自动控制原理鄢景华版第一章讲解
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《自动控制原理》鄢景华作业讲解
5
P44:2-5 (c)加题 无源网络如下图所示，求传递函数U2/U1。
R1 L1
R2 u 2 t
u3 t
U 2 s L1s U 3 s L1s R2
U 3 s U1 s R L s R // 1 1 1 2 Cs 1 L1s R2 // Cs
s Rs 错误做法：
R s
s
G1G2G3G4
C s
H1 H 2 G4 H 2 G4 G1 H 4 G1G2
s 1 E Rs 1 GH
1 1 G3G4 H 4 G2G3 H 3 G1G2G3 H 2 G1G2G3G4 H1
3
第二章 习题讲解
P44:2-5 (c) 无源网络如下图所示，求传递函数U2/U1。
R1 L1
u 2 t R2
u1 t
C
u3 t
U 2 s U1 s R L s R // 1 1 1 2 Cs
1 L1s R2 // Cs
U 3 s U 3 s U 2 s U 1 s U 2 s U 1 s
R s
s
G3
G1H1Βιβλιοθήκη G2 C s Y
G2
C s
G3
R s
1 s
G1
Y
H1
s
1 G3G2 H1 Rs 1 G1G2 H1
27
G1
G2
G3
H 3 G4
G4
C s
H 2 G4
H1
20
步骤三：并联和反馈
自动控制原理(第一章)
说 明
系统的元件 信息的流向
第7页，共24页。
例2：人如何控制设备：温箱的温度控制
被控对象：温箱； 被控量：温箱的温度；
测量元件：温度计
关键：利用温度偏差， 减小偏差。
期 温 望 度大 脑
手
调 压 器 恒 温 箱
实 际 温 度
眼 睛 温 度 计
人工控制恒温箱的功能框图
第8页，共24页。
例3：电炉的自动控制系统
示例： 直流电机调速系统
负
Ug
K
Ud M
载
第14页，共24页。
② 按干扰补偿的开环控制
第15页，共24页。
（3）复合控制
即按偏差的控制和按扰动的控制相结合的控制方式。 按可测扰动补偿的复合控制
第16页，共24页。
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统
电阻炉微型计算机温度控制系统 锅炉液位控制系统
第23页，共24页。
谢谢大家
第24页，共24页。
第17页，共24页。
1-3 自动控制系统的分类
按控制方式分： 按元件类型分： 按系统功用分： 按性能分： 按给定值类型分：
第18页，共24页。
常见的几种自动控制系统 1）线性连续控制系统
线性指满足线性叠加原理；
连续指系统的输入量和输出量都是时间连续函数； a0d dn ntc(t)a1d dn nt 1 1c(t) an1d dc t(t)anc(t) b0d dm m tr(t)b1d dm m t 1 1r(t) bm1d dtr(t)bmr(t)
u1
u2
u
第9页，共24页。
放大元件 执行机构
被控对象 测量元件
自动控制原理第一章
2003.6
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输 出量变化规律的指令信号。 输出信号：指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称 被控量，它与输入量之间保持一定函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输 出量变化规律的指令信号。 输出信号：指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称 被控量，它与输入量之间保持一定函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
最新18年第1次课-自动控制原理-第1章自动控制的一般概念(1)课件PPT
8
一、引言 （2）自动控制是常见的，但自动控制又是神秘的，因 为大家对自动控制的技术了解比较少，要掌握自动控 制技术并不容易，要掌握多种知识，包括电子、电路 计算机和控制理论等。我们这门课程是在理论上来帮 助大家揭开自动控制的神秘面纱。
（3）理论上强是我们这门课程的特点，这意味着要使 用的数学知识多。
被控对象
1）开环控制的定义：控制装置与被控对象之间只有单 方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
26
1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
2）优点：控制简单。
27
1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
3）缺点：控制精度难以保证，受到外部干扰或工作 过程中的特性参数发生变化时，系统自身没有纠偏 能力。
24
1-2 自动控制的基本方式 （二）自动控制的几种基本控制方式 ①分析自动洗衣机的工作原理 1）选择洗衣方式； 2）启动； 3）结束。
25
1-2 自动控制的基本方式
自动洗衣机的控制方式我们称为按给定值操纵 的开环控制方式，可以抽象成如下的方框图表示。
一、按给定值操纵的开环控制
给定值 计算
执行
干扰 被控量
9
自动控制原理
第1章 自动控制的一般概念
10
1-1 自动控制的任务 （1）先来看我们前面提过的2个自动控制系统 ①空调 保持室内温度t为某一温度T不变。 ②水箱液面高度控制系统 保持水箱的液面高度h为某一高度H不变。
11
1-1 自动控制的任务
（2）接下来我们了解3个名词。 被控对象 被控量 给定值（希望值、参考输入）
一、引言 （2）自动控制是常见的，但自动控制又是神秘的，因 为大家对自动控制的技术了解比较少，要掌握自动控 制技术并不容易，要掌握多种知识，包括电子、电路 计算机和控制理论等。我们这门课程是在理论上来帮 助大家揭开自动控制的神秘面纱。
（3）理论上强是我们这门课程的特点，这意味着要使 用的数学知识多。
被控对象
1）开环控制的定义：控制装置与被控对象之间只有单 方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
26
1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
2）优点：控制简单。
27
1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
3）缺点：控制精度难以保证，受到外部干扰或工作 过程中的特性参数发生变化时，系统自身没有纠偏 能力。
24
1-2 自动控制的基本方式 （二）自动控制的几种基本控制方式 ①分析自动洗衣机的工作原理 1）选择洗衣方式； 2）启动； 3）结束。
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1-2 自动控制的基本方式
自动洗衣机的控制方式我们称为按给定值操纵 的开环控制方式，可以抽象成如下的方框图表示。
一、按给定值操纵的开环控制
给定值 计算
执行
干扰 被控量
9
自动控制原理
第1章 自动控制的一般概念
10
1-1 自动控制的任务 （1）先来看我们前面提过的2个自动控制系统 ①空调 保持室内温度t为某一温度T不变。 ②水箱液面高度控制系统 保持水箱的液面高度h为某一高度H不变。
11
1-1 自动控制的任务
（2）接下来我们了解3个名词。 被控对象 被控量 给定值（希望值、参考输入）
(完整版)自动控制原理_第一章课后习题解答
第一章1.1 图1.18是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
c+-SM___ 1Q浮浮浮浮浮浮2Q浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮fi-+解：系统的控制任务是保持液面高度不变。
水箱是被控对象，水箱液位是被控变量。
电位器用来设置期望液位高度*c(通常点位器的上下位移来实现) 。
当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱的流入水量与流出水量相等，从而使液面保持在希望高度*c上。
一旦流出水量发生变化(相当于扰动)，例如当流出水量减小时，液面升高，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。
这时，水箱液位下降．浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位恢复给定高度。
反之，当流出水量在平衡状态基础上增大时，水箱液位下降，系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度*c。
系统方框图如图解1. 4.1所示。
1.2恒温箱的温度自动控制系统如图1.19所示。
（1） 画出系统的方框图；（2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理;（3） 指出该控制系统的被控对象和被控变量分别是什么。
M放大器电机减速器调压器 220～热电偶电阻丝－ ＋－ ＋图1.19 恒温箱的温度自动控制系统解：恒温箱采用电加热的方式运行，电阻丝产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升。
调压器电压由其滑动触点位置所控制，滑臂则由伺服电动机驱动．炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反馈电压与给定电压进行比较，得出的偏差电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调节调压器的电压。
在正常情况下，炉温等于期望温度T ，热电偶的输出电压等于给定电压。
此时偏差为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上。
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 放大环节： 由于经过计算机处理的信号通常是标准化的 弱信号，不能驱动被控对象，因此需要加以放大。放大环 节的输出必须有足够的能量，一般需要幅值的放大和功率 的放大，才能实现驱动能力。
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
自动控制理论第一章解析
2、开环控制系统结构图
由于在开环控制系统中，控制器与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系，系 统的被控变量对控制作用没有任何影响，系统的控制精度完全取决于所用元器件的 精度和特性调整的准确度。因此开环系统只有在输出量难于测量且要求控制精度不 高以及扰动的影响较小或扰动的作用可以预先加以补偿的场合，才得以广泛应用。
三.闭环控制系统的组成
闭环控制系统的组成 ： 就其工作原理来说，闭环控制系统是由给定装置、比较 比较元件通常位于低功率的 给定装置 校正装置：其功能是对偏差信 ： 其功能是 元件、校正装置、放大元件、执行机构、检测元件和被控对 输入端，由于提供的偏差信 给出与期望的被控量相 号进行加工处理和运算，以形 执行机构：其功能是执行控制 象组成的 。 号通常很微弱，因此须用放 对应的系统输入量（即 成合适的控制作用，或形成适 比较元件：其功能是将检测元 作用并驱动被控对象，使被控 大元件将其放大，以便推动 参考输入信号或给定 当的控制规律，从而使系统的 件测量到的被控量的实际值， 量按照预定的规律变化。 检测元件 ：其功能是测量被控制的 执行机构去控制被控对象。 值）。 被控量按预定的规律变化。 与给定装置提供的给定值进行 物理量，并将其反馈到系统输入端。 比较，求出它们之间的偏差。 扰动
这种通过负反馈产生偏差，并根据偏差的信息进行控制，以 达到最终消除偏差或使偏差减小到容许范围内的控制原理，称 为负反馈控制原理，简称反馈控制原理。因此闭环控制系统又 称为反馈控制系统或偏差控制系统。
通常，在闭环控制系统中，从系统输入量到系统被控量之间 的通道称为前向通道，从被控量到输入端的反馈信号（用以减 少或增加输入量的作用）之间的通道称为反馈通道。
例：人工控制的恒值水位系统
要求水位 阀门 进水 水池
自动控制原理各章知识精选全文完整版
⑴ 偏差、误差的概念
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
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RC
du2 dt
u2
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f
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Ky
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LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
自动控制原理 第一章绪论
◆定义：系统的控制输入量不受输出量影响的控制系统
◆特点：系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，
这种控制方式称为开环控制 在开环控制系统中，不需要对输出量进行测量，也不 需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。因此， 开环控制系统又称无反馈控制系统。
参考输入量
放大器
执行元件
干扰 信号
被控变量
被控对象
当蒸汽机、发电机出现之后，人类的“力气”不知 被放大多少亿倍！人类的力臂不知不 觉被延长到几千公里之外！物质丰富 了，一些农民被改造成为工人，进入 了资本主义社会时期。
2
中国矿业大学信电学院
引言：人类社会发展的三个时代
自动控制原理
❖ 自动化时代
在这个时代中，能量变换与信息变换都可由机器来 完成，在人类活动所见的空间里，只要需要用“力”的 地方，都可以给它配上一个小的脑袋－－单片机或微处 理器之类设备，代替人进行某种判断或操作。
19
中国矿业大学信电学院
二、闭环控制系统
自动控制器
温度测 量装置
自动控制原理 热水
控制阀 蒸汽 冷水
热力系统的自动反馈控制
排水
20
中国矿业大学信电学院
二、闭环控制系统
给定装置
－＋
给定电压
放大器
e
电机
M
自动控制原理
减速器
－＋
热电偶 电阻丝
热电偶 输出电压
被控对象？ 被控量？
图1-7电热炉炉的闭环控制方式
如果扰动产生在系统的内部，称为内部扰动； 当扰动产生在系统的外部时，则称之为外部扰动。
11
中国矿业大学信电学院
第二节 自动控制系统的工作原理
自动控制原理
自动控制原理第一章
自动控制原理第一章一、自动控制系统的概念自动控制系统是指通过测量被控对象的状态或输出，并根据一定规律进行比较、判断及输出控制量的系统。
该系统可以根据实际需要分为闭环控制和开环控制两种方式。
闭环控制系统通过比较实际输出量和期望输出量之间的差异，自动调整控制量以使实际输出量达到期望值。
开环控制系统不考虑实际输出量与期望值之间的差异，只根据一定规律输出控制量。
二、自动控制系统的组成自动控制系统主要由被控对象、传感器、执行器、控制器和控制对象组成。
被控对象是需要被控制系统改变状态或输出的物理元件或过程。
传感器用于将被控对象的状态或输出转换为电信号。
执行器接收控制器输出的信号，并将其转换为被控对象状态或输出的改变。
控制器接收传感器输出的信号，并根据一定的算法对其进行处理和判断，然后输出控制信号。
控制对象是指需要控制的系统或过程。
三、自动控制系统的特点自动控制系统具有以下几个基本特点：1.反馈调节：通过传感器和执行器之间的反馈回路来实现系统的调节和稳定。
2.误差纠正：系统的输出与期望输出之间的差异会被控制器捕捉到，从而对控制信号进行修正。
3.自适应性：系统能够根据外部环境变化自动调整控制参数以适应不同工况要求。
4.稳定性：系统能够稳定工作，在一定误差范围内输出可控的状态或输出。
5.灵敏性：系统对输入信号的变化有较强的响应能力，能够及时调整控制量以保持系统稳定。
6.自动化程度高：系统能够自动地完成输入参量的检测、判决和输出控制信号的过程。
总结起来，自动控制原理第一章详细介绍了自动控制系统的概念、组成和基本特点。
了解自动控制系统的概念和特点对于深入理解后续章节的内容非常重要，为后续学习打下了良好的基础。
了解了自动控制系统的组成，可以更好地理解控制系统中各个组成部分的功能和相互关系。
同时，该章节还介绍了自动控制系统的特点，使我们对自动控制系统的工作原理和优势有了更深入的认识。
自动控制原理课件可编辑全文
恒值控制系统也认为是过程控制系统的特 例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到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，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到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，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
自动控制原理鄢景华概要PPT课件
• 通常，在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控 对象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被 控量，而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值 （或参考输入）。则控制的任务可概括为：使被控对象 的被控量等于给定值。
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下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统 的概念
经典 控制 理论
单I/O
线性定常 系统
微分方程， 传递函数
时域法 频域法 根轨迹法
对复杂多变量 系统、时变和 非线性系统无
能为力
现代 控制 理论
多输入-多 线性代数、 输出变系 矩阵理论 数，非线 性等系统
状态 空间法
比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已
克服)
第6页/共53页
举例说明控制系统概念
为
；当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时，称为
；含有测速
发电机的电动机速度控制系统，属于
。
• 3、控制系统的基本要求
。
第52页/共53页
感谢您的观看！
第53页/共53页
第48页/共53页
自动控制原理研究的内容
第49页/共53页
本章小结
1-1 自动控制的相关概念
1-2 自动控制的基本方式 开环控制 闭环控制 复合控制
1-3 典型控制系统 恒值系统 随动系统 程序控制系统
1-4 对于自动控系统的要求 稳定性 快速性 准确性
第50页/共53页
习题：
• 1. 日常生活中有许多开环和闭环控制系统，试 举几个具体例子，并说明它们的工作原理。？
• 60－70年代 现代控制理论（时域法为主)
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自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论
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下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统 的概念
经典 控制 理论
单I/O
线性定常 系统
微分方程， 传递函数
时域法 频域法 根轨迹法
对复杂多变量 系统、时变和 非线性系统无
能为力
现代 控制 理论
多输入-多 线性代数、 输出变系 矩阵理论 数，非线 性等系统
状态 空间法
比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已
克服)
第6页/共53页
举例说明控制系统概念
为
；当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时，称为
；含有测速
发电机的电动机速度控制系统，属于
。
• 3、控制系统的基本要求
。
第52页/共53页
感谢您的观看！
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自动控制原理研究的内容
第49页/共53页
本章小结
1-1 自动控制的相关概念
1-2 自动控制的基本方式 开环控制 闭环控制 复合控制
1-3 典型控制系统 恒值系统 随动系统 程序控制系统
1-4 对于自动控系统的要求 稳定性 快速性 准确性
第50页/共53页
习题：
• 1. 日常生活中有许多开环和闭环控制系统，试 举几个具体例子，并说明它们的工作原理。？
• 60－70年代 现代控制理论（时域法为主)
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自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论
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输出量
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.
控制方式： 按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。
一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度 取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到 的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单， 成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较 弱的场合.
课程结构
• 第一章 自动控制概论 • 第二章 控制系统的数学模型 • 第三章 控制系统的时域分析法 • 第四章 根轨迹法 • 第五章 频率法 • 第六章 控制系统的校正
参考书目
• 《自动控制系统》，田玉平，电子工业出 版社
• 《控制理论与机械系统控制》，竺长安， 高等教育出版社
成绩构成 • 48学时 （3学分）
(c)
方框图中各符号的意义
方框（块）图 中的符号
元部件 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 表示负反馈
扰动
给定 ug
ue 放大器
触发器
晶阐管可 udo 电动机
n
装置
(-)
经典控制理论 主要研究对象:对单输入单输出线性定常系统的
分析和设计问题。
现代控制理论 主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高
精度复杂系统的分析和设计问题。
研究对象 数学工具 分析方法 局限性
经典 控制 理论
单I/O
线性定常 系统
微分方程， 传递函数
时域法 频域法 根轨迹法
对复杂多变量 系统、时变和 非线性系统无
流出 Q2
10
•给定值：
控制器刻度盘指针标定
的预定水位高度；
流入
Q1
•测量装置：
浮子；
•比较装置：
控制器刻度盘；
•干扰：
水的流出量和流入量的 变化都将破坏水位保持 恒定；
气动阀门
控制器
浮子
水箱 H
水位自动控制系统
流出 Q2
由此可见：
自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是： 在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控 对象，使被控制量等于给定值。
•闭环控制系统的方框图
扰动
给定 r(t)
e(t) 控制
放大 u(t) 执行
受控
参考 输入信号
(-)偏信差号
环节
元件
调节器(或控制器)
控制量
机构
对象
受控系统
反馈信号
反馈装置 (测量元件)
c(t)
被控量
•方框图的组成：
输入量 环节名称 输出量 （或特性）
(a)
r
e=r-b
(-)
b
(b)
c 引出点 c c
• 1765年，瓦特发明蒸汽机，用离心式调速器控制蒸气机 • 1948年，维纳《控制论－或关于在动物和机器中控制和
通 信的科学》产生 • 40－60年代 经典控制理论（频域法为主） • 60－70年代 现代控制理论（时域法为主) • 70年代以后 大系统控制理论
自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论
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。
温度计
k
加热电阻丝
u
开关闭合后，不同的 输入电压u对应于不同 的温度t。
~220V
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)
给定值
炉温开环控制系统方框图
控制器
扰动
被控制 对象
典型开环控制的方框图
能为力
现代 控制 理论
多输入-多 线性代数、 输出变系 矩阵理论 数，非线 性等系统
状态 空间法
比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已
克服)
举例说明控制系统概念
• 通常，在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控对 象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量， 而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值（或参考 输入）。则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量等 于给定值。
闭环控制: 是指控制器与控制对象之间既有顺向
作用有反向联系的控制过程。
特点: 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；
低精度元件可组成高精度系统；因为可能 发生超调，振荡，所以稳定性很重要
三、开环控制与反馈控制的比较
开环 优点：结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和 扰动能预先知道时，控制效果较好。 缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参 数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。
• 考试 （70%） • 作业 （20%） • 平时 （10%）
第一章 自动控制概论
1-1 自动控制与自动控制系统的基本概念 1-2 自动控制的基本方式 1-3 典型控制系统 1-4 控制系统的组成和对控制系统的要求
1-1 自动控制基本概念
自动控制：
在没有人直接参与的情况下，采用控制装 置或机械使被控制对象达到预期的目标 。 发展简史：
例: 直流电动机转速开环控制系统。
➢ 输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统
二、闭环控制
反馈
图示: 人工电动机转速闭环控制系统
控制任务：保持工作机械恒速运行. 控制过程：
n uf u ua n
典型闭环系统方框图
• 反 馈： 输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程
• 负反馈： 反馈的信号与输入信号相减而使偏差越来越小
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下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统 的概念
流入 Q1
Байду номын сангаас
气动阀门 H
控制器
浮子 水箱
流出 Q2
水位自动控制系统
•控制任务： 维持水箱内水位恒定；
•控制装置： 气动阀门、控制器；
•受控对象： 水箱、供水系统；
•被控量： 水箱内水位的高度；
控制器
气动阀门
流入
Q1
浮子
水箱 H
水位自动控制系统
自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一 般由控制装置和被控对象组成。
人工控制和自动控制
油汀暖气片的温度控制
TC
冷
减
TT
温
水
器
温度
测量
过热蒸汽温度控制系统
液 位 调 HC 节 器 执行器
储罐
HT 差压变送器
液位控制
1-2 自动控制的基本方式
➢开环控制 ➢闭环控制 ➢复合控制
一、开环控制
闭环 优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修 正元件参数变化及外界扰动引起的误差，控制精度高。 缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
四、闭环控制系统的术语和定义
主 反 馈 — 与输出成正比或某种函数关系，但量纲与给定信号相同； 偏 差 — 给定信号与主反馈信号之差的信号； 控制单元 — 接受偏差信号，通过转换与运算，产生期望的控制量； 扰 动 — 对系统输出产生不利影响的信号； 反馈环节 — 检测输出信号并转换与给定输入信号相同量纲的信号。