控制与仿真的一般知识
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对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期 的状态或性能要求。 （3）自动控制系统：指由控制装置与被控对象等 结合起来且能够对被控对象的一些物理量进行自 动控制的一个有机整体。
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2. 自动控制的任务 利用控制装置自动地操纵控制对象，使被控量
等于系统所应保持的给定值。 若系统给定值以时间函数表示，被控量以时间
2. 系统的三要素 （1）实体：系统是由一些相互联系的实际物体组
合而成的，这些物体称为实体。 （2）属性：组成系统的每个实体都具备一定的特
征，这些特征称为系统的属性。 （3）活动：系统在内外部因素的作用下会按照一
定的规律发生变化，此变化过程称之为活动。 自然界中的系统形形色色，其外在形状或内部
构造存在一定的差别，总归由一些实体组成，每 个实体有一些主要属性，各个系统有其主要的活 动。
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1.2.2 控制系统的分类
控制系统有以下几种分类方法。 1. 按系统的物理特征分类 （1）工程系统 （2）非工程系统 2. 按系统的输出特征分类 （1）随动系统 （2）自动稳定系统 （3）程序控制系统 （4）数字控制系统
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3. 按系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性系统 4. 按系统中信号的变化规律分类 （1）线性连续系统 （2）采样系统 （3）离散事件系统 5. 按系统的复杂程度分类 （1）简单系统 （2）复杂系统
函数表示，则自动控制的任务可以采用下面的数 学表达式来表示：
式 中： ➢被控量也称为输出量 ➢给定值也称为输入量
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1.1.3 对控制系统的性能要求
系统在外信号作用下被控量随时间变化的过程 称动态过程，也叫过渡过程；
当输出量稳定在新的平衡状态并保持不变时， 称稳态过程。
工程实际中对控制系统的总体性能要求是： ➢系统稳定程度要高 ➢动态过程平稳性要好 ➢系统响应时间要短 ➢最终控制精度要高 概括为稳、快、准三个字。
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给定值
控制器
执行机构
干扰
被控对象
被控量
图1-6 按给定值操纵的开环控制
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1.3.2 按干扰值补偿的开环控制
输入量是外部干扰信号，经过测量利用干扰信号产生控制 作用，以补偿或抵消其对系统的影响。
控制过程如图1-8。
干扰量
测量
计算
执行
被控对象
被控量
图1-8 按干扰补偿的开环控制
系统输出量负反馈到输入端，靠输入量与反 馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫做 闭环控制系统。
课程教学目标及要求
➢ 以基础知识和应用能力培养为目标，注重应用型人 才专业技能和实用技术的培养
➢ 系统地学习计算机控制与仿真的基本知识、基本理 论及其应用技术
➢ 掌握仿真原理及仿真算法，熟练运用MATLAB和 SIMULINK对控制系统进行仿真编程、调试及运行
➢ 课程讲授中，强调以应用技术为主线，通过实例分 析强化知识的的理解
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按干扰值补偿的开环控制具备以下特点： （1）外部输入干扰量经测量、计算、执行装置到被 控对象单向传递； （2）系统干扰信号端加入测量装置以后，可将干扰 量检测出来并对其进行补偿； （3）常用于系统内外部干扰信号较大且可以测量的 场合。
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1.3.3 按偏差调节的闭环控制
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1.1 自动控制的基本知识
1.1.1 系统的含义与特性
1. 系统的定义
控制工程中，由相互联系、相互作用的物体 所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体 称为系统。
日常生活中常见的温度控制、速度调节、交 通管理、民航订票、生态监控等等，都可以看 作是一个完整的系统。
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1.2 控制系统的组成及分类
1.2.1 控制系统的组成
以图1-3所示典型闭环控制系统为例。
r+ e
b
n
G1 m + +
H
c G2
图1-3 典型闭环控制系统结构图
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1. 典型装置及其含义
（1）控制装置G1：对被控对象起控制作用的设备总称 （2）被控对象G2：系统中的被控制对象 （3）反馈环节H：用于检测系统输出状况的测量装置 （4）比较环节：在系统中进行信号叠加的作用点
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3. 有关的名词术语
（1）前向通道：从系统输入端到输出端的正向传输通道 （2）主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道 （3）主反馈回路：前向通道与主反馈通道的闭合回路 （4）局部反馈回路：信号从前向通道与反馈通道连续传 输的闭合回路。 （5）单位反馈系统：主反馈环节H=1时 （6）非单位反馈系统：主反馈环节H≠1。
➢ 教学内容由浅入深，循序渐进，层次清晰，脉络分 明，突出重点，相关概念、理论及应用均以基本要 求为主
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第1章 控制与仿真的一般知识
通过本章学习，应该掌握以下内容： • 自动控制的基本概念及其应用 • 控制系统的分类和总体性能要求 • 系统仿真的概念及其特点 • 系统仿真的分类及仿真过程 • 计算机仿真的特点及其应用
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3. 系统的特性 一个完整的系统应该具备以下几个方面的主
要特性： （1）整体性 （2）结构性 （3）相关性 （4）历时性 （5）有序性
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1.1.2 自动控制的概念及应用
1. 自动控制的相关概念 （1）控制：对被控对象进行主动的干预、管理和
操纵的过程。 （2）自动控制：采用控制装置自动地、有目的地
2. 各类信号及其含义
（1）输入信号：系统外部输入量，即给定值 （2）输出信号：系统的输出量，也称被控制量 （3）主反馈信号：从系统输出端取出，经过测量和变换又引
入到系统输入端的信号 （4）偏差信号：输入信号与主反馈信号之差，e＝r－b （5）控制信号：控制装置的输出量 （6）干扰信号：系统内部和外部的干扰量
Biblioteka Baidu13
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1.3 开环控制与闭环控制的基本原理
按系统输入信号特点和有无测量反馈信号，可将系统的控 制方式分为开环控制和闭环控制两大类。
1.3.1 按给定值操纵的开环控制
按照系统给定值来控制输出量，两者之间一一对应。其 控制过程如图1-6所示。 按给定值操纵的开环控制具备以下特点： （1）信号单向传递 （2）控制精度比较低 （3）结构简单，成本低，容易实现
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2. 自动控制的任务 利用控制装置自动地操纵控制对象，使被控量
等于系统所应保持的给定值。 若系统给定值以时间函数表示，被控量以时间
2. 系统的三要素 （1）实体：系统是由一些相互联系的实际物体组
合而成的，这些物体称为实体。 （2）属性：组成系统的每个实体都具备一定的特
征，这些特征称为系统的属性。 （3）活动：系统在内外部因素的作用下会按照一
定的规律发生变化，此变化过程称之为活动。 自然界中的系统形形色色，其外在形状或内部
构造存在一定的差别，总归由一些实体组成，每 个实体有一些主要属性，各个系统有其主要的活 动。
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1.2.2 控制系统的分类
控制系统有以下几种分类方法。 1. 按系统的物理特征分类 （1）工程系统 （2）非工程系统 2. 按系统的输出特征分类 （1）随动系统 （2）自动稳定系统 （3）程序控制系统 （4）数字控制系统
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3. 按系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性系统 4. 按系统中信号的变化规律分类 （1）线性连续系统 （2）采样系统 （3）离散事件系统 5. 按系统的复杂程度分类 （1）简单系统 （2）复杂系统
函数表示，则自动控制的任务可以采用下面的数 学表达式来表示：
式 中： ➢被控量也称为输出量 ➢给定值也称为输入量
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1.1.3 对控制系统的性能要求
系统在外信号作用下被控量随时间变化的过程 称动态过程，也叫过渡过程；
当输出量稳定在新的平衡状态并保持不变时， 称稳态过程。
工程实际中对控制系统的总体性能要求是： ➢系统稳定程度要高 ➢动态过程平稳性要好 ➢系统响应时间要短 ➢最终控制精度要高 概括为稳、快、准三个字。
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给定值
控制器
执行机构
干扰
被控对象
被控量
图1-6 按给定值操纵的开环控制
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1.3.2 按干扰值补偿的开环控制
输入量是外部干扰信号，经过测量利用干扰信号产生控制 作用，以补偿或抵消其对系统的影响。
控制过程如图1-8。
干扰量
测量
计算
执行
被控对象
被控量
图1-8 按干扰补偿的开环控制
系统输出量负反馈到输入端，靠输入量与反 馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫做 闭环控制系统。
课程教学目标及要求
➢ 以基础知识和应用能力培养为目标，注重应用型人 才专业技能和实用技术的培养
➢ 系统地学习计算机控制与仿真的基本知识、基本理 论及其应用技术
➢ 掌握仿真原理及仿真算法，熟练运用MATLAB和 SIMULINK对控制系统进行仿真编程、调试及运行
➢ 课程讲授中，强调以应用技术为主线，通过实例分 析强化知识的的理解
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按干扰值补偿的开环控制具备以下特点： （1）外部输入干扰量经测量、计算、执行装置到被 控对象单向传递； （2）系统干扰信号端加入测量装置以后，可将干扰 量检测出来并对其进行补偿； （3）常用于系统内外部干扰信号较大且可以测量的 场合。
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1.3.3 按偏差调节的闭环控制
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1.1 自动控制的基本知识
1.1.1 系统的含义与特性
1. 系统的定义
控制工程中，由相互联系、相互作用的物体 所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体 称为系统。
日常生活中常见的温度控制、速度调节、交 通管理、民航订票、生态监控等等，都可以看 作是一个完整的系统。
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1.2 控制系统的组成及分类
1.2.1 控制系统的组成
以图1-3所示典型闭环控制系统为例。
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G1 m + +
H
c G2
图1-3 典型闭环控制系统结构图
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1. 典型装置及其含义
（1）控制装置G1：对被控对象起控制作用的设备总称 （2）被控对象G2：系统中的被控制对象 （3）反馈环节H：用于检测系统输出状况的测量装置 （4）比较环节：在系统中进行信号叠加的作用点
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3. 有关的名词术语
（1）前向通道：从系统输入端到输出端的正向传输通道 （2）主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道 （3）主反馈回路：前向通道与主反馈通道的闭合回路 （4）局部反馈回路：信号从前向通道与反馈通道连续传 输的闭合回路。 （5）单位反馈系统：主反馈环节H=1时 （6）非单位反馈系统：主反馈环节H≠1。
➢ 教学内容由浅入深，循序渐进，层次清晰，脉络分 明，突出重点，相关概念、理论及应用均以基本要 求为主
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第1章 控制与仿真的一般知识
通过本章学习，应该掌握以下内容： • 自动控制的基本概念及其应用 • 控制系统的分类和总体性能要求 • 系统仿真的概念及其特点 • 系统仿真的分类及仿真过程 • 计算机仿真的特点及其应用
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3. 系统的特性 一个完整的系统应该具备以下几个方面的主
要特性： （1）整体性 （2）结构性 （3）相关性 （4）历时性 （5）有序性
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1.1.2 自动控制的概念及应用
1. 自动控制的相关概念 （1）控制：对被控对象进行主动的干预、管理和
操纵的过程。 （2）自动控制：采用控制装置自动地、有目的地
2. 各类信号及其含义
（1）输入信号：系统外部输入量，即给定值 （2）输出信号：系统的输出量，也称被控制量 （3）主反馈信号：从系统输出端取出，经过测量和变换又引
入到系统输入端的信号 （4）偏差信号：输入信号与主反馈信号之差，e＝r－b （5）控制信号：控制装置的输出量 （6）干扰信号：系统内部和外部的干扰量
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1.3 开环控制与闭环控制的基本原理
按系统输入信号特点和有无测量反馈信号，可将系统的控 制方式分为开环控制和闭环控制两大类。
1.3.1 按给定值操纵的开环控制
按照系统给定值来控制输出量，两者之间一一对应。其 控制过程如图1-6所示。 按给定值操纵的开环控制具备以下特点： （1）信号单向传递 （2）控制精度比较低 （3）结构简单，成本低，容易实现