自控原理自动控制系统概
自动控制原理概述
自自自动动动控控制制原给得理定特值得征主:要任务:
被控量
控制分通析过和对设各计类自机控动器制器控、制各系种受统物控对得理象性参能量。、工
自业动示生图控下意产制面过系通程统过等得一得基些控本实制概例直念来接检说造测明福元自于件 动社控会制。和
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温人工控制系统 系工统作得过构程成: : 受控手蒸对动汽象调通:水箱 节被过阀控热门制传得导量开器:水温 度件,把从热而阀量调门传节 蒸递热汽给传得水导流,水器量得件, 来温控度显制与示水蒸仪得汽表 温得蒸度流汽、量成排正水 比冷、水但人工热难水以实现稳定得高质量控制、
第二节 自动控制系统得分类
三、连续系统和离散系统
连续系统:
系统中各部分得信号都就是时间得连 续函数即模拟量。
离散系统: 系统中有一处或多处信号为时间得离 散函数,如脉冲或数码信号。 若系统中既有模拟量也有离散信号, 则又可称之为采样系统。
第二节 自动控制系统得分类
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
前馈补偿控制
前馈通道
主通道
给定值 _ 控制器
被控 制量
受控对象
检测元件
反馈控制
第一节 自动控制与自动控制系统
(b) 按扰动前馈补偿得复合控制
前馈补偿控制
扰动
主通道
前馈通道
被控
制量
给定值 _ 控制器
受控对象
检测元件
反馈控制
第一章 概 述
第二节 自动控制系统得分类
自动控制系统得分类方法较多,常见 得有以下几种
自动控制原理概述
第一章 概述
第一节 自动控制与自动控制系统
一、自动控制得基本概念 二、控制系统得基本构成
王划一自动控制原理1-1绪论-文档资料
生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现
了。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例
中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面
高度h）维持在某种特定的标准上。
这人种工人控为制的例流入子。
地强制性地改
变进水量，而 使液面高度维
水箱
持恒定的过程，
h
即是人工控制
流出
过程。 8
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件
般用r(t)和c(t)表示。
c(t)
r(t)
0
t
0
t
29
2.离散系统
控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码 时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一 般用差分方程来描述。实际物理系统中，信息的表现 形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要， 人为地将连续信号离散化，我们称其为采样。
c(t)
人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系 统。比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现 了闭环控制的原理。
直流电动机转速闭环控制的例子。 19
电动机
负载
电 位 器
功率 放大器
M
给定 位置
F 测速发动机
负载 扰动
电位器 ur +- e
uf
功率 ua 放大器
转速 电动机
测速发动机 20
闭环控制的特点： ① 控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏 差信号，由偏差产生对系统被控量的控制； ② 系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差 信号，即影响控制作用的大小。这种自成循环的控制作用， 使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环。 ③ 提高了控制精度。 闭环控制系统的典型方框图如图所示。
第11章 自动控制原理
一般规定为响应曲线进入静差的±2%（或±5%） 范围而不再越出时所需要的时间。
振荡周期 过渡过程从第一个波峰到第二个波峰之间的时间， 反映系统的快速性。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节复习 难点： 自控系统的品质指标 重点： 1.自控系统组成与框图含义。 2.自控系统的分类、。 3.过渡响应的基本形式与过渡过程的品质指标。 4.各基本概念。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节概述
第2节构成环节的特性 第3节环节的综合和特性分析
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第1节概述
一、自动控制系统及其组成 二、控制系统的分类 三、自动控制系统的过渡响应
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
一、自动控制系统及其组成 （一）自动控制与人工控制过程的对比
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
思考题： 6.在阶跃干扰下，调节系统的过渡过程有哪几种形式， 用什么性能指标来衡量。 7.什么是系统的静态特性与动态特性。
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
第2节构成环节的特性
一、环节信号的传递和特性 二、拉普拉斯变换与传递函数
三、对象的过渡响应和数学描述
X c (s) b0 S m b1S m1 bm1S bm W ( s) n n 1 X r (s) a0 S a1S an1S an
第11章自动控制原理
热工测量与自动控制
意义： ①系统或环节的一种形式，表达系统将输入量转换成 输出量的传递关系 ②仅与系统或环节特性有关，与输入量怎样变化无关 ③简化系统动态性能的分析过程
第11章自动控制原理
第1章+自动控制系统绪论
；
21
1.2 自控概述
丼例：包装盒检测问题 某工厂需要对已装入香皂的纸质包装盒进行检测，把 未装入香皂的包装盒从传送带上剔除，该问题需要采用何 种控制方法？
22
1.2 自控概述
4. 直接控制不间接控制
一般情冴下为直接控制，当控制量丌能直接测量或把 控时采用间接控制。实际意义上一般控制均为间接控制 。
7
2. 自劢控制理论的建立
几位理论奠基人： 拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749－ 1827)，法国分析学家、概率论学家和物理学家，
1.1 发展历史
法国科学院院士。以天文力学研究为重点，研究方法 为数学、控制等多领域所引用，1812年发表了重要 的《概率分析理论》一书，在该书中总结了当时整个 概率论的研究，导入「拉普拉斯变换」等；
、流量、液面或PH值等类似变量（此类控制系统的控制 过程主要为以顺序排布为主的流程控制，比如化工工业产 品生产过程），此类系统称为过程控制系统。过程控制主 要应用于化工、工业制造等生产流程中。
16
1.2 自控概述
• 输入量：指作用于被控制对象或系统输入端的物理量、
信息或信号。 信息或信号。
• 输出量：指表现于被控制对象或系统输出端的物理量、
5. 适应式控制系统
系统本身能够随着环境条件或结构的丌可预计的变化
，自行调整或修改系统参量。
6. 学习控制系统
以人的分析和学习能力为目标，使机器能够自行对系
统变化做出反应的控制方法，以智能控制理论为基础。 23
1.2 自控概述
1.2.3 控制系统的结构和设计原则
• 1.控制系统的基本结构
对一个设施或过程的控制任务在于：使测量环节测得的 被控量y(t)丌受外部干扰z(t)的影响，即保持在一个恒定的 给定值w(t)=const上，或y(t)跟踪一个变化的给定值w(t) ≠const。
自动控制原理概念及定义
自控概念及定义1.开环控制的定义：若系统的被控制量对系统的控制作用没有影响，则此系统叫开环控制系统2.闭环控制的定义：凡是系统的被控制信号对控制作用有直接影响的系统都叫闭环控制系统3.恒值控制系统的定义:如果反馈控制系统的参考输入信号为常量则称这类反馈控制系统为恒值控制系统4.程序控制系统的定义：系统的参考输入信号按照一定的时间函数变化则称这类反馈控制系统为程序控制系统5.随动控制系统的定义:闭环控制系统中，如果参考输入信号为一任意时间函数,其变化规律无法预先予以确定,则承受这类输入信号的闭环控制系统叫做随动控制系统6.被控对象的定义:控制系统中被控制的设备或过程7.被控参数或输出量的定义：指被控对象中按一定规律变化的物理量，与输入信号间满足一定的函数关系8.扰动量的定义：所有妨碍控制量对被控量进行正常控制的因素称为扰动量9.控制量的定义：直接加到被控对象、直接改变被控量的变量，称为控制量10.反馈量的定义：由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号称为反馈量11.偏差量的定义：参考输入与主反馈信号之差12.控制器的定义：控制系统中除了被控对象外各个部分的组合13.负反馈控制基本原理：在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用,是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务,这就是负反馈控制的原理。
14.前向通道的定义: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15.反馈通道的定义：在闭环控制系统中，从被控量到输入端的反馈信号之间的通道称为反馈通道16.对控制系统的基本要求:稳定,精确，迅速17.传递函数的定义:在初始条件为零时,线性定常系统或元件输出信号的拉氏变换式与输入信号的拉氏变换式之比称为该系统或元件的传递函数18.什么叫基本环节：一个复杂的控制系统分成的一个个小部分称为环节。
从动态方程、传递函数和运动特性的角度看不宜再分的最小环节称为基本环节19.比例环节传递函数:G(s)=K20.惯性环节传递函数：G（s）=1/（Ts+1）21.积分环节传递函数：G(s）=1/s22.振荡环节传递函数：G（s）=1/()=23.纯微分环节传递函数：G（s）=s24.一阶微分环节传递函数:G(s）=s+125.二阶微分传递函数：G（s)=26.延迟环节传递函数：G(s)=27.二阶系统五个性能指标:上升时间、峰值时间、最大超调量、过渡过程时间、振荡次数N28.闭环主导极点定义：假若距虚轴较远的闭环极点的实部与距虚轴最近的闭环极点的实部的比值大于或等于5，且在距虚轴最近的闭环极点附近不存在闭环零点。
自动控制工程的原理和实现
自动控制工程的原理和实现自动控制工程，简称自控工程，是一种应用广泛的工程技术。
其主要目的是运用现代电子技术和计算机技术，对复杂的生产过程、设备以及系统进行智能化控制与管理，以提高生产效率和降低生产成本。
本文将就自动控制工程的原理和实现进行探讨。
一、自动控制概述自动控制是一种典型的复杂技术系统。
其基本含义是，在工程实践中，通过电子技术、计算机技术等多种技术手段，按照一定的规律和目标，在设备、生产过程和物流系统等各个环节上，实现自动化、智能化、高效化和精准化的控制和管理。
目前，自动控制技术已广泛应用于工业、交通、医疗、金融、环保等各个领域。
二、自动控制工程的原理自动控制工程的原理主要基于控制论、信号处理、电子技术和计算机技术等多学科的基础理论。
其主要的控制模型可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是一种基于设定值对被控对象进行直接控制的方法。
其优点是控制精度高，实现简单，但对于受到外界因素影响变化较大的生产过程或系统，由于缺乏反馈控制，往往会出现偏差。
闭环控制是在开环控制的基础上加入了反馈控制。
它根据测量信号和设定值，调整控制量，实现对被控对象的高精度控制。
三、自动控制工程的实现自动控制工程实现的关键是对系统或被控对象进行建模和控制算法的设计。
其中，系统建模是实现自动控制的基础，是确定控制方法和实现控制的前提。
控制算法的设计则需要根据被控对象的特性和控制需求，选择合适的控制方法和算法。
目前，自动控制工程的实现主要分为如下几个步骤：1.系统建模：先对被控对象进行建模分析，建立合理的数学模型，并进行参数标定和验证。
2.控制算法设计：设计合理的控制算法，选择适当的传感器和执行器，并进行系统调试和验证。
3.控制系统实现：根据系统建模和控制算法设计，对控制系统硬件和软件进行实现和集成。
其中，硬件实现包括自动控制电路和伺服驱动器等，而软件实现则是利用计算机语言编写控制程序。
4.控制系统测试和调试：完成控制系统的集成和实现后，进行系统测试和调试，验证控制效果是否符合控制需求。
自动控制系统的基本原理
图 1－4 所示。在这个系统中,一方面通过位置指令装置将希
望的位移量转化为具有一定精度的电信号,利用位置检测装
置实时监测被控工作台的实际位移,将其转换为电信号后与
位置指令进行比较得到偏差信号。然后利用放大后的偏差信
号控制伺服电动机向消除偏差的方向旋转,直到达到一定精
度为止。另一方面,这个系统也实现了对速度的控制。伺服
器的输出电压 U d =0 ,电动机的转速 n =0 ,系统处于静止状态。
单元一 自动控制系统的基本原理
当转动手轮,使给定角 θ*m
增大时, Δ θ m >0 ,则 U * > U , U ct >0 , U d >0 ,电动机转速
n >0 ,经减速器带动雷达天线转动,雷达天线通过机械机构带
动电位器 RP 2 的转轴转动,使 θ m 也增大。只要 θ m < θ*m ,电
单元一 自动控制系统的基本原理
单元一 自动控制系统的基本原理
1. 1 自动控制系统
1. 2 自动控制系统的基本控制方式
1. 3 自动控制系统的分类
1. 4 对控制系统性能的基本要求
1. 5 MATLAB 仿真
单元小结
习题
单元一 自动控制系统的基本原理
(1 )掌握自动控制系统的基本概念与组成结构。
(2 )掌握开环控制及闭环控制的概念及优缺点。
置和速度,加工出由任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。
同样,带有机械手的点焊生产线(大批量铆焊加工生产线)也需
要相似的精密定位及时间控制,如图 1－3 所示。
单元一 自动控制系统的基本原理
图 1－2 数控机床
单元一 自动控制系统的基本原理
图 1－3 焊接机器手
自控原理 第五节
式中，c(t)是被控量；r(t)是系统输入量。系数是常数时称为定常系统； 系数随时间变化时称为时变系统。 线性定常连续系统又可分为：
(1). 恒值控制系统，这类控制系统的参据量是一个常值，要求被控 量亦等于一个常值，故又称为调节器。
(2). 随动系统，这类控制系统的参据量是预先未知的随时间任意变化的函
1.2 自动控制系统示例
3. 锅炉液位控制系统
锅炉是电厂和化工厂里常见的生产蒸汽的设备，常见 的锅炉液位控制系统示意图如图1-11所示。 当蒸汽的耗汽量与锅炉进水量相等时，液位保持为正 常值。当锅炉的给水量不变，而蒸汽负荷突然增加或减少 时，液位就会下降或上升；或者其它原因引起锅炉液位发 生变化，实际液位高度与正常给定液位之间出现了偏差， 调节器均应立即进行控制，去开大或关小给水阀门，使液 位恢复到给定值。 图1-12 是锅炉液位控制系统方框图
1.1 自动控制的基本原理
2. 自动控制理论
自动控制理论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，主要用于 工业控制。 第二次世界大战期间，为了设计和制造基于反馈原理的 军用装备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战 后已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基 础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出、线性定常系 统的分析和设计问题。
u0 比较电路 ﹘﹘ ut ∆u 放大器 uk 触发器 测速发电机 晶闸管 ua 电动机 n
图1-4 龙门刨床速度控制系统方框图
1.1 自动控制的基本原理
4. 反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是由各种不同的元部件组成的，从完成 “自动控制”这一职能来看，一个系统必然包含被控对象 和控制装置两大部分，而控制装置是由具有一定职能的各 种基本元件组成的。组成系统的元部件按职能分类主要有 以下几种：
第一章概述
第四节 自动控制理论发展简述
具有“自动”功能的装置自古有之 ，瓦特发明的蒸汽机上的离心调速器是比 较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成 功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分 析，于1868年发表的论文当属最早的理论 工作。从20世纪20年代到40年代形成了以 时域法，频率法和根轨迹法为支柱的“古 典”控制理论。
• 2. ①输入量(Input Variable)——又称控制量 或参考输入量(Reference Input Variable)， • ②输出量(Output Variable)——又称被控 制量(Controlled Variable)， • ③反馈量(Feedback Variable) ④扰动量(Distrubance Variable)——又称 干扰或“噪声”(Noise)， • ⑤中间变量——它是系统各环节之间的 作用量。它是前一环节的输出量，也是 后一环节的输入量。
第二节 自动控制系统的分类
恒值系统： 系统的给定值为一定值，而控制任 务就是克服扰动，使被控量保持恒值。
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
例如：电机速度 控制、恒温、恒 压、水位控制系 统等。
第二节 自动控制系统的分类
随动系统： 系统给定值按照事先不知道的时间函 数变化，并要求被控量跟随给定值变化。 如：火炮自动 跟踪系统、轮 舵位置控制系 统等。
第一节 自动控制与自动控制系统
二、自动控制系统的基本构成 及控制方式
自动控制系统一般有两种基本控制 方式.
1．开环控制
开环控制 控制装置与受控对象之间只 有顺向作用而无反向联系.
第一节 自动控制与自动控制系统
例 驱动盘片匀速旋转的转台 由图可见： 系统组成： 被控制量速 电机 转台 度没有反馈到 电源和放 输入端与给定 大装置 信号比较,为开 速度设置 环控制系统。 这种转台在CD机、计算机磁盘驱动器 等现代装置中广泛应用.
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
自控系统的基础知识
自控系统的基础知识自控系统是指通过感知环境、分析信息，再对系统执行相应的控制操作，以实现系统的稳定运行和性能优化的一种系统。
它在工业控制、自动化设备以及生活中的应用越来越广泛。
在了解自控系统的基础知识之前，我们先来了解一下自控系统的工作原理。
一、自控系统的工作原理自控系统的工作原理可以简单概括为感知-判断-控制的过程。
首先，自控系统通过传感器感知系统或环境中的各种参数，如温度、湿度、压力等。
然后，通过信号处理和数据分析，对感知到的信息进行判断和识别，确定当前的系统状态和所需控制策略。
最后，通过执行器输出相应的控制信号，对系统进行调节和控制，使系统保持在期望的状态或实现特定的目标。
这个过程是一个不断反馈和调整的过程，以保持系统的稳定性和性能优化。
二、自控系统的组成自控系统通常由四个基本组成部分构成：传感器、执行器、控制器和反馈。
传感器用于感知系统或环境中的各种参数，并将感测到的信息转化为电信号传递给控制器。
执行器根据控制器发送的控制信号，对系统进行相应的调节或操作。
控制器是自控系统的核心，负责对感测到的信息进行分析、判断和控制策略的生成。
反馈则用于将执行器产生的效果或系统的实际状态反馈给控制器，以进行下一轮的控制调节。
这个反馈过程起到了检测和纠正系统误差的作用，使系统能够更加精确地控制。
三、自控系统的分类自控系统可以根据不同的标准进行分类。
按照系统的性质，可以将自控系统分为开环系统和闭环系统。
开环系统只根据系统的输入进行控制，忽略系统的输出和实际状态。
闭环系统则通过反馈机制，实时感知系统的实际状态，并根据反馈信息对系统进行调节和纠正。
闭环系统相对于开环系统具有更高的控制精度和稳定性。
根据系统的控制方式，自控系统又可以分为模拟控制系统和数字控制系统。
模拟控制系统使用模拟信号进行控制，电压、电流等为代表；数字控制系统则通过将信号进行数字化处理，使用数字信号进行控制操作。
数字控制系统具有更高的控制精度和可靠性。
自动控制系统的工作原理
自动控制的定义：是指在没有人直接参与的情况下，利用控 制装置（控制器），使机器、设备或生产过程（被控对象） 的某一工作状态或参数（被控量）自动按照预定的规律运行。
◆ 被控对象：控制系统要进行控制的受控客体 ◆ 被控量：控制对象要实现的物理量 如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态 角、船的航 迹 、电网的电压 、生产过程中的压力、流量 、温度 、 湿度等。
闭环控制系统框图
干扰量
输入量 输出量 被控量
控制器
控制对象
反馈回路
测量元件
21
给定装置
－ ＋
Hale Waihona Puke 给定电压放大器 电机M
减速器
e
－ ＋
热电偶 电阻丝
热电偶 输出电压
调压器 220～
给定电压
e
-
放 大 器
电 动 机
减 速 器
调 压 器
恒 温 炉
期望炉温
热电偶
22
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。
9
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。
821自控原理考试范围
821自控原理考试范围
821自控原理考试范围涵盖了控制系统的基本概念、数学模型、时域分析、频域分析、控制系统的设计与校正以及现代控制理论基础等方面。
其中，具体内容如下：
1. 自动控制系统的基本概念：包括熟练掌握自动控制系统的一般术语，自动控制系统的基本结构与基本性能要求，以及反馈控制的基本原理。
2. 控制系统的数学描述方法：包括控制系统微分方程的概念以及电学系统微分方程的建立，非线性微分方程线性化的方法，传递函数的概念以及电学系统传递函数模型的建立，拉式变换、拉式反变换的基本方法等。
3. 时域分析法：包括时域分析的一般方法以及基本实验信号的作用，控制系统性能指标的概念，一阶系统分析，二阶系统的分析以及二阶系统性能的改善等。
4. 根轨迹法：包括根轨迹的概念与根轨迹方程，利用根轨迹的基本法则绘制根轨迹图，参量根轨迹及正反馈系统根轨迹图的绘制等。
5. 频率分析法：包括频率特性的概念，频率特性的数学表示，极坐标图的绘制以及伯德图的绘制等。
6. 控制系统的校正方法：包括系统校正基础及校正系统的结构，根轨迹法校正，频率法校正，参考模型法校正等。
7. 非线性系统分析：包括控制系统的非线性特性，相平面分析法等。
8. 采样控制系统分析基础：包括信号的采样与采样定理，信号复现与零阶保持器等。
此外，考试大纲适用于北京工业大学信息学部人工智能与自动化学院（0811）控制科学与工程、（0854）电子信息（专业学位）的硕士研究生招生考试，主要考查考生对经典控制理论部分的理解和掌握程度。
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自控控制原理第1章课件
23
第四节 对控制系统的基本要求
总体上来说，对任何控制系统的基本要求，集中体现在 系统性能的“稳定性”、 “动态特性”和 “稳态特性”三个方面 或简称为“稳” 、“快”和 “准”。
一、稳定性
控制系统 “稳定性” 的定义，有多种表达。 一种较通常的表达是，一个处于靜止或某一平衡工作状态
的系统， 在受到任何输入（给定信号或扰动）作用时，系统的
注意：不满足叠加性和齐次性！
22
自动控制系统的分类
2．连续系统和离散系统
（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连 续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。 （2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传 递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就 是典型的离散系统。
(1) 从系统组成结构看，开环控制方式简单，复合控制 方式复杂，闭环控制方式介于两者间；
(2) 从性能看，开环控制方式较差，闭环控制方式较好； 复合控制方式最好；
(3) 现代工程应用系统中，闭环控制方式应用最广泛。
பைடு நூலகம்13
第二节 闭环系统的基本组成
基本组成的 结构方块图
14
闭环系统的基本组成
(1）被控对象：要进行控制的设备或生产过程。（例，工作机械） (2）执行机构：作用于被控制对象的装置或设备。(例，电动机) （3）测量装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相 同
第一章 自动控制系统的基本概念
第一节 自动控制的基本方式 第二节 闭环系统的基本组成 第三节 自动控制系统的分类 第四节 对控制系统的基本要求
1
第一节 自动控制的基本方式
一、两个定义： （1）自动控制：
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现将开环系统和闭环系统的特点归纳如下：
13
第1章 自动控制系统概述
6
第1章 自动控制系统概述
因此，这类开环控制系统只能用于输出量和输入 量之间的关系固定且内部或外部扰动影响不大、 控制精度要求不高的场合。
1.2.2 闭环控制系统 力了解决抗干扰问题，必须采用闭环控制。 闭环控制是由在开环控制基础上引入人工干预过 程演变而来的。 例如，在图1.1中，如果要实现无扰动都要保 持炉温恒定、可以让操作者参与对被控制 量的控制、那么操作者如何来保持炉温恒定呢?
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目录
第1章 自动控制系统概述 第2章 自动控制系统的数学模型 第3章 MATLAB与SIMULINK简介 第4章 自动控制系统的时域分析 第5章 自动控制系统的频率分析 第6章 自动控制系统的性能分析 第7章 自动控制系统控制器及其设计
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首先，操作人员必须要测量炉子的实际温度 ，然后与工艺所要求的温度进行比较，再根据二 者之间的差值(又称为偏差)调整自耦变压器的滑 动端位置，来减少甚至消除偏差，从而保持炉温 的恒定。从这里可以看出，操作者的关键作用是 使系统输出量参与了系统的控制，系统一旦受到 扰动的作用产生偏差，就及时调整控制量，从而 保持输出量的恒定。如果用物理装置来取代操作 者的上述功能、就构成了上述的闭环控制系统。
扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值，
结果温度可能比希望值偏高或偏低。
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图1.2表明了该系统的输入量和输出量之间的 作用关系。
如图1.2中表示了系统信号的流动，这种图称 为方框图，箭头表示信号流动的方向。从图中可 以看山，这种系统只有输入量经过一定方式影响 输出量，而对输出量不进行测量，也不知它和输 入量的要求究竞差多少，即输出量没有参与对系 统的控制，所以这种系统称为开环控制系统。当 出现扰动时，给定量与输出量之间的对应关系将 改变，也即系统的输出量(实际输出)将偏离给定 且所要求的数值(理想输出)。显然，图1．1所承 系统实现不了保持温度恒定的控制日标。开环控 加的特点决定了它不具备抗干扰的能力。
反 之 ， 当 温 炉 偏 高 时 ， 则 UfT＞USt，⊿U 为 负 ，经放大后使电动机反转，变压器滑动端 左移，供电压减小，炉温降低至给定值。当炉温 处于给定值时，⊿U＝0，电动机停转。
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这种系统是把输出量直接或间接地反馈到输入端 形成闭环，使输出量参与了系统的控制， 所以称为闭环控制系统。由于闭环系统是根据负 反馈原理按偏差进行控制的，因此也称为反馈控 制系统或偏差控制系统。
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1．3 自动控制系统的组成和分类
1.3.1 自动控制系统的组成 根据控制对象和使用元件的不同，自动控制
系统有各种不同的形式，但是概括起来一般均由 六个基本环节组成。下面以图1.3和图1．4所示系 统为例来说明系统的组成和相关术语。
图1.6就是图l.3所示系统的方框图，它只把系 统各个环节用框图表示出来，并用箭头标明各作 用量的传递情况，能简单明了地表达系统的组成 ，而不必画出具体线路。
1．在开环系统中，只有输入量对输出量产生 控制作用。从结构上看，只有从输入端到输出端 的信号传递通道(该通道称为正向通道)，没有反 馈。所以系统结构简单，系统稳定性好，成本也 低，这是开环控制的优点，因为没有反馈，系统 不具备抗干扰能力，这是开环控制系统的缺点。 所以开环系统只能用在输人量与输出量之间关系 固定，且内部或外部扰动不大或这些扰动因素可 以预计确定并能进行补偿的场合。
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下面对该系统的控制过程做一简单分析。当炉 温由于扰动作用而偏低时，UsT＞UfT, ⊿U=( USt- UfT)＞0，此时偏差电压极性为正，此 偏差电压经放大后，产生电压 Ut ，(设Ut＞0)， 供给电动机电枢，使电动机正转，带动变压器滑 动端右移，从而使电炉供电压增加，炉温上升， 直到炉温升至给定值，达到UfT＝USt，即⊿U=0为 止。这样炉温能够自动回升、并保持恒定。
1.1自动控制系统基础知识
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开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例
说明其结构特点和工作原理。
图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉
的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调
整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使
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2. 在闭环控制系统中，除输入量对输出量 产生控制作用外，输出量也参与系统控制。从 结构上看，除正向通道外，还必须有从输出端到 输入端的信号传递通道，使输出也参与控制作用 ，该通道称为反馈通道。闭环系统就是由正向通 道和反向通道组成的。因为有了反馈，闭环系统 具有抗干扰能力，这是闭环控制系统最突出的优 点。同时，由于有了反馈，就必须要检测偏差， 所以闭环系统必须有检测环节来直接或间接检测 出输出量，并将其转换为与输人量相同的物理量 ，再与给定量比较得出偏差信号。因此闭环系统 结构相对复杂，成本较高，而且使系统稳定性变 差，这是闭环系统的缺点。
从图1.6中可以看出一般自动控制系统的组成 如下：
其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控
量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了
一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变
M c也就改变了T”Байду номын сангаас这个控制系统中，没有对电阻炉的实
际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知
。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部