自动控制原理AutomaticControlSystems
自控01
阀门
空气
控制量
速度调节器
预期 工作状态
氧气测量
温度测量
压力测量
转速测量
电流电压测量
预期 输出功率
控 制 器
1.1.2 自动控制理论的发展
(1)工业化促使自动控制装置产生 )
最早工业应用的自动装置: 最早工业应用的自动装置:
1769年Watt发明的飞球式蒸汽机调速器. 年 发明的飞球式蒸汽机调速器. 发明的飞球式蒸汽机调速器 凭借直觉的实证性发明) (凭借直觉的实证性发明)
– 系统从一个稳态过渡到另一个稳态后的精度 – 系统达到稳态时的稳态误差
整体思路
�
1.2.2 按输入信号特征分类
1,恒值控制系统 , 2, 2,随动控制系统 3,程序控制系统 ,
1,恒值控制系统 ,
输入量为给定值 输出量的任务是克服扰动,得到对 输出量的任务是克服扰动, 应于输入量的恒定值 例如:电动机的转速控制系统 例如:
2,随动控制系统 ,
输入信号是未知的时变函数 输出量的任务是精确地,快速地 输出量的任务是精确地, 跟踪输入信号 例如:雷达跟踪系统 例如:
1.3 对控制系统的基本要求
1.2.1 稳定性 1.2.2 动态性能 1.2.3 稳态性能
1.2.1 稳定性
稳定性的概念 稳定性是系统正常工作过程的快速 动态性能:
性和振荡性 – 上升时间 – 调整时间 – 超调量
1.2.3 稳态性能
稳态性能:系统的控制精度 稳态性能:
3. 复合控制系统
复合控制系统: 复合控制系统: 复合控制系统 在对自动控制装置提出很高的要求时, 在对自动控制装置提出很高的要求时, 可设计一种开环控制和闭环控制相结合 的复合控制系统, 的复合控制系统,如直流输电系统逆变 侧的定熄弧角控制. 侧的定熄弧角控制. 优点: 优点: 优点 开环部分:速度快 开环部分: 开环部分 闭环部分:精度高 闭环部分: 闭环部分
L1自动控制原理
自动控制系统
3
控制理论的发展
原始控制设备
没有理论指导 单输入(SI) 多输入输出（MIMO）
经典控制理论
现代控制理论
大系统理论/复杂系统理论 智能控制理论
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控制理论的发展
经典控制理论
研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽 车的运动轨迹等。
d m r(t) d m-1r(t) dr(t) bm b b b 0 r(t) m-1 1 m m-1 dt dt dt
式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量 主要特点是具有叠加性和齐次性。
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非线性系统
特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非 线性环节。 非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目前 尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。 近似处理。
放大器
执行机构 （步进电机）
工作机床
切削刀具
图纸
指令
8
自动控制系统的分类Leabharlann 闭环控制系统（反馈控制系统）
特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回 路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号 通过测量元件反馈到系统的输入端，通过比较、 控制来减小系统误差。
微型计算机 放大器 执行机构 工作机床 切削刀具 位移
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自动控制系统的分类
其他分类方式
按系统数学模型参数特性分：定常系统和时变系统 按功能分：温度控制系统、速度控制系统、位置控制 系统等。 按元件组成分：机电系统、液压系统、生物系统等。
848自动控制原理
848自动控制原理自动控制原理（Automatic Control Principle）是研究自动控制系统的基础理论，它研究了自动控制系统的设计、分析与优化方法，以及自动控制系统的稳定性、精度、鲁棒性等性能指标。
自动控制原理在现代工程学中有广泛的应用，涵盖了诸如电力系统、机械系统、航空航天系统、工业生产过程控制等众多领域。
自动控制原理的基本概念是通过对系统的输入和输出之间的关系进行建模和分析，从而设计出合适的控制器来实现指定的控制目标。
在自动控制原理中，系统可以是物理系统（如电路、机械系统等），也可以是非物理系统（如信息网络、经济系统等）。
控制器可以是传统的PID控制器，也可以是现代的模糊控制器、神经网络控制器等。
自动控制原理的核心是建立系统的数学模型。
通过对系统的输入和输出进行数学表达，可以得到系统的传递函数或状态空间表达式。
传递函数描述了系统的输入和输出之间的关系，而状态空间表达式则描述了系统在一些离散时间点下的状态。
根据系统模型，可以对系统的性能进行分析和优化，从而设计出合适的控制策略。
在自动控制原理中，稳定性是一个重要的性能指标。
稳定性是指当系统受到外部扰动时，系统不会发生不可控制的变化。
稳定性分析方法可以分为两种，一种是通过系统的传递函数或状态空间方程进行频域稳定性分析，另一种是通过系统的特征根进行时域稳定性分析。
通过稳定性分析，可以确定系统的稳定范围，并根据需要设计出合适的控制策略，使系统保持稳定。
另一个重要的性能指标是精度。
精度是指系统输出与期望输出之间的差异。
在自动控制中，常用的控制方法是比例-积分-微分（PID）控制。
PID控制器通过根据系统的误差调整控制量，来使系统输出接近期望输出。
通过精确调整PID控制器的参数，可以使系统的精度达到较高的水平。
鲁棒性是自动控制系统的另一个重要性能指标。
鲁棒性是指系统对于参数变化、外部扰动和模型不确定性的抗干扰能力。
在现实环境中，系统的参数往往存在误差和变化，而模型的不确定性也是不可避免的。
自动控制原理 第一章 绪论
执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被
控对象。
放大元件：将比较元件给出的偏差信号放大以驱动执行元件去
控制被控对象。 放大和校正根据系统的性能要求而取舍。 参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
五、自动控制系统简史
公元前250年，古希腊的浮子阀门调节装置用于控制
水位；
近代最ห้องสมุดไป่ตู้的温度控制装置是荷兰化学家和机械学家考·
2、线性定常离散系统
离散系统是指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数 码形式，信号在时间上是离散的。如：工业计算机控制系统。
一般用如下所示线性差分方程来描述离散系统：
a0c(k n) a1c(k n 1) …… an 1c(k 1) an c(k ) b0 r(k m) b1r(k m 1) …… bm-1r(k 1) bm r(k )
自动控制原理
Automatic Control Systems
第一章 绪论
自动控制系统的基本概念
自动控制的基本方式 对控制系统的性能要求
第一节 自动控制系统的基本概念
一、 控制系统的基本概念
控制：是使某些物理量按指定的规律变化。
受控对象：工作的机器、设备、生产过程等； 被控量c(t)：表征受控对象状态的物理参量；
例如：
水位高度控制系统原理图
水位高度控制系统原理方框图
三、按偏差调节的闭环控制
特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。 优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起 的变动。 给定值
计算比较 －
执行
干扰 ＋ 被控量 被控对象
测量 按偏差调节的系统原理方框图
自动控制原理AutomaticControlSystems
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输入量 偏差量 _
控制器
控制量
被控对象 输出量
反馈量
测量元件
图1-3 闭环控制系统
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在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作 用，若能取自被控量（输出量）的反馈信息（反馈 量），即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控 对象进行控制的任务，那么这种控制原理称为反馈控 制原理。正是由于引入了反馈信息（反馈量），使整 个控制过程成为闭合的，因此，按反馈控制原理建立 起来的控制系统，叫做闭环控制系统。在闭环控制系 统中，其控制作用的基础是被控量（输出量）与给定 值之间的偏差，这个偏差是各种实际扰动所导致的总 “后果”，它并不区分其中的个别原因。因此，这种 系统往往同时能够抵制多种扰动，而且对系统自身元 部件参数的波动也不甚敏感。
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自动控制系统的性能，在很大程度上取决于系统中的控制器为了 产生控制作用而必须接收的信息，这个信息有两个可能的来源： 1）来自系统外部，即由系统输入端输入的参考输入信号。 2）来自被控对象的输出端，即反映被控对象的行为或状态的信 息。 把从被控对象输出端获得的信息通过中间环节（称为反馈环节） 再送回控制器的输入端的过程，称为反馈。传送反馈信息的载体， 称为反馈信号。是否采用反馈，对控制系统的各个指标（即稳定 性、快速性、准确性）影响很大。因此系统的基本控制方式也按 有无反馈分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。
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1.2.1 开环控制
开环控制是一种最简单的控制方式，其 特点是在控制器与被控对象之间只有正 向控制作用而没有反馈控制作用，即系 统的输出量对控制量没有影响。开环控 制系统的示意图如图1-1所示。
821自动控制原理
821自动控制原理自动控制原理（Automatic Control Principle）是工程学中一个重要的分支，主要研究如何在外界干扰的情况下实现系统的自动控制、稳定运行。
在现代工业生产、交通运输、能源等领域中，通过自动控制原理来提高效率、降低成本、提高安全性已经成为一种必然趋势。
本文将从自动控制的基本概念、基于反馈原理的控制系统、控制系统性能指标以及常见的自动控制器等方面进行详细阐述。
自动控制的基本概念自动控制是指通过对受控对象进行测量和判断，利用控制器对其进行调节，当受控对象输出与期望输出有差异时，通过改变控制器的输出信号，使得受控对象输出尽可能接近期望输出的一种技术和方法。
自动控制的目标是使得系统输出尽可能接近期望输出，并具有稳定的性能。
基于反馈原理的控制系统基于反馈原理的控制系统是现代自动控制领域的重要理论基础之一、它的基本结构包括受控对象、传感器、执行器和控制器。
其中，传感器用于对受控对象的输出进行测量，将测量结果反馈给控制器；控制器根据反馈信号和期望输出之间的差异，通过执行器对受控对象进行调节。
控制系统性能指标控制系统性能指标用于衡量控制系统的性能好坏，常见的指标包括稳定性、快速性、精确性和抗干扰性。
稳定性指系统在受到外界干扰后能够保持稳定；快速性指系统响应时间的快慢；精确性指系统输出与期望输出之间的差异；抗干扰性指系统对外界干扰的抵抗能力。
常见的自动控制器常见的自动控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。
比例控制器根据反馈信号与期望输出之间的差异，按比例进行调节；积分控制器根据误差与时间的乘积进行积分，用来补偿系统的稳态误差；微分控制器根据误差的变化率进行调节，主要用于提高系统的动态响应能力；PID控制器综合了比例控制器、积分控制器和微分控制器的优点，是目前最常用的自动控制器。
总结自动控制原理是工程学中一个重要的分支，它研究如何实现系统的自动控制、稳定运行。
基于反馈原理的控制系统是现代自动控制领域的重要理论基础，通过测量和判断、调节控制器输出，使系统输出尽可能接近期望输出。
自动控制原理专业词汇中英文对照.pdf
自动控制原理专业词汇中英文对照.pdf自动控制原理专业词汇中英文对照中文英文自动控制automatic control；cybernation 自动控制系统automatic control system自动控制理论 automatic control theory经典控制理论 classical control theory现代控制理论 modern control theory智能控制理论intelligent control theory 开环控制open-loop control闭环控制 closed-loop control输入量 input输出量 output给定环节 given unit/element比较环节 comparing unit/element放大环节 amplifying unit/element执行环节 actuating unit/element控制环节 controlling unit/element被控对象 (controlled) plant反馈环节 feedback unit/element控制器 controller扰动/干扰 perturbance/disturbance前向通道 forward channel反馈通道feedback channel 恒值控制系统constant control system随动控制系统servo/drive control system 程序控制系统programmed control system 连续控制系统continuous control system离散控制系统 discrete control system线性控制系统 linear control system非线性控制系统 nonlinear control system定常/时不变控制系统time-invariant control system 时变控制系统 time-variant control system 稳定性 stability快速性 rapidity准确性 accuracy数学模型 mathematical model微分方程 differential equation非线性特性 nonlinear characteristic线性化处理 linearization processing泰勒级数 Taylor series传递函数 transfer function比例环节 proportional element积分环节 integrating element一阶惯性环节 first order inertial element二阶惯性环节 second order inertial element二阶震荡环节second order oscillation element 微分环节differentiation element一阶微分环节 first order differentiation element二阶微分环节 second order differentiation element 延迟环节delay element动态结构图 dynamic structure block串联环节 serial unit并联环节 parallel unit信号流图 signal flow graph梅逊增益公式Mason’s gain formula时域分析法 time domain analysis method性能指标 performance index阶跃函数 step function斜坡函数 ramp function抛物线函数 parabolic function /acceleration function 冲击函数impulse function正弦函数 sinusoidal function动态/暂态响应 transient response静态/稳态响应 steady-state response 延迟时间 delay time上升时间 rise time峰值时间 peak time调节时间 settling time最大超调量 maximum overshoot稳态误差 steady-state error无阻尼 undamping欠阻尼 underdamping过阻尼 overdamping特征根 eigen root极点 pole零点 zero实轴 real axis虚轴 imaginary axis 稳态/静态分量 steady-state component 瞬态/暂态/动态分量transient component 运动模态motion mode衰减 attenuation系数 coefficient初相角 initial phase angle响应曲线 response curve主导极点 dominant pole 劳斯稳定判据 Routh stability criterion S平面 S plane胡尔维茨稳定判据Hurwitz stability criterion 测量误差measurement error扰动误差 agitation error结构性误差 structural error偏差 deviation根轨迹 root locus 常规根轨迹 routine root locus根轨迹方程 root locus equation 幅值 magnitude幅角 argument对称性 symmetry分离点 separation/break away point会合点 meeting/break-in point渐近线 asymptote出射角 emergence angle/angle of departure入射角incidence angle/angle of arrival 广义根轨迹generalized root locus零度根轨迹zero degree root locus 偶极子dipole/zero-pole pair 频域分析法frequency-domain analysis method 频率特性frequency characteristic极坐标系 polar coordinate system直角坐标系 rectangular coordinate system幅频特性 magnitude-frequency characteristic相频特性phase-frequency characteristic 幅相频率特性magnitude-phase frequency characteristic 最小相位系统minimum phase system非最小相位系统 nonminimum phase system奈奎斯特稳定判据Nyquist stability criterion 伯德定理Bode theorem稳定裕度 stability margin幅值裕度 magnitude margin 相位/相角裕度 phase margin对数幅频特性 log magnitude-frequency characteristic 无阻尼自然震荡角频率 undamped oscillation angular frequency 阻尼震荡角频率damped oscillation angular frequency 阻尼角damping angle带宽频率bandwidth frequency 穿越/截止频率crossover/cutoff frequency 谐振峰值 resonance peak系统校正 system compensation超前校正 lead compensation滞后校正 lag compensation自激震荡 self-excited oscillation死区特性 dead zone characteristic饱和特性 saturation characteristic间隙特性 backlash characteristic描述函数法 describing function method相平面法 phase plane method 采样控制系统 sampling control system数字控制系统 digital control system频谱 frequency spectrum 采样定理 sampling theorem信号重现 signal recurrence拉氏变换 Laplace transformZ变换 Z transform终值定理 final-value theorem差分方程 difference equation迭代法 iterative method 脉冲传递函数 pulse transfer function 零阶保持器 zero-order holder映射 mapping方框图 block diagram伯德图 Bode diagram特征方程 characteristic equation可控性 controllability临界阻尼 critical damping阻尼常数 damping constant阻尼比 damping ratio初始状态 initial state初值定理 initial-value theorem反Z变换 inverse Z-transformation负反馈 negative feedback正反馈 positive feedback 尼科尔斯图 Nichols chart部分分式展开partial fraction expansion 幅角原理argument principle相对稳定性 relative stability共振频率 resonant frequency劳斯表 Routh tabulation/array奇点 singularity渐进稳定性 asymptotic stability控制精度 control accuracy临界稳定性 critical stability耦合 coupling解耦 decoupling比例积分微分调节器proportional integral derivative regulator(PID) 串联校正 series/cascade compensation 单输入单输出 single input single output(SISO)多输入多输出 multi input multi output(MIMO)低通滤波器 low pass filter非线性系统 nonlinear system复合控制 compound control衰减振荡 damped oscillation主反馈 monitoring feedback 转折(交接)频率 break frequency 稳定焦点/节点 stable focus/node。
810自动控制原理参考书目
810自动控制原理参考书目自动控制原理是工程领域中的重要学科，涉及到控制系统的设计和分析，以及相关的数学和物理原理。
以下是一些适合作为810自动控制原理参考书目的推荐：1. "现代控制工程" - 作者：Katsuhiko Ogata这本书是自动控制领域的经典教材之一，被广泛用于工程教育和研究。
书中详细介绍了自动控制理论和方法，包括传统的经典控制理论以及现代控制理论如状态空间法和多变量控制。
2. "Automatic Control Systems" - 作者：Benjamin C. Kuo这本书也是控制工程经典教材之一，非常适合初学者。
它提供了基本的自动控制原理和方法，包括传统的PID控制和频域分析技术。
3. "Feedback Control of Dynamic Systems" - 作者：Gene F. Franklin, J.D Powell, Abbas Emami-Naeini这本书介绍了反馈控制的理论和实践。
它涵盖了控制系统的数学建模、系统分析和设计方法，以及现代控制理论的进一步扩展。
4. "Modern Control Engineering" - 作者：Daud John Ogunnaike, William Harmon Ray这本教材涵盖了现代控制工程的各个方面，包括控制系统建模、分析和设计。
它还介绍了高级控制策略，如自适应控制和优化控制。
通过阅读以上推荐的参考书目，读者可以系统地学习和理解自动控制原理的基本概念和方法。
这些教材提供了广泛的案例和习题，帮助读者加深对自动控制原理的理解，并提供实际应用的指导。
无论是对于学生还是从业人员，这些书籍都可作为学习和参考的宝贵资源。
自动控制原理第六版课件-第一章
三、相关课程 先导课程：高等数学及工程数学、电路理论、电子技术等； 后续课程：现代控制理论、自动控制系统、智能控制理论等。
四、学习要求 1、坚持及时预习、复习； 2、独立完成作业、实验与实验报告
Automatic Control Theory
§1.自动控制的一般概念
第一章 自动控制的一般概念
Automatic Control Theory
§1.自动控制的一般概念
1.5 基本控制方式
1.开环控制: 指系统的输出量对系统不产生控制作用 的控制方式. 开环控制有两种情形 ：
1）按给定值控制;
输入 控制器
被控对象
输出
2）按扰动补偿控制(/顺馈控制)
补偿环节
扰动
输入
控制器
被控对象 输出
Automatic Control Theory
研究方法: 模糊规则、神经网络模型与算法等智能方法.
Automatic Control Theory
§1.自动控制的一般概念
1.3 本章的重点、难点与考点
一、重点：控制系统基本概念的理解、闭环（反馈） 系统的特征、方框图的绘制、工作原理分析
二、难点：系统方框图的绘制、工作原理分析
三、考点： 1、基本概念 *2、控制系统方框图的绘制、工作原理分析
西北工业大学出版社 [8].史忠科等:自动控制原理常见题型解析及模拟题。(同[7])
…………
Automatic Control Theory
一、课程的主要内容 控制系统的建模、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率
法校正系统、离散系统、非线性系统等（教材前八章内容）。
二、课程的内容重点 数学模型、时域分析、根轨迹、频率特性分析、频率法校正
自动控制原理中英文对照
自动控制原理中英文对照Automatic Control Principles 自动控制原理Introduction 简介Automatic control principles refer to the principles and theories that govern the design, development, and implementation of automated control systems. These systems are used in a variety of fields, including manufacturing, transportation, aerospace, and more. The goal of automatic control principles is to create systems that can operate independently and make decisions based on the input they receive.自动控制原理是指掌握设计、开发和实现自动控制系统的原理和理论。
这些系统应用于各种领域，包括制造业、交通运输、航空航天等。
自动控制原理的目标是创建能够独立运作并根据所接收的输入做出决策的系统。
Types of Control Systems 控制系统的类型There are two main types of control systems: open-loop and closed-loop. Open-loop systems are those that operate without any feedback, meaningthat they do not adjust their output based on the input they receive. Closed-loop systems, on the other hand, use feedback to adjust their output based on the input they receive.控制系统主要有两种类型：开环和闭环。
《自动控制原理》课程标准
《自动控制原理》课程标准第一部分课程概述一、课程名称中文名称：《自动控制原理》英文名称：《Automatic control theory》二、学时与适用对象课程总计72学时，其中理论课62学时，实验10学时。
本标准适用于三年制专科机械工程专业。
三、课程地位、性质《自动控制原理》是研究自动控制共同规律的技术科学，是工科高等院校电类、控制类、机械类等专业的一门主干技术基础课程。
该课程的开设重在使学生掌握与自动控制原理相关的专业知识和综合应用能力，培养解决自动控制系统调试与维护方面实际问题的能力。
掌握和了解自动控制的基本理论和方法，对从事机械工程专业的工程技术人员是很有必要的。
四、课程基本理念本课程的教学应把握以下几点基本原则：一是增加对前沿和最具特色机械装备研发、使用、推广等背景知识的介绍，激发学员对该课程的探索兴趣；二是突出从理工类专业的角度理解设备运行原理和设计思路的方法，向学员强调学好这门课必须具备数学、电子学、计算机软硬件方面坚实的知识基础，重在自动控制系统的分析与改进，体现有别于理工院校自动控制课程的强调理论探索、侧重系统设计及实现等的教学模式；三是鼓励学员查询相关资料、书籍，不要满足于仅仅了解系统原理的简单程度，强化学员的自学能力，培养获取并运用信息的能力，为今后从事机械装备的创新型革新及研制打好基础；四是注重与学员的交流、并积极引导学员之间的相互交流，培养良好协作的团队精神。
五、课程设计思路在本课程开设之前，学员已经具备了多门课程的先导知识。
在教学过程中，鼓励学员学习和使用MATLAB软件，对于课堂作业，通过MATLAB进行验证。
讲授中应力争多介绍自动化领域前沿成果，拓展学员的知识面，启发解决问题的思路。
在总结教学经验和研究成果的基础上，对课程目标分别从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面进行具体明确的阐述。
1．依据课程特点，设计教学思路自动控制原理是研究在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（即被控制量）自动地按照预定的规律运行的原理及技术，数学基础要求较高，理论性很强。
自控01
n k
ud
1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
控制理论的发展：（工业控制理论）
1 经典控制理论 40~50年代形成 SISO系统 基于：二战军工技术 目标：反馈控制系统的镇定 基本方法：传递函数，频率法，PID调节器 (频域) 2 现代控制理论 60~70年代形成 MIMO系统 基于： 冷战时期空间技术，计算机技术 目标：最优控制 基本方法：状态方程 （时域）
自动控制原理 Automatic Control Systems 第一章 自动控制概论 1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
开环系统 给定值 r(t) 控制器 控制量 u(t) 被控对象 y(t) 被控量
例：直流电动机调速系统 ~
ug
优点：简单
n
k
ud
缺点：对扰动没有抑制能力
1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
3 智能控制技术 90年代开始发展 专家系统 模糊控制 神经网络 4 正在发展的各个领域 自适应控制 大系统理论 H∞鲁棒控制 非线性控制（微分几何，混沌，变结构）
1.2 “自控原理”课程的特点和要求
学习系统的分析方法
· 经典控制论分析系统的方法：
系统稳定性
闭环系统： 给定值＋ 偏差 r(t) － e(t) 控制量 控制器 被控对象 u(t)
被控量
y(t)
测量元件 负反馈：构成按偏差调节的闭环系统 反映了控制量与被控制量相互间的矛盾,动静性能 得到提高。
1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
例：直流电动机调速系统
~
ug ub
控制量：ud = K (ug-ub) 偏差信号：ug-ub 按偏差调节：n↑→ub↑→( ug-ub)↓→ud↓→ n↓
自动控制原理名词解释
自动控制原理名词解释
自动控制原理（Automatic Control Principle）是指通过感知系
统状态、分析信息并采取相应措施，以调节和控制系统的工作状态和输出。
在自动控制原理中，涉及到以下几个重要的概念：
1. 反馈（Feedback）：指系统输出被传递回系统进行比较和调
节的过程。
通过反馈，系统可以根据实际输出与期望输出之间的偏差来调节自身的工作状态，从而使系统更加稳定和准确。
2. 控制器（Controller）：是一种用于自动控制系统的装置或
算法，根据输入信号和反馈信息来生成输出信号，以控制系统响应和稳定工作。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器以及它们的组合形式。
3. 传感器（Sensor）：用于感知系统输入和输出的物理量或信
号的装置。
通过传感器，系统可以实时获取各种参数的信息来监测系统状态，并作为反馈信号提供给控制器。
4. 执行器（Actuator）：用于执行控制器输出信号的装置，将
控制器生成的信号转化为系统的物理行为或操作，对系统状态进行调节和控制。
常见的执行器包括电动机、阀门、液压缸等。
5. 状态变量（State Variable）：用于描述系统状态的物理量或
变量。
通过监测和记录状态变量的数值，可以实时了解系统的运行情况，并根据需要进行调控和优化。
常见的状态变量有位置、速度、压力、温度等。
自动控制原理应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、环境控制、电力系统、航空航天等。
它可以提高系统的稳定性、精确度和效率，实现自动化操作和优化控制，使得各种工程和技术应用更加可靠和智能化。
自动控制期末复习题解析
答案来源说明：“胡”：自动控制原理简明简称（第二版）胡寿松；“黄”：自动控制原理及其应用第三版黄坚一．名词解释(本题共4小题，每小题3分，共12分)1.自动控制就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使整个生产过程或设备自动地按预定规律运行，或使其某个参数按要求变化。
2. 自动控制系统（automatic control systems ）是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。
自动控制系统是实现自动化的主要手段。
简称自控系统。
3.控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。
（P2）4.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，即有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。
（p2）5. 对于线性定常系统来说，当初始条件为零时，输出量拉氏变换之比叫做系统的传递函数。
6．峰值时间p t ：响应超过)(∞c 达到第一个峰值的时间。
（p t 指系统相应从零开始，第一次达到峰值所需的时间,P42）7．调节时间s t ：在)(t c 曲线的)(∞c 附近，取其%5%2±±或称为误差带，或叫允许误差，用∆表示。
s t 是响应曲线c (t )达到并不再超出其误差带的最小时间。
（s t 指系统响应从零开始，达到并保持在稳态值的%5%2±±或误差范围内，即相应进入并保持在%5%2±±或误差带之内所需的时间,P43）8.超调量%σ：响应的最大值max c 超过)(∞c 的百分数。
即)()(%max ∞∞-=c c c σ*100%。
超调量指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比，即（p43）9．稳态误差ss e ：对于单位反馈系统，当∞→t 时，系统响应的实际值与期望值（即输入量）之差： )]()([lim t c t r e t ss -=∞→)(lim t e t ∞→=。
自动化专业经典书籍
自动化专业经典书籍1. 《现代控制工程》（Modern Control Engineering）作者，Ogata Katsuhiko.这本书是自动化领域的经典之作，涵盖了控制理论的基础知识和实际应用。
它介绍了从传统的PID控制到现代的状态空间方法等各种控制理论，是自动化工程师学习控制理论的重要参考书籍。
2. 《自动控制原理》（Automatic Control Systems）作者，Benjamin C. Kuo.这本书详细介绍了自动控制系统的基本原理和设计方法。
它包括了从传统的模拟控制系统到现代的数字控制系统的内容，涵盖了自动化工程中的许多重要概念和技术。
3. 《现代控制系统》（Modern Control Systems）作者，Richard C. Dorf, Robert H. Bishop.这本书是自动化领域的另一本经典之作，它介绍了控制系统的建模、分析和设计方法，涵盖了从传统的频域方法到现代的状态空间方法的内容，是自动化工程师学习控制系统的重要参考书籍之一。
4. 《自动化系统工程》（Automatic Control Systems Engineering）作者，Alberto Bemporad, Manfred Morari.这本书介绍了自动化系统工程的基本原理和方法，包括了从系统建模到控制器设计和实现的内容，是自动化工程师学习自动化系统工程的重要参考书籍之一。
以上介绍的书籍只是自动化专业经典书籍中的一小部分，但它们涵盖了自动化工程中的许多重要内容，对于自动化工程师的学习和工作都具有重要意义。
希望读者能够通过阅读这些经典书籍，更好地了解和掌握自动化领域的知识和技术，为自动化工程的发展做出更大的贡献。
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输入量
控制器
控制量
输出量 被控对象
图1-1 开环控制系统
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❖ 如图1-2所示，电动机拖动负载开环控制系统。
+ E RW
图1-2 电动机开环控制系统
L
脉可
冲控
ia
触硅
Ua
发整
D
i
n Mfz
UV 器 流 器
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+ if
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1.2.2 闭环控制
❖ 闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有 正向作用，又有反向联系的控制过程，即如 果控制器的信息来源中包含有来自被控对象 输出的反馈信息，则称为闭环控制系统，或 称为反馈控制系统，如图1-3所示。
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输入量 偏差量 _
控制器
控制量
被控对象 输出量
反馈量
测量元件
图1-3 闭环控制系统
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❖ 在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若 能取自被控量（输出量）的反馈信息（反馈量），即根据实 际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务， 那么这种控制原理称为反馈控制原理。正是由于引入了反馈 信息（反馈量），使整个控制过程成为闭合的，因此，按反 馈控制原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统。在闭 环控制系统中，其控制作用的基础是被控量（输出量）与给 定值之间的偏差，这个偏差是各种实际扰动所导致的总“后 果”，它并不区分其中的个别原因。因此，这种系统往往同 时能够抵制多种扰动，而且对系统自身元部件参数的波动也 不甚敏感。
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1.1.2 自动控制理论的发展
随着生产的发展，控制技术也在不断地发展，尤其是计算机的更新换代， 更加推动了控制理论不断地向前发展。控制理论的发展过程一般可分为 三个阶段： ❖ （1）第一阶段。时间为本世纪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。此阶段所研究的系统大多是 线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两 个变量，经典控制理论能够较好地解决生产过程中的单输入单输出问题。 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。
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❖ 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术 所起的作用越来越重要，无论是在宇宙飞船、 导弹制导、雷达定位等尖端技术领域中，还 是在机械制造工业、石油、化工、医药工业 等的过程控制中，都有自动控制技术的应用， 并且它所取得的成功都是巨大的。因此，自 动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少 的重要组成部分。
控制器的输入端的过程，称为反馈。传送反馈信息的载体，称为反馈信 号。是否采用反馈，对控制系统的各个指标（即稳定性、快速性、准确 性）影响很大。因此系统的基本控制方式也按有无反馈分为三大类：开 环控制、闭环控制、复合控制。
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1.2.1 开环控制
❖ 开环控制是一种最简单的控制方式，其特点 是在控制器与被控对象之间只有正向控制作 用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对 控制量没有影响。开环控制系统的示意图如 图1-1所示。
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❖ （2）第二阶段。时间为本世纪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。这种方法可以解决多输入多输出问题，系统既可以
是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。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。
1.1 引言
❖ 1.系统的方法，
大大提高了生产率，同时促进了科学技术的进步。所谓自动控制，就是 指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备（称为控制器）操作被 控对象（如机器、设备或生产过程）的某个状态或参数（称为被控量） 使其按预先设定的规律自动运行。如化工生产中合成氨反应塔内的温度 和压力能够自动维持恒定不变，雷达跟踪和指挥仪所组成的防空系统能 使火炮自动地瞄准目标，无人驾驶飞机能按预定轨道自动飞行，人造地 球卫星能够发射到预定轨道并能准确回收等等，都是应用自动控制技术 的结果。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。控制论包括工程控 制论、生物控制论和经济控制论。
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1.2 自动控制技术中的基本控制方式
❖ （1）系统。即为达到某—目的，由相互制约的各 个部分按—定规律组成的、具有一定功能的整体。
❖ （2）自动控制系统。指能够对被控对象的工作状 态进行自动控制的系统，它一般由控制装置（控制 器）和被控对象所组成。
❖ （3）控制装置。则是指对被控对象起控制作用的 设备总体。
❖ （4）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。
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❖ 自动控制系统的性能，在很大程度上取决于系统中的控制器为了产生控 制作用而必须接收的信息，这个信息有两个可能的来源：
❖ 1）来自系统外部，即由系统输入端输入的参考输入信号。 ❖ 2）来自被控对象的输出端，即反映被控对象的行为或状态的信息。 ❖ 把从被控对象输出端获得的信息通过中间环节（称为反馈环节）再送回
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❖ （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。“大系统理论” 是用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方 案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基 础理论。而“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。