡蛋 电饭煲
时的油温控制
空调
自行车速度控制 汽车驾驶 收音机音量调节
抽水马桶 汽轮机转速控制 导弹飞行控制
声控光控路灯
8 自动控制技术应用于其他领域
由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技 术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个 领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理 等领域，控制技术已成为现代社会不可ห้องสมุดไป่ตู้少的重要 组成部分。
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、 数字控制技术、航天工程、核动力工程等方 面的研究和应用取得了长足进展。
工业自动生产线
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1.1.2 自动控制科学
10
自动控制理论就是研究自动控制共同规律的技术 科学，它的发展初期是以反馈理论为基础的自动 调节原理，随着工业生产和科学技术的发展，现 已发展成为一门独立的学科——控制论。
物体--飞船，电炉。（飞船控制） 装置--锅炉，汽机。（锅炉控制） 过程--燃烧，传动。（燃烧控制） 系统--电力，化工，冶金。（电力控制）
4 1.1.1 自动控制技术及应用
自动为状控制态控:就或制是参器指数）在（操没称作有为被人被控直控对接量象参）（使与如其的机按情器预况、先下设设，备定利或的用生规外产律加过自的程动设）运备的行（某。个称 如：飞机导航
1（2 3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着 “大系统理论”和“智能控制”方向发展。
前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。
“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律， 研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。
自动控制科学研究也出现了许多分支，如自适应控制，混杂控制，模糊控制 以及神经网络控制等。
13 1.1.3反馈控制原理
（1）系统。即为达到某一目的，由相互制约的各 个部分按一定规律组成的、具有一定功能的整体。
（2）自动控制系统。实现各种复杂的控制任务时， 将被控对象和被控装置按照一定方式连接起来， 组成一个有机总体，即自动控制系统。
11 （2）第二阶段。时间为20世纪60～70年代， 称为“现代控制理论”时期。
这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空 间技术的发展。
经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一 阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即 所谓状态空间法。
这一时期的主要代表人物有庞特里亚金、贝尔 曼（Bellman），及卡尔曼（R.E.Kalman， 1930～）等人。庞特里亚金于1961年发表了极 大值原理；贝尔曼在1957年提出了动态规化原 则；1959年，卡尔曼和布西发表了关于线性滤 波器和估计器的论文，即所谓著名的卡尔曼滤 波。
1
自动控制原理和基本概念
第一章 自动控制的一般概念
2
一、自动控制的基本原理与方式 二、自动控制系统示例 三、自动控制系统的分类 四、对自动控制系统的基本要求
1.13 自动控制的基本原理与方式
控制（CONTROL）的含义----某个主体使某个客体按照一定的目的动作 主体---人：人工控制； 机器：自动控制 客体---指一件物体，一套装置，一个物化过程，一个特定系统。
15
例子
在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。
16
放大器
触发器
整流器
1.1.4反馈控制系统的基本组成
17
反馈控制系统包含被控对象和被控装置。其中被控装置的主要元件有：
（1） 测量元件：检测被控制的物理量。 （2） 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的系统
输入量。 （3）比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与
的 系统称为多回路系统。
19
1.1.5 自动控制系统基本控制方式
反馈控制方式是自动控制系统最基本的控制方式，也是应用最广泛的一 种控制方式。
此外还有开环控制方式、复合控制方式。目前新的控制方式：最优控制、 自适应控制、模糊控制。
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•反馈控制方式