自动控制系统的组成及术语
胡寿松自动控制原理课后习题答案
1 请解释下列名字术语:自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。
解:自动控制系统:能够实现自动控制任务得系统,由控制装置与被控对象组成; 受控对象:要求实现自动控制得机器、设备或生产过程扰动:扰动就是一种对系统得输出产生不利影响得信号、如果扰动产生在系统内部称为内扰;扰动产生在系统外部,则称为外扰。
外扰就是系统得输入量。
给定值:受控对象得物理量在控制系统中应保持得期望值参考输入即为给定值、反馈:将系统得输出量馈送到参考输入端,并与参考输入进行比较得过程。
２请说明自动控制系统得基本组成部分。
解:作为一个完整得控制系统,应该由如下几个部分组成:①被控对象: 所谓被控对象就就是整个控制系统得控制对象;②执行部件: 根据所接收到得相关信号,使得被控对象产生相应得动作;常用得执行元件有阀、电动机、液压马达等。
③给定元件: 给定元件得职能就就是给出与期望得被控量相对应得系统输入量(即参考量);④比较元件: 把测量元件检测到得被控量得实际值与给定元件给出得参考值进行比较,求出它们之间得偏差、常用得比较元件有差动放大器、机械差动装置与电桥等。
⑤测量反馈元件:该元部件得职能就就是测量被控制得物理量,如果这个物理量就是非电量,一般需要将其转换成为电量。
常用得测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等;⑥放大元件: 将比较元件给出得偏差进行放大,用来推动执行元件去控制被控对象。
如电压偏差信号,可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成得电压放大器与功率放大级加以放大。
⑦校正元件: 亦称补偿元件,它就是结构或参数便于调整得元件,用串联或反馈得方式连接在系统中,用以改善系统得性能、常用得校正元件有电阻、电容组成得无源或有源网络,它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。
３请说出什么就是反馈控制系统,开环控制系统与闭环控制系统各有什么优缺点？解:反馈控制系统即闭环控制系统,在一个控制系统,将系统得输出量通过某测量机构对其进行实时测量,并将该测量值与输入量进行比较,形成一个反馈通道,从而形成一个封闭得控制系统;开环系统优点:结构简单,缺点:控制得精度较差;闭环控制系统优点:控制精度高,缺点:结构复杂、设计分析麻烦,制造成本高、4 请说明自动控制系统得基本性能要求。
自动控制系统概述.ppt
第四节 过渡过程和品质指标
二、控制系统的过渡过程
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
举例
给定值 控制器 执行器
-
测量、变送
干扰
当干扰作用于对象，系
被控变量 统输出y发生变化，在
对象
系统负反馈作用下，经
过一段时间，系统重新
恢复平衡。
控制系统方块图
第四节 过渡过程和品质指标
系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控 变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰 形式。
液位人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
液位自动控制图
第一节 自动控制系统的组成
液位自动控制
常用术语 被控对象：需要实现控制的设备、机械和生产过程 被控变量：对象内要求保持一定数值的物理量，即输出量 控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值 的物料和能量 干扰：除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化 的一切因素 给定值：工艺规定被控变量所要保持的数值 偏差：设定值与测量值之差
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属 于随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和 方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶 跃干扰。
第四节 过渡过程和品质指标
常见典型信号 阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。
阶跃信号
数学表达式为： r(t) A t≥0 0 t<0
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
自动控制知识
(三)、大系统理论和智能控制论（第三阶段）
1970年以后
1.大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的 信息与控制系统，交通运输、生物工程、社会经 济和空间技术等复杂系统。
2.智能控制论 是具有某些仿人智能的工程控制与信
息处理系统， 如智能机器人、无人驾驶飞机。
vcd
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§1-2 基本控制方式
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§1-4 自动控制系统的分类
一、按给定信号分类: 1、恒值控制系统： 输入为常数，系统能排除扰动影响，使输
出保持恒定不变。 2、随动控制系统： 输入是时间的未知函数，要求输出跟随输
入信号变化。 3、程序控制系统： 输入量是时间的已知函数，要求输出以一
定精度跟随输入信号变化。
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二、按数学描述分类:
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四、自动控制系统举例 恒温箱自动控制系统
§1-3 自动控制系统的组成及术语
一、自动控制系统的组成 二、控制系统中的常用术语
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一、自动控制系统的组成
由控制器与被控对象组成,控制器是系统 中对被控对象起控制作用的各部分的总称。
被 控 对 象
自
控
系
统件 比调较节元元件件校 放 执 行 元 件
1、线性系统：用线性方程描述的系统。 性质：1）组成系统的所有元件都是线性元件； 2）具有齐次性和叠加性。
2、非线性系统：用非线性方程描述的系统。 性质：1）系统中只要有一个非线性元件就是
非线性系统。 2）不满足叠加原理。
三、按时间信号的性质分类
1.连续时间系统： 系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量。
• 误差的稳态分量称为稳态误差；
• 稳态误差表示到达平衡状态（过渡过程 结束）的精度。
自动控制原理胡寿松笔记
自动控制原理胡寿松笔记自动控制原理是电气工程领域的重要课程，胡寿松教授的笔记是该领域学习的重要参考资料。
本文将按照章节顺序，对胡寿松教授的笔记进行梳理和总结，帮助读者更好地理解和掌握自动控制原理。
第一章自动控制的基本概念1. 自动控制的基本组成：控制器、传感器、执行器、被控对象。
2. 自动控制的目的：实现对系统的稳态和动态性能的优化。
3. 自动控制的基本术语：控制量、受控量、干扰、传递、转换等。
4. 自动控制系统的分类：开环控制系统和闭环控制系统。
第二章自动控制系统的数学模型1. 微分方程：描述系统动态特性的基本数学工具。
2. 传递函数：描述控制系统动态特性的重要数学模型。
3. 动态结构图：描述控制系统动态特性的图形工具。
4. 信号流图：描述控制系统内部信息传递方式的图形工具。
5. 梅逊公式：用于将微分方程转化为传递函数的公式。
第三章线性定常系统的时域分析法1. 控制系统性能的评价指标：稳态误差、超调量、调节时间等。
2. 系统的稳定性分析：稳定性定义、代数稳定判据、李亚普诺夫直接法。
3. 系统性能的改善：放大缩小法、超前滞后补偿法、PID控制器等。
4. 一系列具体分析方法的介绍：单位阶跃响应、斜坡响应、李亚普诺夫直接法等。
第四章线性定常系统的根轨迹法1. 根轨迹的基本概念和性质：幅值-相位特性、零点-极点关系、渐近线等。
2. 绘制根轨迹的基本规则和步骤：参数方程、几何意义、注意事项等。
3. 根轨迹图的特征分析：闭环零点、极点与系统性能的关系等。
4. 基于根轨迹法的系统优化设计：稳定化控制器设计、增益调度等。
第五章线性系统的频域分析法1. 频率域的基本概念和性质：频率特性、频率响应、频域分析方法等。
2. 频率域分析方法的应用：稳定性分析、系统性能评估、频率特性设计等。
3. 对数频率特性曲线及其应用：增益边界和相位边界的意义、系统性能的评估等。
4. 基于频率域分析法的系统优化设计：频率相关控制器设计、频率调制等。
自动控制系统名词
自动控制系统名词
自动控制系统是一种能够自动调节和控制设备、过程或系统的机制。
它使用各种传感器、控制器和执行器来实现对被控对象的监测、分析和操作。
在自动控制系统中，传感器用于检测被控对象的状态或参数，如温度、压力、流量等，并将其转换为电信号或数字信号。
控制器接收这些信号，并使用预定的控制算法进行处理，以确定所需的控制动作。
执行器则根据控制器的指令，对被控对象进行实际的操作，如调节阀门开度、改变电机转速等。
自动控制系统的目标是实现被控对象的稳定运行、精确控制和优化性能。
它可以应用于各种领域，如工业生产、航空航天、交通运输、能源管理、环境保护等。
常见的自动控制系统包括反馈控制系统、前馈控制系统、比例积分微分（PID）控制系统等。
它们的设计和实现需要考虑到被控对象的特性、控制要求、传感器和执行器的性能以及控制算法的选择。
自动控制系统的优点包括提高生产效率、降低劳动强度、提高产品质量、增强安全性和可靠性等。
它的发展和应用对于现代工业和社会的进步起到了重要的推动作用。
自动控制基本知识
自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。
现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。
这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。
在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。
〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。
空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。
2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。
例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。
例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。
4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。
空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。
自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。
自动控制系统重点归纳总结
,
(t 0)
4T，当 2%时 调节时间 ts 3T，当 5%时
tm和％不存在
j 1 i 1 n N i
m
在时域分析法中使用
◆传递函数第三种形式：
零极点形式（首1）， 在根轨迹法中使用
传递函数性质
1、固有性：传函是系统数学模型的又一种形式，表达了系统
把输入量转换成输出量的传递关系。它只和系统本身的特 性参数有关，而与输入量怎样变化无关。 2、利用传递函数可直接根据系统传递的某些特征来研究系 统的性能；也可以将对系统性能的要求转换成对传递函数
的要求，从而对系统的设计提供简便的方法。
3、对应性：传递函数与微分方程一一对应。如果将s 置换，传递函数 微分方程。
d dt
4、同形性： W(s)虽描述了输出输入间的关系，但它不提供 任何该系统的物理结构。物理性质截然不同的系统或元件
，可以有相同的传递函数。 5、特殊性：传递函数仅适用于线性定常系统。
第一章
自动控制系统的基本概念
基本术语：反馈量，扰动量，输入量，输出量，被控对象；
基本结构：开环，闭环，复合；
基本要求：暂态，稳态，稳定性。 本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础 上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、
基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；
输入量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
数学模型定义： 能够描述控制系统输出量和输入量数量关系的数学表 达式，是物理系统运动特性的数学抽象。 控制系统数学模型的主要形式（古典）： (1)微分方程（时间域） （5）信号流图（复数域） (2)传递函数（复数域） （6）差分方程（离散） (3)结构框图（复数域） （7）脉冲传递函数（离散） (4)频率特性 (频域)
第2章热工过程自动控制的基本概念
发散振荡的品质指标
2.0
过渡时间？？？ 峰值时间？？？
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
偏差性能指标min
平方误差积分准则 J e2 tdt
0
时间乘误差平方积分准则J te2 t dt
0
误差绝对值积分准则 J e2 t dt
0
时间乘误差绝对值积分准则 J t e2 tdt
衰减振荡(2)的MATLAB模拟
单调过程的MATLAB模拟
汽车ABS刹车时的车速和轮速
三、品质指标
余差（e） ：系统过渡过程终了时给定值与被控参 数稳定值之差 最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给 定值的差 衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二 个波的振幅之比
衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的 百分比 过稳渡定过值程 的5时%间或（2t%s）范：围系内统所过需渡的过时程间曲线进入新的 峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰 值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度
反应快，按设定的程序控制，必须有模型
人工控制
人在完成一项有目的的任务所经历的过程 眼睛观察 大脑分析决策、预期目标 油门执行 汽车受控对象
预期 分析决策
目标
观察 执行 观察
干 扰
工作对象被控量
预期 目标
设定 速度
汽车定速巡航
干
观察
扰
分析决策 执行 受控对象
调节器
观察 测量 执行
干 扰
受控对象
测量
最 大 偏 差
h(t)
0.8
0.6
0.4
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(4)校正装置:为改善系统动态和静态特性而附加 的装置。如果校正装置串联在系统的前向通道中, 称为串联校正装置;如果校正装置接成反馈形式, 称为并联校正装置,又称局部反馈校正。 (5)反馈环节:它用来测量被控量的实际值,并经过 信号处理,转换为与被控制量有一定函数关系,且 与输入信号同一物理量的信号。反馈环节一般也 称为测量变送环节。 (6)给定环节:产生输入控制信号的装置。
自动控制系统的组成及术语
典型反馈控制系统的原理如图所示 Nhomakorabea(1)被控对象:它是控制系统所控制和操纵的对象, 它接受控制量并输出被控制量。 (2)控制器:接收变换和放大后的偏差信号,转换为 对被控对象进行操作的控制信号。 (3)放大变换环节:将偏差信号变换为适合控制器执 行的信号。它根据控制的形式、幅值及功率来放 大变换。
(4)偏差信号:控制输入信号与主反馈信号之差。 (5)误差信号:它指系统输出量的实际值与希望值 之差。系统希望值是理想化系统的输出，实际 上并不存在,它只能用与控制输入信号具有一定 比例关系的信号来表示。在单位反馈情况下,希 望值就是系统的输入信号,误差信号等于偏差信 号。 (6)扰动信号:除控制信号以外,对系统的输出有 影响的信号。
控制系统中常用的名词术语 ： (1)输入信号:泛指对系统的输出量有直接影响的外 界输入信号,既包括控制信号又包括扰动信号。其中 控制信号又称控制量、参考输入、或给定值。 (2)输出信号(输出量):是指反馈控制系统中被控制的 物理量,它与输入信号之间有一定的函数关系。 (3)反馈信号:将系统(或环节)的输出信号经变换、处 理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。 若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端,这种 反馈信号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。