自动控制系统的工作原理
自动控制系统的工作原理
自动控制系统的工作原理
自动控制系统的工作原理是通过感知和测量外部环境的变化，将这些变化信息反馈给控制器，控制器根据预设的控制策略和目标，对执行器发出指令，调整系统的输出，使得系统能够稳定地运行在预期的状态。
其主要包括以下几个步骤：
1. 传感器感知外部环境：自动控制系统会通过传感器来感知外部环境中的各种变量。
这些传感器可以测量温度、压力、速度、位置等。
感知到的变量值会被传输到控制器中。
2. 数据处理和控制策略：控制器接收传感器传输的变量值后，会对这些数据进行处理和分析，根据预设的控制策略来确定下一步的动作。
控制策略可以是一系列的逻辑规则、数学模型或者以机器学习为基础的算法。
3. 输出信号和执行器操作：控制器根据控制策略计算得到的结果，生成对执行器的控制信号。
执行器接收到这些信号后，执行相应的操作，如控制电动机的转速、阀门的开关等。
4. 反馈信号和调整：自动控制系统通常还会有反馈环节，通过传感器监测系统的输出，并将这些信息反馈给控制器。
控制器根据反馈信号与预期值之间的差异，调整控制策略和执行器操作，使得系统能够持续地接近目标状态。
通过不断地感知、处理和调整，自动控制系统能够实现对系统变量的准确控制和稳定运行。
这种工作原理广泛应用于工业自动化、智能交通系统、机器人等各个领域。
自动化控制系统的工作原理
自动化控制系统的工作原理宝子们！今天咱们来唠唠自动化控制系统这个超酷的玩意儿的工作原理呀。
你想啊，自动化控制系统就像是一个超级智能的小管家。
比如说，在一个大工厂里，有好多好多机器设备在运转。
要是没有自动化控制系统，那得多少人在那儿盯着，忙得晕头转向呀。
那这个小管家是咋工作的呢？咱先从传感器说起。
传感器就像是小管家的小耳朵和小眼睛。
它能感知周围环境各种各样的信息呢。
比如说温度传感器，就像一个特别敏感的小鼻子，能精确地闻出周围温度是多少。
要是在一个生产电子元件的车间里，温度必须得保持在一个合适的范围，温度传感器就时刻在那儿检测着。
一旦温度有点高了或者低了，它就会赶紧把这个消息传出去。
然后呢，这个消息就传到控制器那儿啦。
控制器就像是小管家的大脑。
它收到传感器传来的消息后，就开始思考对策啦。
如果是温度高了，它就会根据预先设定好的程序，下达命令。
这命令就像是给下面的设备发送小纸条一样。
比如说，它可能会让制冷设备启动，把温度降下来。
再说说执行器吧。
执行器就是那个听控制器指挥，真正干活的小助手。
就像刚刚说的制冷设备，它就是一个执行器。
控制器让它启动，它就乖乖启动，开始制冷，直到温度回到合适的范围。
这就像是一场特别有秩序的接力赛，传感器把接力棒传给控制器，控制器再把接力棒传给执行器。
在一些智能家居系统里，自动化控制系统也是超级有趣的。
你有没有这样的经历，晚上回家，一打开门，客厅的灯就自动亮了。
这就是自动化控制系统在起作用呢。
门那儿有个传感器，它感应到门开了，就告诉控制器，控制器就马上给灯这个执行器下达命令，灯就亮起来啦。
感觉就像是家里有个小精灵在偷偷照顾你呢。
而且呀，自动化控制系统还能不断学习呢。
就像一个聪明的小娃娃，越用越聪明。
它可以根据以往的运行数据，调整自己的控制策略。
比如说，一个空调系统，经过一段时间的运行，它发现每天晚上某个时间段，大家都喜欢把温度调得稍微低一点，那它就会记住这个规律。
下次到这个时间段的时候，它就会提前稍微把温度降一降，这样就更人性化啦。
液位自动控制系统工作原理
液位自动控制系统工作原理
液位自动控制系统的工作原理是通过传感器感知液位的变化，并将这些信号转换成电信号，然后由控制器对这些信号进行处理和分析，最终通过执行机构调节流量或液位来控制液位的变化。
具体而言，液位自动控制系统通常包括以下几个基本组成部分：
1. 传感器：常用的液位传感器有浮子传感器、电容式传感器、超声波传感器等。
传感器可以感知液位的变化，并将其转换成电信号。
2. 控制器：控制器接收传感器发出的电信号，并对其进行处理和分析。
根据预设的控制策略和设定值，控制器计算出相应的控制命令。
3. 执行机构：执行机构根据控制器发出的控制命令，控制液体的流量或液位。
常见的执行机构包括阀门、泵等。
4. 反馈回路：为了确保控制的准确性，液位自动控制系统通常还需要建立反馈回路。
反馈回路将实际液位信息反馈给控制器，控制器可以根据实际液位与设定值之间的差异进行调整，以实现闭环控制。
整个液位自动控制系统的工作原理是不断地感知、处理和调控液位的变化，以使液位保持在设定值附近。
通过控制液体流量
或液位，液位自动控制系统可以实现液位的稳定、准确的控制，从而满足工业生产的需求。
自动化控制的工作原理
自动化控制的工作原理自动化控制技术是指在工业生产和社会生活中，利用计算机、微电子技术、机械和仪器仪表等综合技术手段，对各种生产过程进行监测、控制和管理的一种先进技术。
它的出现，不仅大大提高了生产效率，还降低了劳动强度，改善了工作环境，提高了产品质量。
本文将详细介绍自动化控制的工作原理。
一、自动化控制系统的组成自动化控制系统主要由四个基本要素组成：控制对象、控制装置、传感器和执行器。
控制对象是指需要进行监测和控制的物理、化学、机械或电气系统；控制装置是指将纽扣、开关、按钮等操作元素与控制对象相连的设备；传感器用于将控制对象的状态参数转换为电信号；执行器用于接收控制装置的信号，并实现对控制对象的控制。
二、自动化控制的基本原理自动化控制的基本原理是通过将输入信号经过控制装置处理后，输出给执行器控制控制对象，实现对控制对象的监测和调节。
其工作原理可分为三个阶段：检测阶段、决策阶段和执行阶段。
1. 检测阶段检测阶段通过传感器采集控制对象的参数信息，如温度、压力、流量等，并将其转换为电信号。
这些电信号经过处理后，成为输入信号。
2. 决策阶段决策阶段是通过控制装置对输入信号进行处理和分析，根据事先设定的控制策略，产生输出信号。
这些输出信号将决定执行器对控制对象采取何种操作方式。
3. 执行阶段执行阶段是通过执行器接收到控制装置的输出信号后，对控制对象进行相应的操作，如开关的打开、关闭，电机的启动、停止等。
执行器的操作将对控制对象的状态产生影响。
三、自动化控制的分类根据控制系统的复杂程度和控制策略的不同，自动化控制可分为三个层次：开环控制、闭环控制和优化控制。
1. 开环控制开环控制是指控制系统只考虑输出结果，而不对输出结果进行监测和调节的一种控制方式。
在开环控制中，不对控制对象的状态参数进行反馈，因此容易受到外界干扰的影响。
2. 闭环控制闭环控制是指控制系统通过对控制对象的输出进行监测和调节，实现对其状态参数的精确控制。
自动控制系统工作原理
自动控制系统工作原理的基本原理自动控制系统是一种能够对某个对象或过程进行监测、测量、比较、判断和调节的系统。
它通过传感器获取对象或过程的信息，经过信号处理和控制算法的运算，输出控制信号，以实现对对象或过程的自动调节。
自动控制系统的工作原理基于以下几个基本原理：1. 反馈原理自动控制系统中最关键的原理是反馈原理。
反馈是指将系统输出的一部分信号再次输入到系统中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差异来调整控制信号，以使系统的输出逼近期望输出。
反馈可以分为正反馈和负反馈两种。
正反馈会增强系统的输出，使系统产生不稳定的振荡行为，很少在自动控制系统中使用。
负反馈则通过比较实际输出与期望输出的差异，并根据差异的大小来调节控制信号，使系统的输出稳定在期望值附近。
2. 控制算法自动控制系统的控制算法决定了系统如何根据输入和反馈信号来生成控制信号。
常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制，它们可以单独或组合使用。
•比例控制（P控制）根据反馈信号与期望信号的差异的大小来生成控制信号。
控制信号与差异成正比，当差异较大时，控制信号也较大，从而加快系统的响应速度。
然而，比例控制无法消除稳态误差。
•积分控制（I控制）通过累积反馈信号与期望信号的差异，并根据累积值生成控制信号。
积分控制可以消除稳态误差，但会引入超调和振荡。
•微分控制（D控制）根据反馈信号的变化率来生成控制信号。
微分控制可以提高系统的响应速度和稳定性，但对噪声敏感。
这些控制算法可以根据具体应用的需求进行组合和调整，以实现对系统的精确控制。
3. 传感器和执行器传感器是自动控制系统中用于测量对象或过程状态的装置，可以将物理量转换为电信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器通过将测量值转换为电信号，将对象或过程的状态信息传递给控制器进行处理。
执行器是自动控制系统中用于输出控制信号的装置，可以将电信号转换为物理量。
自动控制的原理及其应用
自动控制的原理及其应用1. 引言自动控制是一种基于控制理论、电子技术、计算机技术等多学科交叉的技术，通过对系统状态的监测和控制指令的发送，实现对机械、电子、化工等各种设备和系统的自动化运行和控制。
本文将介绍自动控制的基本原理以及其在不同领域的应用。
2. 自动控制的基本原理自动控制的基本原理可以总结为以下几个方面： 1. 传感器与执行器：传感器负责将所测量的物理量（如温度、压力、速度等）转化为电信号，而执行器则负责将电信号转化为相应的控制行为（如启动电机、调节阀门等）。
2. 控制器：控制器是自动控制系统的核心，负责接收传感器的信号，并对其进行处理和判断，最后输出控制信号给执行器。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
3. 反馈控制：反馈控制是指将系统输出与期望输出进行比较，并根据比较结果对控制信号进行修正。
通过不断地进行反馈，系统能够更快地达到目标状态。
4. 开环控制：开环控制是指控制信号不依赖于系统输出的控制方式。
虽然开环控制简单，但无法对外部干扰和内部变化进行修正，容易导致系统偏离目标状态。
3. 自动控制的应用领域自动控制技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：3.1 工业自动化工业自动化是自动控制技术最早应用的领域之一。
在工厂生产线上，自动控制系统可以实现对设备和流程的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
例如，汽车生产线上的机器人可以自动完成车身焊接、喷漆等工序。
3.2 交通运输交通运输领域也是自动控制技术的应用领域之一。
自动驾驶技术在汽车、无人机等交通工具上的应用日益广泛，能够提高交通安全性，并减少交通事故发生率。
此外，交通信号灯、高速公路收费系统等也是自动控制的应用实例。
3.3 全自动化家居全自动化家居系统可以实现对家居设备的智能控制。
通过感应器、智能控制器和执行器的协同工作，可以实现灯光、温度、安防等方面的智能化控制。
例如，智能家居系统可以根据主人的离开时间自动关闭电器设备，实现节能和安全控制。
自动控制系统的工作原理
自动控制系统的工作原理自动控制系统是一种能够实现对某个系统或过程进行自动化控制的系统。
它通过感知、比较和调整来实现对被控对象的控制，从而使其能够按照既定的要求和目标进行运行。
本文将介绍自动控制系统的工作原理，包括感知、比较和调整三个方面。
感知是自动控制系统的第一步。
在感知阶段，系统通过传感器或其他感知装置获取被控对象的状态信息。
这些状态信息可以是温度、压力、速度、位置等物理量，也可以是其他与被控对象相关的参数。
感知装置将获取到的信息转化为电信号或数字信号，并传递给控制器进行处理。
比较是自动控制系统的第二步。
在比较阶段，控制器将感知到的被控对象的状态信息与预设的目标值进行比较。
目标值是根据系统的要求和目标设定的，可以是一个固定值，也可以是一个变化的参考值。
通过比较，控制器可以确定被控对象的状态与目标值之间的差距，进而确定需要采取的控制措施。
调整是自动控制系统的第三步。
在调整阶段，控制器根据比较的结果，通过执行相应的控制算法或控制策略，对被控对象进行调整。
调整的方式可以是改变被控对象的输入信号，也可以是改变被控对象的工作状态。
通过不断地感知、比较和调整，控制系统可以将被控对象的状态逐渐调整到预设的目标值附近，实现对被控对象的自动化控制。
自动控制系统的工作原理可以用一个简单的例子来说明。
假设有一个温度控制系统，目标是将某个房间的温度控制在设定的范围内。
在感知阶段，系统通过温度传感器感知房间的实际温度，并将其转化为电信号传递给控制器。
在比较阶段，控制器将实际温度与设定的目标温度进行比较，得到温度差值。
在调整阶段，控制器根据温度差值执行相应的控制策略，比如调节空调或暖气的输出功率，以使房间的温度逐渐接近设定的目标温度。
总结起来，自动控制系统的工作原理可以概括为感知、比较和调整三个步骤。
通过这三个步骤的循环反馈，控制系统可以实现对被控对象的自动化控制。
自动控制系统在工业、交通、能源等领域有着广泛的应用，为提高生产效率、降低能耗、提升安全性等方面做出了重要贡献。
自动化控制系统原理
自动化控制系统原理自动化控制系统是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分。
它通过传感器、执行器和控制器等设备，实现对工业过程的监测、控制和优化。
本文将从控制系统的基本原理、传感器与执行器、控制器以及系统优化等方面进行论述。
一、控制系统的基本原理自动化控制系统的基本原理是根据系统的输入和输出之间的关系，通过控制器对系统进行调节，使输出能够达到期望的目标。
控制系统的基本原理可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指控制器仅根据预先设定的输入信号进行操作，不考虑系统的实际输出。
这种控制方式简单直接，但无法对系统的扰动和误差进行补偿，容易导致系统输出偏离期望值。
闭环控制是在开环控制的基础上，通过传感器对系统的实际输出进行监测，并将监测结果反馈给控制器进行调节。
这种控制方式可以实时纠正系统的误差，使系统能够更加稳定和精确地达到期望值。
二、传感器与执行器传感器是自动化控制系统中的重要组成部分，它能够将物理量转化为电信号，并将其传递给控制器。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
传感器的选择应根据系统的具体需求进行，以保证系统能够准确地感知和监测所需的物理量。
执行器是控制系统中的另一个重要组成部分，它能够根据控制器的指令，将电信号转化为机械运动或其他形式的能量输出。
常见的执行器包括电动阀门、电动马达等。
执行器的选择应根据系统的具体需求和控制要求进行，以保证系统能够准确地执行控制指令。
三、控制器控制器是自动化控制系统中的核心部分，它接收传感器的反馈信号，根据预设的控制算法进行计算，并输出控制信号给执行器。
常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
不同的控制器适用于不同的控制场景，选择合适的控制器可以提高系统的控制精度和稳定性。
四、系统优化自动化控制系统的优化是为了使系统能够更加高效、稳定地运行。
系统优化可以通过调整控制参数、改进控制算法以及优化传感器和执行器等方面进行。
在调整控制参数方面，可以通过实验和模拟等方法，不断优化控制参数的取值，以使系统的响应速度更快、稳定性更好。
自动化控制系统的工作原理
自动化控制系统的工作原理自动化控制系统是现代工业生产中不可或缺的关键技术之一。
它通过对各种物理量的感知、测量和处理，实现对生产过程的自动化监控与控制。
本文将介绍自动化控制系统的基本组成部分和工作原理，以及其在不同行业中的应用。
一、自动化控制系统的基本组成部分1. 传感器与执行器：传感器用于感知和测量生产过程中的各种物理量，如温度、压力、流量等；而执行器则用于根据控制系统的指令执行相应的操作，如开关阀门、调节速度等。
2. 控制器：控制器是自动化控制系统的核心部件，它接收传感器采集的信号，经过处理后生成控制指令，然后将指令发送给执行器进行操作控制。
3. 人机界面：人机界面提供了操作和监控自动化控制系统的接口，如触摸屏、键盘、显示器等设备，使操作人员可以通过界面直观地了解系统运行情况，并进行设定与调整。
二、自动化控制系统的工作原理1. 信号采集与处理：自动化控制系统首先通过传感器感知生产过程中的各种物理量，将其转化为相应的电信号，并进行放大、滤波、线性化等处理，以确保信号的准确性和稳定性。
2. 控制算法：控制器通过预先设定的控制算法对采集到的信号进行处理，生成控制指令。
常用的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制、神经网络控制等，根据具体的应用需求选择不同的算法。
3. 控制指令传递：控制指令经过调制、编码等方式进行传输，可以通过有线或无线的方式传递给执行器。
传输过程中需考虑实时性和可靠性，以确保指令能够准确地传递到执行器端。
4. 执行器操作：执行器接收到控制指令后，根据指令进行相应的操作，控制生产过程中的各种执行元件，实现对生产过程的精确控制。
三、自动化控制系统的应用自动化控制系统广泛应用于各个行业，如工业生产、交通运输、能源管理等。
以下是几个典型的应用案例：1. 工厂自动化：自动化控制系统可以实现对工厂生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。
例如，在汽车制造业中，自动化控制系统可以对机器人进行精准控制，实现车身焊接、喷涂等工艺过程的自动化操作。
自动控制的原理
自动控制的原理引言自动控制是一种利用现代科技手段，通过对被控对象的监测和调节，实现对系统运行状态的自动调控的方法。
自动控制广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。
本文将介绍自动控制的原理和工作过程。
一、自动控制的基本原理自动控制的基本原理是通过对系统的监测和反馈，实现对系统的控制。
其主要包括以下几个要素：1.1 监测器监测器用于对被控对象的状态进行监测，获取系统的实时数据。
常用的监测器包括传感器、仪表等。
传感器可以将被控对象的状态转换为电信号或其他形式的信号，以供后续处理。
1.2 控制器控制器是自动控制系统的核心部件，它根据监测器获得的系统数据，通过算法和逻辑判断，生成控制信号，对被控对象进行调节。
控制器的种类繁多，常见的有比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
不同的控制器可以实现不同的控制策略，如比例控制器可以根据误差大小调节输出信号的幅度，积分控制器可以根据误差累积情况调节输出信号的时间长度。
1.3 执行器执行器是控制器的输出部件，用于将控制信号转换为对被控对象的操作。
执行器可以是电动执行器、气动执行器等，其作用是根据控制信号改变被控对象的某个特定参数，如阀门的开度、电机的转速等。
1.4 反馈环节反馈是自动控制的重要特征之一，通过对被控对象的输出进行监测，将实际输出值与期望值进行比较，形成误差信号，并将误差信号反馈给控制器，以实现对被控对象的精确调节。
反馈环节可以提高系统的稳定性和鲁棒性，减小系统的误差。
二、自动控制的工作过程自动控制的工作过程可以分为以下几个步骤：2.1 监测监测器对被控对象的状态进行监测，获取系统的实时数据。
监测器可以采集多个参数的数据，如温度、压力、流量等。
2.2 比较控制器将监测得到的数据与设定值进行比较，计算出误差信号。
误差信号是实际值与期望值之间的差异，它反映了系统的偏离程度。
2.3 算法处理控制器根据设定的控制算法和逻辑，对误差信号进行处理，生成控制信号。
自动控制工作原理
自动控制工作原理
自动控制是指利用设备和系统来监测和调节工业过程、环境条件或设备运行的方法。
其工作原理可以概括为以下几个步骤。
1. 传感器检测：自动控制系统利用传感器来实时监测被控对象的状态或环境条件。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、光电传感器等，根据被控对象的特性选择相应的传感器。
2. 信号转换：传感器检测到的信号通常是模拟信号，需要经过信号转换装置将其转换为数字信号。
这可以通过模数转换器（ADC）来实现，将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
3. 控制器运算：数字信号经过转换后，进入控制器进行运算。
控制器是根据先前设定的控制策略来进行相应的计算和决策的设备，可以采用不同的算法和方法进行运算。
常见的控制器有比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
4. 控制信号输出：控制器根据运算结果产生相应的控制信号，在自动控制系统中，通常是输出数字信号或模拟信号。
这些控制信号会通过执行器传递给被控对象，从而影响被控对象的运行状态或环境条件。
5. 执行器执行：执行器是控制系统的输出装置，根据控制信号的不同，可以是电动阀、电动机、液压马达等。
执行器接收到控制信号后，对被控对象进行调节或操纵，使其达到预定的状态或目标。
6. 反馈调节：自动控制系统通常还包括反馈环节，通过传感器检测被控对象的实际状态，并将实际状态与预定状态进行比较，从而调整控制信号的输出，使被控对象能够保持在期望的状态范围内。
通过上述步骤的循环反复执行，自动控制系统能够实现对被控对象或工业过程的实时监测和精确控制。
这在工业生产、交通运输、环境监测等领域都有广泛的应用。
自动控制系统的工作原理
M 负载 n ug
给定信号
ui
i
电动 n 机 被控量
(参考输入量) （按扰动量控制方式）
这种控制方式的前提条件：是干扰能够被测量 应用：交通红绿灯、自动洗衣机、生产流水线
14
闭环（反馈）控制系统 Closed-loop Control System
闭环控制系统又称反馈控制系统，是应用最广泛的 控制方式。
5
10学时5个实验，各班课代表去联系。 联系方式：汪宁老师 实验内容： 1.典型环节（比例、积分、惯性）测试 2.二阶系统单位阶跃响应及性能指标 3.高阶系统阶跃响应、根轨迹图绘制 4.频率特性（Nyquist图、Bode图）绘制 5.校正环节特性及系统阶跃响应
6
4．成绩评定
出勤 5％ 作业 10％ 实验 15％ 缺一次扣5分 允许补齐 考试 70％ 但是卷面成绩不得低于55分，否则按不及格 处理。作业缺一半不允许参加考试。 5．参考书目 １. 刘明俊 《自动控制原理》 国防科技大学出版社 2. 胡寿松 《自动控制原理简明教程》 科学出版社 3. 鄢景华 《自动控制原理》 哈尔滨工业大学出版社 4. 吴 麒 《自动控制原理》 清华大学出版社 5. 李友善 《自动控制原理》 国防工业出版社 6. 侯夔龙 《自动控制原理》 西安交通大学出版社
给定装置：产生给定值或输入信号（量）（即参考量或期望值） 测量元件：测量被控制的物理量（被控量），用于产生反馈信号 各种传感器：测速发电机、电位计、热电偶等。 比较元件：把测量元件检测的实际值（被控量）与给定元件 给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差。 如差动放大器、自整角机。 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件 去控制被控对象，如放大器、晶闸管。 执行机构：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 如步进电机，继电器开关。 补偿（校正）元件：结构或参数便于调整的元件或机构，用串联 或反馈的方式连接在系统中，以改善控制系统性能。
典型自动控制系统的组成和工作原理
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器来感知、判断和控制环境 的系统。了解其组成和工作原理，可以更好地应用于实际工程领域。
自动控制系统的定义
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器对环境变量进行感知、判断和控制的系统。它能够以 反馈的方式实时调整控制策略，以实现预期的目标。
现系统的控制目标。
系统反馈信息通过传感器反馈给控制 器，形成一个闭环控制回路，实时调
整控制策略以适应环境的变化。
自动控系统的应用领域
• 工业自动化：在生产线上用于控制和监测机械设备的运行。 • 交通运输：用于自动驾驶、智能交通信号灯等领域。 • 建筑环境：用于自动调节室内温度、湿度、光线等参数。 • 能源管理：用于控制电网、发电机组、智能电表等领域。
总结
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器对环境进行感知、判断和控制的系统，具有广泛的应 用领域和重要的优势。了解其组成和工作原理对于实际应用具有重要意义。
自动控制系统的组成要素
传感器
传感器用于感知环境变量，如温度、湿度、压力等，并将其转化为可供控制器处理的电信号。
控制器
控制器根据设定值和传感器的反馈信号进行计算和控制，并生成控制信号发送给执行器。
执行器
执行器根据控制信号对系统进行操作，如调节阀门、开关电机等，以实现系统的控制目标。
自动控制系统的工作原理
1
传感器感知环境变量
传感器监测环境变量并将其转化为电
控制器根据设定值和反馈信号
2
信号，为控制器提供反馈数据。
进行控制
控制器根据预设的目标设定值以及传
感器反馈的数据，计算并生成相应的
3
执行器执行控制信号
自动控制工作原理
自动控制工作原理
自动控制是一种通过电子技术和机械装置实现的控制系统，它可以根据预设的条件和程序自动执行操作或调整参数。
其工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 传感器检测：自动控制系统首先通过传感器获取外部环境或被控对象的相关信息。
传感器可以是光学、热敏、压力传感器等，根据不同的应用需求选择适合的传感器。
2. 信号处理：传感器收集到的信息经过转换、放大和滤波等处理，转化为电信号，并送至控制器。
3. 控制器计算：控制器接收到传感器传来的信号后，根据预设的控制算法对信号进行处理和计算，确定控制操作的方式、时间和幅度。
4. 控制输出：控制器经过计算得到的控制信号被传输至执行器，如电机、阀门或其他执行器设备。
5. 执行操作：执行器根据控制信号，对被控对象进行操作或调整。
例如，控制信号可以使电机转动或关闭阀门等。
6. 反馈检测：自动控制系统通常配备了反馈回路，用于监测控制效果。
反馈信号通过传感器重新采集反馈信息，并返回给控制器。
7. 控制调整：控制器收到反馈信号后，对当前的控制操作进行
评估，如果需要调整，则调整控制算法和参数，重新计算控制信号。
8. 循环反复：上述步骤在系统中不断循环进行，以实现对被控对象的连续监测和调整。
通过上述工作原理，自动控制系统能够根据预设的条件和程序，对被控对象进行精确控制和调整，以满足不同的需求和要求。
这在许多领域中都有广泛应用，例如工业生产、航空航天、交通运输等。
自动控制系统的原理与应用
自动控制系统的原理与应用一、引言自动控制系统是现代科技的重要组成部分，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天、医疗仪器等。
本文将从控制系统的原理入手，探讨自动控制系统的工作原理和应用。
二、控制系统的原理控制系统的原理是基于反馈的闭环控制。
简单地说，它包括输入信号、控制器、执行器和反馈传感器四个主要组成部分。
输入信号是系统需要控制的目标值或期望值，控制器根据输入信号和反馈信号进行计算，然后输出控制信号给执行器，执行器根据控制信号产生相应的动作，同时反馈传感器采集执行器的输出信号，并将其发送给控制器进行比较，从而实现对系统的实时调节和控制。
三、自动控制系统的应用1. 工业生产领域：自动控制系统在工业生产中起着至关重要的作用。
例如，在汽车制造过程中，自动控制系统可以实现对生产线的自动化控制，包括机器人操作、零件装配等。
这不仅提高了生产效率，还能够降低人为因素对产品质量的影响。
2. 交通运输领域：自动控制系统在交通运输中有着广泛的应用。
例如，在地铁系统中，自动控制系统可以实现列车的自动驾驶和列车间的安全距离控制。
这样不仅能够提高运输效率，还能够增强运输的安全性。
3. 航空航天领域：自动控制系统在航空航天领域起着至关重要的作用。
例如，在飞机上，自动控制系统可以实现飞行高度、航向等参数的自动调节。
这不仅提高了飞行的精度和稳定性，还能够减轻飞行员的工作负担。
4. 医疗仪器领域：自动控制系统在医疗仪器中有着广泛的应用。
例如，在呼吸机中，自动控制系统可以实现对患者的呼吸参数的自动调节，确保患者的呼吸得到有效支持。
这不仅提高了医疗的效果，还能够减轻医护人员的工作负担。
四、自动控制系统的优势1. 提高生产效率：自动控制系统能够实现生产过程的自动化，减少了人为操作的时间和错误率，从而提高了生产效率。
2. 提高产品质量：自动控制系统能够实时监测和调节生产过程中的各项参数，确保产品质量的稳定和一致性。
3. 提高安全性：自动控制系统能够实现对生产过程的实时监测和控制，及时发现和纠正潜在的安全隐患，提高了生产过程的安全性。
自动控制系统工作原理
自动控制系统工作原理
自动控制系统工作原理是通过传感器、执行器和控制器之间的相互协作实现的。
传感器是自动控制系统中的重要组成部分，它负责将待控对象的信息转化为电信号或其他形式的信号，供控制器识别和分析。
传感器可以测量各种物理量，如温度、压力、流量等。
控制器是自动控制系统的核心，它负责对传感器传输过来的信号进行处理和判断，并根据设定的控制策略发出控制信号。
控制器通常包含控制算法和控制器芯片，可以根据不同的需求实现不同的控制功能。
执行器是自动控制系统的输出部分，它负责根据控制器发出的控制信号执行相应的操作。
执行器可以是电动机、阀门等设备，通过输出力或执行运动来实现对待控对象的控制。
自动控制系统的工作原理是基于反馈控制的原理。
在自动控制系统中，控制器会不断地获取传感器反馈的信号，与设定值进行比较，并根据比较结果调整输出信号，使系统的实际运行状态逐渐接近设定值。
具体而言，自动控制系统会根据传感器获取的实际值与设定值之间的差距，通过控制算法计算出相应的控制量，并将控制量通过执行器作用于待控对象，以达到控制系统的稳定与优化。
自动控制系统的工作流程可以简单描述为：传感器将待控对象
的状态信息转换成电信号；控制器接收传感器信号，并通过控制算法计算出相应的控制量；执行器根据控制器的信号进行相应的操作，对待控对象进行控制；控制器不断获取传感器的反馈信号，调整控制量，使系统稳定在设定值附近。
总的来说，自动控制系统工作原理是通过传感器采集信息、控制器处理判断、执行器输出控制信号，实现对待控对象的精确控制。
通过不断调整控制量，使系统运行状态与设定值一致，实现自动化控制。
自动控制系统的组成、工作原理、品质指标
2021/7/6
自动控制系统的原理方框图
(1)能直观地表达自动控制系统中各设备之间相互作用 与信号传递关系的示意图称为自动控制系统的原理方框 图。
(2)方框图的四个要素
2021/7/6
方框图的四个要素
①信号线：用箭头表示信号“x”的传递方向的连接线。 ②汇交点 (相加点、综合点)：表示两个信号“x1”与
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2．前馈调节系统(feedforward regulation system)：前 馈调节系统是依据扰动进行调节的，见下图。
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前馈调节系统特点： (1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产
生，所以调节速度相对比较快； (2)由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被
在所有的扰动形式中，一般阶跃扰动是最 不利和最难克服的，如果一个控制系统能很好的克 服阶跃扰动，那么对于其他形式的扰动也就不难克 服，因此我们常把对阶跃扰动的反应作为判别系统 抗干扰能力好坏的标准。
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过渡过程的基本形式
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1）稳定的过渡过程：自动控制系统受到扰动后， 经过调节能够达到新的平衡状态，即被调量能够达 到新的稳定数值，如非周期振荡、衰减振荡。
值之比，即
A 100%
y
在给定值变化的情况下，用超调量指标来表示
被调量偏离给定值的最大程度。
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过渡过程的品质指标
3）衰减比n： 两个同方向的相邻波峰幅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ之比A：B， 习惯上用n：1表示。显然，衰减比表示过渡过程振 荡的剧烈程度。
4）衰减率：是指每经过一个波动周期，被调量振动幅 值减少的百分数。如上图所示，衰减率可表示为
自动控制系统的基本工作原理
自动控制系统的基本工作原理自动控制系统是一种能够根据预定要求自动调节和控制工业过程的系统。
它通过感知环境信息、进行信息处理和决策，从而实现对被控对象的精确控制。
其基本工作原理可以总结为三个步骤：感知、处理和执行。
感知是自动控制系统的第一步。
通过传感器，系统能够感知环境中各种物理量或信号的变化。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、位置传感器等。
这些传感器将物理量转化为电信号，并将其传递给控制器。
处理是自动控制系统的核心步骤。
当控制器接收到传感器传递过来的信号后，它会对这些信号进行处理和分析。
这些信号经过控制器内部的算法和逻辑运算，得出相应的控制指令。
控制指令可以是调节阀门、开关电源、改变设备的工作状态等。
执行是自动控制系统的最后一步。
根据控制指令，执行器将改变被控对象的状态或输出信号。
执行器可以是电动机、电磁阀、继电器等。
通过执行器的作用，被控对象的状态得到调节，达到预定的控制要求。
自动控制系统的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设有一个温度控制系统，控制目标是将室内温度保持在25摄氏度。
系统中有一个温度传感器、一个控制器和一个加热器。
当室内温度低于25摄氏度时，温度传感器感知到温度下降，并将信号传递给控制器。
控制器根据接收到的信号，判断室内温度低于25摄氏度，并发出控制指令打开加热器。
加热器开始工作，向室内供应热量，使室内温度逐渐回升。
当室内温度达到25摄氏度时，温度传感器感知到温度上升，并将信号传递给控制器。
控制器根据接收到的信号，判断室内温度达到25摄氏度，并发出控制指令关闭加热器。
加热器停止工作，室内温度稳定在25摄氏度。
自动控制系统的基本工作原理可以用以下步骤总结：感知环境中的物理量或信号变化，通过传感器将其转化为电信号；控制器对传感器信号进行处理和分析，得出控制指令；执行器根据控制指令改变被控对象的状态或输出信号。
通过这一系列步骤的循环反馈，自动控制系统能够实现对工业过程的精确控制。
自动控制的原理
自动控制的原理
自动控制的原理是基于反馈控制系统的工作原理。
该系统通过感知环境中的各种信号，将其转化为能够被计算机或电子设备处理的电信号或数字信号。
然后，这些信号会经过一系列的计算、判断与决策，最终生成控制信号，用于控制执行器或设备的动作，以使系统能够实现期望的目标。
具体来说，自动控制系统包括以下几个主要组成部分：传感器、执行器、控制器以及反馈回路。
传感器负责感知环境中的各种信息，如温度、压力、光照等。
执行器则负责执行控制器发出的命令，如控制电机的转动或阀门的开关等。
控制器是整个系统的核心，它接收传感器传来的信息，并进行计算与决策，生成适当的控制信号。
反馈回路起到监控与调整的作用，它将执行器的状态反馈给控制器，以便校正控制信号，使系统能够持续调整以实现更好的控制效果。
基于反馈控制的原理，自动控制系统能够根据实际情况对系统进行自动调节与修正，以达到预设的目标。
例如，在温度控制领域，传感器可以感知环境中的温度变化，控制器根据设定的目标温度与当前实际温度进行比较，并生成相应的控制信号，通过执行器控制加热或制冷设备的运行，从而使系统的温度保持在设定值附近。
总的来说，自动控制的原理可以简述为感知-计算-决策-执行-
反馈的过程，通过这一过程完成对系统的控制与调节。
这种自动控制的原理被广泛应用于工业自动化、智能家居、交通管制等领域，为人们的生活提供了更加便捷与舒适的体验。
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Automatic Control Theory 刘明俊
国防科技大学出版社
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1. 人类社会发展的三个时代
人力时代
人类主要依靠自身的肌体来完成能量变换和信息变换，但 是人类自身转换的功率和范围都极其有限，纵有九牛二虎之 力，也不能昼夜不停地工作着，因此创造的财富有限，最高 文明只达到封建社会。
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1.2 自动控制系统的工作原理
系统：为了达到某一目的，由一些对象相互作用，相互制 约，组成一个具有一 定运动规律的整体。
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，由被控对象和控制器构成的整体。
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。
闭环控制系统框图
输入量
干扰量
控制器
控制对象
输出量 被控量
测量元件
反馈回路
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给定装置
－＋
给定电压
放大器
e
电机
M
减速器
－＋
热电偶 电阻丝
热电偶 输ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电压
调压器 220～
给定电压 e 放 大 -器
电
减
动
速
机
器
热电偶
调
恒 期望炉温
压
温
器
炉
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工作原理：
当炉内实际温度与给定电位计表征的希望高度 一致时，热电偶输出电压与给定电压相等，电 动机不转动，系统相对平衡。当炉温因扰动出 现偏差时（如炉温低于希望值），偏差电压经 放大后驱动电动机转动，将调压器电刷向上移 动，使电阻丝两端电压增大，从而使炉温升高， 趋于希望值。
负反馈 比较元件
放大元件 —
执行机构
反馈校正元件
被控量 被控对象
测量元件
图1.5 闭环控系统基本组成
用“○”号代表比较元件，“—”号代表两者符号相反。
信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通
路；系统输出量经测量装置反馈到输入端的传输通路称主
反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。此外，
系统稳定性包括两个方面的含义。 （1）系统稳定，称为绝对稳定，即通常所说的稳定性。 （2）输出响应振荡的强烈程度，称为相对稳定性。 例如系统是绝对稳定的，但是在阶跃信号作用下，响应振荡 很强烈，而且振荡的衰减很慢，则该系统虽然属于稳定系统， 但相对稳定性差。
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过渡过程性能（快速性要求）：系统受到短暂的扰动
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开环控制系统 Open-loop Control System
◆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。
输入量
控制器
对象或过程
输出量 （被控量）
图1.1 开环控制系统方块图 13 （按输入量控制方式）
+
u0 +
++
功率
n
SM 负载
放大 ua
图1-2电动机速度控制系统
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•前馈控制(开环)
+
ug
+ u- i
udo R
放大 器
i
(a) 原理图
M 负载
ui
n
ug
给定信号
电压 放大
触发 器
(参考输入量)
机械化时代
当蒸汽机、发电机出现之后，既使用九牛二虎也不够形容 一台电动机之巨大威力了，而且可以不间断地保持着“精力 充沛”的状态工作着。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， 农民被改造成为工人，进入资本主义社会。
2
自动化时代 在这个时代中，不仅能量变换、而且信息变
11
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。
按控制方式
开环控制 闭环控制 （反馈控制） 复合控制
按对象方式
运动控制 （电机调速、机器人） 过程控制 （锅炉过程、化工过程）
换都由机器来完成，在人类活动所见的空间， 只要需要用“力”的地方，都会给它配上一个 小的脑袋－－单片机或微处理器之类的小脑袋。 不仅工业生产自动化了，农业生产、家务劳动、 交通运输、人居环境……凡是已知的规律，都 可以用自动化技术来完成。
3
4
2．自动控制原理课程性质与地位
自动控制原理（自动控制理论 自动调节原理 反馈 控制理论，简称自控）是研究自动控制系统的共同规 律的技术科学。它是一门技术基础理论课，主要研究 自动控制系统的组成、分析和设计的理论。
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反馈在系统可以分正反馈和负反馈
负反馈主要通过输入、输出之间的差值作用于系统的其他部 分。这个差值反映了我们要求的输出和实际的输出之间的差别。 控制器的控制策略是不停减小这个差值，以使差值变小。例如， 人打算拿桌上的盒子。目测距离，确定方向，移动，不断测距 离，脑判断以消除偏差
正反馈在自动控制系统中主要是用来对小的变化进行放大， 从而可以使系统在一个稳定的状态下工作。而且正反馈可以与 负反馈配合使用，以使系统的性能更优。 例如，铀－235在中 子轰击下，通常会产生两个中等质子数的核，并放出2－3个中 子和大量能量。放出的中子有的则继续引起重核裂变。这样就 会使系统中的作用越来越剧烈。所以一般在核反应堆中通过控 制反应堆中铅棒与反应物接触的面积来控制核反应的剧烈程度21
蒸汽
温度计
热水
冷水 排水
热力系统的人工反馈控制
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热力系统的自动反馈控制
自动控制器
温度测 量装置
热水
控制阀 蒸汽 冷水
排水 热力系统的自动反馈控制
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闭环控制的优缺点
优点： 抑制干扰能力强 对参数变化不敏感 能获得满意的动态特性和控制精度
缺点： 增加了系统的复杂性，如果参数选取 不恰当，系统可能会振荡。
大一 公共基础课：英语 数学 物理 政治 大二 技术基础课：电路 电子 电机 计算机编程 大三 专业基础课：自控 供电 微机 电力电子技术 大四 专业课、设计：调速 计算机控制 毕业设计 自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课 程，也是信电学院平台课程。同时也是一些硕士点考
5
研必修课。
3．课程学时安排
8
第一章 绪 论
1-1 自动控制的基本概念 1-2 自动控制系统工作原理 1-3 闭环控制系统的基本组成 1-4 自动控制系统的基本要求 1-5 自动控制系统的分类 1-6 控制系统举例 1-7 自动控制理论的发展史 1-8 控制系统的计算机辅助设计
9
1.1 自动控制的基本概念
应用领域：冰箱、空调、洗衣机、电梯、汽车、电厂锅炉、 酿酒过程、航空航天等各种机器或生产过程控制以及军事 领域。
干扰量
输入量
控制器
控制对象
输出量 被控量
测量元件
反馈回路
图1.3 干扰补偿的复合控制系统方块图
27
按输入前馈补偿的复合控制
前馈补偿
干扰量
输入量
控制器
控制对象
输出量 被控量
测量元件
反馈回路
图1.4 输入补偿的复合控制系统方块图
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1.3 闭环控制系统的基本组成
给定装置
输入量
串联校正
— （补偿）元件
电阻 R
晶阐管可 控整流器
扰动
i
电动 n
机 被控量
(b) 方块图
（按扰动量控制方式）
这种控制方式的前提条件：是干扰能够被测量 应用：交通红绿灯、自动洗衣机、生产流水线
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闭环（反馈）控制系统 Closed-loop Control System
闭环控制系统又称反馈控制系统，是应用最广泛的 控制方式。
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1-4 自动控制系统的基本要求
自动控制系统性能的基本要求（三个方面） 稳定性（先决条件）
系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏差平衡点恢复到 原来平衡状态的能力。一切自动控制系统必须满足的最基本 要求。由系统的结构参数决定与外界因素无关。
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稳定的控制系统在阶跃信号或扰动信号的作用下，其 响应的暂态过程应该是收敛的。如果系统设计不当，则在阶 跃信号下或扰动信号的作用下，相应的幅值振荡可能成为等 幅振荡，甚至成为振幅逐渐增大的发散振荡，发生这种情况 的系统称为不稳定系统。
第六章 控制系统补偿与综合
8学时
6
10学时5个实验，各班课代表去联系。 联系方式：汪宁老师 实验内容：
1.典型环节（比例、积分、惯性）测试 2.二阶系统单位阶跃响应及性能指标 3.高阶系统阶跃响应、根轨迹图绘制 4.频率特性（Nyquist图、Bode图）绘制 5.校正环节特性及系统阶跃响应
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4．成绩评定
后其运动性能从偏差平衡点恢复到原来平衡状态的能力，由 系统的结构参数决定与外界因素无关。
描述过渡过程性能可以用平稳性和快速性加以衡量， 一般称为动态性能。如：上升时间、峰值时间、调整时间、 超调量。
上课时间：一共14周，每周2次
星期一 1～2 星期三 3～4
答疑时间、地点：待定
一共64学时，讲课52学时， 习题2学时，实验10学时
讲课地点：教一南408，402
每章学时安排：
第一章 绪论
3学时