1-3 自动控制系统的分类
自动控制系统的分类和品质指标
自动控制系统的分类和品质指标1.根据控制对象的性质分类：连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出都是连续的，如电机的转速控制系统；离散控制系统是指被控对象和控制器的输入和输出是离散的，如数字逻辑控制系统。
2.根据控制方式分类：开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象状态的反馈影响，控制结果只依赖于被控对象的输入，如电视遥控器控制电视机的开关和音量；闭环控制系统是指控制器的输出通过传感器获得被控对象的状态反馈信息，根据反馈信息进行调整，如汽车上的自动驾驶系统。
3.根据控制器的性质分类：线性控制系统和非线性控制系统。
线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系可以用线性方程或线性差分方程描述，如传统的PID控制系统；非线性控制系统是指被控对象和控制器之间的关系不可用线性方程或线性差分方程描述，需要使用非线性控制算法进行设计，如模糊控制和神经网络控制。
品质指标是用来评价自动控制系统性能好坏的指标，常见的有以下几个方面：1.稳定性：指系统的输出能够在有限时间内收敛到一个稳定的状态，不会产生震荡或发散。
稳定性是评价自动控制系统最基本且最重要的性能指标。
2.快速性：指系统的输出能够在规定的时间内快速达到稳定状态。
快速性越高，系统的响应速度就越快。
3.精确性：指系统的输出与期望值之间的偏差程度。
精确性越高，系统的控制效果越好。
4.鲁棒性：指系统对于参数变化、干扰和噪声的鲁棒性能。
鲁棒性越好，系统对外界干扰的抵抗能力越强。
5.动态性：指系统响应时间的快慢和输出过程中的波动程度。
动态性越好，系统越能够适应复杂的工况需求。
6.经济性：指系统的设计成本、运行成本和维护成本。
经济性越好，系统的运营费用越低。
以上是自动控制系统的分类和品质指标的基本介绍，不同的自动控制系统根据其应用领域、控制目标和技术要求的不同，可能会使用不同的分类标准，并要求不同的品质指标。
在实际应用中，需要根据具体的需求和情况进行系统设计和性能评估，以确保自动控制系统的性能和品质达到预期的要求。
1-3 自动控制系统的分类
7
7
自动控制原理
40~50年代 经典控制理论
适用范围：单输入单输出（SISO）系统 主要方法：时域法、根轨迹法、频域法 数学基础：微分方程、拉普拉斯变换
SISO: Single Input and Single Output
8
8
自动控制原理
60 ~70 年代 现代控制理论（状态空间法） 核心：状态变量的能控、能观性， 系统性能的最优化 适用范围： 统一处理SISO、MIMO系统、时 变系统、定常系统等 主要方法：状态空间法 数学基础：矩阵理论
5
5
自动控制原理
工业领域
……………… 总之，控制技术已无处不在。
只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样， 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 6 都是一样的。 6
自动包装机器人
自动控制原理
2、自动控制理论
按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为经 典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论、复合控制方式 按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制 方式。
22
22
自动控制原理
分析实际控制系统的步骤
明确控制任务； 被控对象是什么？被控量（系统输出量）？ 有无干扰？ 参考输入？有谁提供？ 什么是测量元件？测量哪些物理量？ 信号的比较、计算、放大是如何实现的？ 执行机构是什么？ 画出控制系统的原理方框图，分析系统采用 何种控制方式。
+
+
n
SM 负载
ut
TG
电动机速度控制系统(补充) 电动机速度闭环控制系统
19
自动控制系统
V5、V10为稳压管 R5、C5、R23构成电压微分负反馈
晶闸管直流调速装置电路原理图
2.2uF/16V
R22
+
C8
R21 V11
C7
100uF/16V 200uF/16V
5
2.2uF/16V
GND R17
R14
1K
500
R18
RP3
V19
2M
2
V10 3
20K R23
7
4
10K
V38
RP4
3DG4E
∞ ∞
4 7μ 0 .1μ +
∞
U01
0V
U02
U/f比例控制方式
+VCC
GI
GAR
给定积分器 绝对值变换器
RP1
Ug 1
u
Ug
t
u
U abs
t
-VC C
- U fi
电压控制 环节
- U fv
~50HZ TA
UR
Ld
Cd
VSI 正、反向
频率控制 环节
转速开环的U/f比例控制异步电动机调速系统
M 3~
+15V 16
0.3V m
UT
R4
8 P8
n V1
5K1
7
GND
V2 V3
C03.01uF
R8 30K
C2 0.47uF
11
12
R10 0.4~1V
约1.7V
V5 V4
V6
0.3V
V7
0.7V
V10
V9 V8
GND V14
V11
1
V15
简述自动控制系统的基本分类
简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。
自动控制系统的基本分类主要有以下几种。
一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。
2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。
3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。
2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。
3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。
三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。
2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。
3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。
4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。
四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。
2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。
3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。
四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。
2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。
3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。
以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。
自动控制系统分类
1-3自动控制系统的分类本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。
为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。
分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种：一、按描述系统的微分方程分类在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。
按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类：1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。
如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。
线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。
2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。
非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。
严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。
同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。
二、按系统中传递信号的性质分类1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。
2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。
三、按控制信号r(t)的变化规律分类r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。
1．镇定系统()r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是2．程序控制系统()一例)。
r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的3．随动系统()位置随动系统及函数记录仪系统。
第三节自动控制系统的分类控制系统的分类方法:按控制方式分：开环控制，闭环控制，复合控制等；按系统性能分：线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统。
线性连续控制系统计算机控制系统的分类作者: cips发表日期: 2006-02-08 15:43 复制链接计算机控制系统的分类有三种方法：以自动控制行式分类，以参于控制方式分类或以调节规律分类。
冶金企业自动化系统的分级
冶金企业自动化系统的分级一、引言冶金企业自动化系统的分级是指根据系统的功能和控制层次，将自动化系统划分为不同的级别。
通过分级，可以实现对系统的管理、维护和升级，提高系统的稳定性和可靠性。
本文将详细介绍冶金企业自动化系统的分级标准和要求。
二、分级标准1. 一级控制系统一级控制系统是冶金企业自动化系统的最底层，主要负责对生产过程中的设备和仪表进行控制和监测。
一级控制系统需要具备实时性、可靠性和稳定性，能够实时采集和处理传感器和仪表的数据，并控制设备的运行状态。
一级控制系统通常由PLC（可编程逻辑控制器）或DCS（分散控制系统）组成。
2. 二级控制系统二级控制系统是冶金企业自动化系统的中间层，主要负责对一级控制系统的监控和管理。
二级控制系统需要具备数据采集、数据处理和数据存储的功能，能够实时监测一级控制系统的状态和运行情况，并提供报警和故障诊断功能。
二级控制系统通常由SCADA（监控与数据采集系统）或MES（制造执行系统）组成。
3. 三级控制系统三级控制系统是冶金企业自动化系统的最高层，主要负责对二级控制系统和一级控制系统进行综合管理和决策支持。
三级控制系统需要具备数据分析、报表生成和生产计划编制的功能，能够对整个冶金生产过程进行监控和优化。
三级控制系统通常由ERP（企业资源计划）或APS（高级计划与排程系统）组成。
三、分级要求1. 系统可靠性要求冶金企业自动化系统的分级应保证系统的可靠性和稳定性。
各级控制系统之间应具备良好的通信和数据传输能力，确保数据的准确性和实时性。
同时，各级控制系统应具备自动切换和备份功能，以防止单点故障导致系统的停机和生产中断。
2. 数据安全要求冶金企业自动化系统的分级应保证数据的安全性和机密性。
各级控制系统之间的数据传输应采用加密和认证机制，防止数据被篡改和泄露。
同时，各级控制系统应定期备份数据，并建立完善的数据恢复和灾难恢复机制，以应对系统故障和灾难事件。
3. 系统集成要求冶金企业自动化系统的分级应保证各级控制系统的集成和协同工作。
自动控制系统的分类
掌握上述基本分析方法后，将迚行系统校正与 综合的讨论，这是比系统分析更深层次的内容，主要 介绍根轨迹法和频率特性法校正与系统综合的原理与 思路。
此外，还要介绍针对非线性系统的描述函数法 和相平面分析法。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统 信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统
若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分
（1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系
是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统 只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输 出响应形式是相同的。
(2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一
项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。
5.连续系统和离散系统
(1)连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化
的,信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连 续系统。 (2)离散系统
A=1的函数称为单位阶跃函数，记作1(t)。因此， 幅值为A的阶跃函数也可表示为：
r(t) A 1(t)
出现在 t t0 时刻的阶跃函数，表示为：
0
r(t
t0
)
A
t t0 t t0
2.斜坡函数（等速度函数）
它的数学表达式为:
0 t0
r (t
)
At
t0
§1-3自动控制系统的类型
§1-3自动控制系统的类型
§1-3自动控制系统的类型1、按数学描述形式分类：1）线性系统：用线性微分方程描述，满足叠加性和齐次性。
当系统输入为时，系统输出为，系统总的输出为叠加性
当输入为，则输出齐次性2）非线性系统：用非线性微分方程描述，不满足叠加
性和齐次性。
2．按给定信号分类1）恒值控制系统：给定值不变的系统。
如闭环调速系统，温控系统。
2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。
如跟随卫星的雷达天
线系统。
3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化，如程控机床。
3．按信号性质分类1）连续信号：系统各部分的信号都是连续函
数形式的模拟量。
2）离散信号：某一处或多处信号是以脉冲序列或数码的形式传递的系统。
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 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。
自动控制系统的组成及分类
自动控制系统的组成及分类
一、系统组成
自动控制系统主要由控制器、受控对象、执行机构和反馈通路组成。
1. 控制器：控制器的功能是接受操作人员的指令，以及对由检测装置得到的被控量进行一定的处理，以控制受控对象的控制量的大小，以满足系统的性能要求。
控制器有多种分类，按能量关系可分为电动、气动、液压、机械和混合型等；按信息传递方式可分为开环和闭环等。
2. 受控对象：受控对象又称被控对象，是指在自动化系统中需要控制的设备或装置。
受控对象根据不同的要求和控制方案，可以是一个单台设备、一条生产线或一个系统。
3. 执行机构：执行机构是自动控制系统中的重要组成部分，它的作用是根据控制器的输出信号，产生相应的动作，驱动被控对象，以改变受控量的状态。
常见的执行机构有伺服电动机、步进电机等。
4. 反馈通路：反馈通路是指把被控量的变化通过传感器和转换装置变成电信号，再传输给控制器，以实现系统的闭环控制。
反馈通路由传感器、转换装置和控制器等组成。
二、分类方式
自动控制系统有多种分类方式，以下列举几种常见的分类方式：
1. 按控制系统类型分类：可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指系统的输出只受输入的控制，与系统的过去状态无关；而闭环控制系统是指系统的输出不仅受输入的控制，还与系统的过去状态有关。
2. 按控制方式分类：可分为程序控制和随动控制。
程序控制是指系统按照预定的程序进行控制；随动控制是指系统根据被控量的变化实时调整控制参数。
3. 按控制变量的数量分类：可分为单变量控制系统和多变量控制系统。
单变量控制系统是指系统只有一个被控量；多变量控制系统是指系统有多个被控量。
自动控制系统的分类
加。
1-4 自动控制系统的基本要求
自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确 地保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被 控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设 计得当。 在理想情况下 , 控制系统的输出量和输入量 , 在任何时候均相等 , 系统完全无误差 , 且不受干扰 的影响。实际系统中 , 由于各种各样原因 , 系统在 受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时,被控量 将偏离输入信号作用前的初始值 ,经历一段动态过 程(过渡过程)，则系统控制性能的优劣,可以从动 态过程中较充分地表现出来。
1-3 自动控制系统的分类
1.按信号流向划分
（1）开环控制系统
信号流动由输入端到输出端单向流动。
（2）闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外, 还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系 统,也称反馈控制系统,如图所示。
2.按系统输入信号划分 （1）恒值调节系统(自动调节系统) 这种系统的特征是输入量为一恒值,通常称为系 统的给定值。控制系统的任务是尽量排除各种干扰 因素的影响,使输出量维持在给定值(期望值)。如工 业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。
MATLAB分析与设计
1-6 本课程的内容和特点
一、自动控制理论的内容 自动控制理论的内容与自动控制系统需要研究的问题密切相关。 要研究的问题有两个方面，即控制系统的分析；控制系统设计与 综合。 （－）自动控制系统的分析 控制系统分析主要包括三个方面内容：①稳定性分析；②稳态 特性分析（准确性，精度）；③动态特性分析（暂态特性或瞬态 特性）。（稳、准、快） 1．系统的稳定性分析 1、稳定性分析； 给出判断系统稳定性的基本方法，并阐述 系统的稳定性与系统结构（或称控制规律）及系统参数间的关系。 2、稳态特性分析：系统稳态特性表征了系统实际稳态值与希 望稳态值之间的差值，即稳态误差，表征了控制系统的控制精度。 给出计算系统稳态误差的方法，指出系统结构和参数对稳态特性 的影响。
控制1-3
Ug
电 压 放大器 Uf
U1
功率 放大器
U2 n 负载
电动机 测速发电机
当负载增大，电机功率不变，转速n下降， Uf=k*n 减小，e=(Ug- Uf)增大，U1增大， U2增大，驱动电机，n增大。
1、定值系统： 控制系统的输入量是一个恒定值，在整 个运行过程中不改变（可定期校准或更改输 入量）。 定值控制系统的任务，是保证在任何干 扰作用下，输出量维持恒定不变。 通常工业生产过程的温度、流量、液位、 压力等控制都属于此类。
被控 对象
输出
A/Dபைடு நூலகம்
三、按控制器实现方式分类 1、连续控制系统 指控制系统中的所有信号在时间上是连 续的。 控制器是由模拟部件（如模拟调节仪表） 实现的控制系统为连续控制系统。
2、离散控制系统 控制器是由数字技术实现的控制系统 为离散控制系统。 典型的离散控制系统的结构框图如 图所示。
输入
－
控制 器 计算机
D/A
执行 部件 检测 变送
§1-3 一、按反馈情况分类
系统分类
1、开环系统：系统的输出端和输入端 之间不存在反馈回路，输出量对系统的 控制作用没有影响，这样的系统就称为 开环控制系统。 2、闭环系统：系统输出和输入端之间 存在反馈回路，输出量对控制过程产生 直接影响，这种系统称为闭环控制系统。
二、按输入变化规律分类
I
电 位 器
2、随动系统： 系统的控制量不是常数，而是事先 难于确定的随机变化量，要求系统能排 除各种干扰因素，使被控量迅速平稳地 复现和跟踪输入信号的变化。 雷达天线的自动跟踪系统，高炮自 动瞄准系统就是典型的随动控制系统。
3、程控系统： 这种系统输入量不为常量，但其变化规 律是预先知道和确定的。 预先将输入量的变化规律编成程序，由 该程序发出控制命令，使被控对象按指令的 要求而动。 近年来，由于微处理机的发展，更多的 数字程序控制系统投入使用。
第一章 绪论-控制系统的分类2
二、定常系统和时变系统
定常系统: 系统数学模型微分方程的系数不是 时间变量的函数。 否则称为时变系统。 若系统微分方程的系数为常数，则 称之为线性定常系统。此类系统为本书 主要讨论对象。
第四节
自动控制系统的分类
三、连续系统和离散系统 连续系统： 系统中各部分的信号都是时间的连续 函数即模拟量。 离散系统： 系统中有一处或多处信号为时间的 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。
第四节
自动控制系统的分类
第四节
r
自动控制系统的分类
c 船舵角位置
例 位置随动系统 给定值，表示命令角的位置 系统组成： 环型电位器 + 电机 齿轮 电源 放大装置 负载 输入 输出 系统结构图 工作过程： θ =θ
ur r
uc
θr
+
θc
减速器 负载 c
c
E ur uc ue ua
第一章 绪论
第四节 自动控制系统的分类
自动控制系统的分类方法较多，常 见的有以下几种
一、按变量的数学关系来分
二、按控制系统的输入作用来分
第四节
自动控制系统的分类
一、线性系统和非线性系统
线性系统： 由线性微分方程或线性差分方程 所描述的系统。 非线性系统： 由非线性方程描述的系统。
第四节
自动控制系的分类
Ud
+
θr
ue ud θm θc △θ 减速器 电动机 θr≠θ _ 电位器 c 放大器电动机带动齿轮转动,
r
c
U d= 0
电动机静止
Ud≠0
调节θc,使 θr= θc
第四节
自动控制系统的分类
自动控制系统的分类、渡过程和品质指标
绪论自动化技能在产业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用。
自动化技能作为国度高科技的重要组成部分，其水平崎岖已成为权衡国度科技实力和各个行业现代化水平的重要标记。
化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产历程自动化简称化工自动化。
即在化工设备上，配备一些自动扮装置，自动丈量生产历程中的重要工艺参数，并与盘算机（或自动控制装置）、执行机构相配合实现对生产历程的自动控制。
这种用自动扮装置来治理化工生产历程叫化工自动化。
实现化工生产自动化目的（重要意义）1．加快生产速度，低落生产本钱，提高产物产量和质量。
2．减轻劳动强度，改进劳动条件，使工人从沉重的劳动中解脱出来。
3．包管宁静生产，防备事故产生与扩大，延长设备使用寿命，提高设备利用能力。
4．改变劳动方法，使工人逐步由体力劳动转向脑力劳动。
组成一个完整的生产历程控制系统一般有控制器、执行器、被控历程（或被控东西）和丈量变送器四个环节，其中控制器、执行器和丈量变送器都属于检测控制仪表。
一般认为自动控制系统由检测控制仪表和被控历程（被控东西）两部分组成。
大型化、现代化、多品种、精细化的过程生产系统生产自动化的生长历程可分为三个阶段。
第一阶段：采用一些自动检测仪表检测主要工艺参数，第二阶段：采取先进的自动检测仪表和控制系统第三阶段：开始采取电子盘算机控制，生产历程控制的生长由原来车间会合控制转向工场综合自动化生长（平面化治理），这是目前自动化生长的一个重要偏向。
实现化工生产历程自动化，一般要包罗自动检测、自动掩护、自动利用和自动控制等方面的内容。
自动检测系统: 利用种种检测仪表对主要工艺参数进行自动检测、指示或记录，“了解”生产进行的情况。
1．自动信号和连锁掩护系统：是生产中的一种宁静装置。
自动信号和连锁掩护系统: 对某此要害性参数设有自动信号联锁装置，当工艺参数凌驾了允许范畴，系统自动地发作声光报警信号，以提示实时采取步伐。
自动利用系统: 凭据预先规定的步调自动地对生产设备或生产历程进行某种周期性的操纵。
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解. 在 h0处泰勒展开，取一次近似
代入原方程可得 在平衡点处系统满足 上两式相减可得线性化方程
d h 1 |h0 h h0 h dt 2 h0 d ( h0 h) 1 1 ( h0 h) (Qr 0 Qr ) dt S S 2 h0 h h0
d 2uc (t ) R duc (t ) 1 1 uc (t ) ur (t ) 2 dt L dt LC LC
§2.2
元件和系统运动方程的建立（3）
A : Fi K 1 ( xi xm ) Fm f ( xm xo ) B : F K x
o 2 0
K1 K 2 K1 xo xo xi f ( K1 K 2 ) K1 K 2
§2.2
元件和系统运动方程的建立（4）
例3 电枢控制式直流电动机
电枢回路： ur Ri Eb — 克希霍夫 电枢反电势：Eb ce m — 楞次定律 电磁力矩： M m cm i — 安培定律 力矩平衡： J m m f m m M m — 牛顿定律 m m 消去中间变量 i, Mm , Eb 可得：
例2 弹簧—阻尼器系统
K 1 ( x i x m ) f ( x m xo ) K 2 xo
K 1 x m K 1 x i K 2 xo xm xi K2 K xo 2 xo xo K1 f
K1 K 2 K xo 2 xo x i K1 f
对控制系统的基本要求
1. 稳：—— 基本要求 要求系统要稳定 2. 准：—— 稳态要求 系统响应达到稳态后， 输出跟踪精度要高
3. 快：—— 动态要求 系统阶跃响应的过渡过程 要平稳，快速
演示
本课程的任务
控制工程导论
教学过程方框图
课 程小结
1. 自动控制的一般概念 基本控制方式 控制系统的基本组成 控制系统的分类 对控制系统的要求 课程研究的内容 2. 要求掌握的知识点 负反馈控制系统的特点及原理 由系统工作原理图绘制方框图
Tm m m K m ur
Tmm m K m ur
Tm J m R /( R f m ce cm ) 电机时间常数 K m cm /( R f m ce cm ) 电机传递系数
§2.2
元件和系统运动方程的建立（5）
例4 X-Y 记录仪
反馈口： u ur u p 放大器： u K 1 u 电动机： Tmm m K m u 减速器： 2 K 3 m 绳 轮： L K 3 2 电 桥： u p K 4 L
消去中间变量可得：
1 L K 1 K 2 K 3 K 4 K m L K 1 K 2 K 3 K 4 K m u L r Tm Tm Tm
控制工程导论
本次课程作业
（3）
1 — 5
控制工程导论
讲授：卢 京 潮 作者：周 雪 琴 张 洪 才 出版：西北工业大学出版社
控制工程导论
本次课程作业（4）
2 — 1，2
控制工程导论
（第 4 讲）
第二章 物理系统的数学模型
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5 §2.6 §2.7 §2.8 引言 元件和系统运动方程的建立 运动方程的线性化 控制系统的元件 用拉普拉斯变换方法解微分方程 传递函数 结构图等效变换及梅逊公式 反馈控制系统的传递函数
实验法（系统辨识法）
给系统施加某种测试信号，记录输出响应，并用 适当的数学模型去逼近系统的输入输出特性
§2.2
元件和系统运动方程的建立（1）
线性定常系统微分方程的一般形式
d n c(t ) d n 1c(t ) dc(t ) an an 1 ... a1 a0 c(t ) n n 1 dt dt dt d m r (t ) d m 1r (t ) dr (t ) bm bm 1 ... b1 b0 r (t ) m m 1 dt dt dt
控制工程导论
讲授：卢 京 潮 作者：周 雪 琴 张 洪 才 出版：西北工业大学出版社
控制工程导论
本次课程作业
（3）
1 — 5
课程小结
第一章 概论
§1.1 自动控制系统的一般概念 §1.2 自动控制系统举例
控制系统举例 — 函数记录仪 由工作原理图绘制系统方框图 负反馈控制原理 控制系统的组成
Байду номын сангаас
负反馈原理
控制工程导论
（第 4 讲）
第二章 物理系统的数学模型
§2.1 §2.2 §2.3 引言 元件和系统运动方程的建立 运动方程的线性化
本课程的任务
§2.1 引言 •数学模型
描述系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系
的数学表达式
•建模方法
解析法（机理分析法）
根据系统工作所依据的物理定律列写运动方程
§2.2
元件和系统运动方程的建立（2）
§2. 2. 1 线性元部件及系统的微分方程
例1 R-L-C 串连电路
ur ( t ) L di ( t ) Ri( t ) uc ( t ) dt du ( t ) i(t ) C c dt
d 2 uc ( t ) du ( t ) LC RC c uc ( t ) dt 2 dt
§2.3 运动方程的线性化
控制工程导论
本次课程作业（4）
2 — 1，2
将系统的输出信号引回输入端，与输 入信号相比较，利用所得的偏差信号进行 控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。
____ 构成闭环控制系统的核心
闭环(反馈)控制系统的特点：
(1) 系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路 (2) 偏差起调节作用
控制工程导论
（第 3 讲）
第一章 概 论
§1.1 自动控制系统的一般概念
§2.3
运动方程的线性化（1）
例5 已知某装置的输入输出特性如下，求小扰动线性化方程。
y( x ) E0 cos[ x(t )]
解. 在工作点(x0, y0)处展开泰勒级数 1 y( x ) y( x0 ) y( x0 )( x x0 ) y( x0 )( x x0 )2 2!
dh0 Qr 0 h0 dt S S dh 1
dt 2 S h0 h S
Qr
§2.3
运动方程的线性化（3）
微分方程求解方法
课程小结
（第 4 讲）
第二章 物理系统的数学模型
§2.1 引言 §2.2 元件和系统运动方程的建立
R-C电路 弹簧—阻尼器系统 电枢控制式直流电动机 函数记录仪
取一次近似，且令
y( x ) y( x ) y( x0 ) E0 sin x0 ( x x0 )
既有
y E0 sin x0 x
§2.3
运动方程的线性化（2）
dh 1 h Qr dt S S
例6 某容器的液位高度 h 与液体流入量 Q 满足方程
式中 S 为液位容器的横截面积。若 h 与 Q 在其工作点附近做微量 变化，试导出 h 关于 Q 的线性化方程。
§1.2
§1.3
自动控制系统举例
自动控制系统的分类
§1.4
§1.5
对自动控制系统的一般要求
本课程的任务
水温调节系统
水温调 节系 统工 作原 理图
水温调节系统
水温调节系统方框图
控制系统的分类
1. 按给定信号的形式 2. 按系统是否满足叠加原理 恒值系统 / 随动系统 线性系统 /非线性系统
3. 按系统参数是否随时间变化 定常系统 / 时变系统 4. 按信号传递的形式 5. 按输入输出变量的多少 连续系统 / 离散系统 单变量系统 / 多变量系统