自动控制原理与系统1

2.反馈：是把系统输出量全部或一部分回送到输 入端，以增强或减弱输入信号的效应。
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例2.引入闭环控制后的直流电机转速控制系统
+
Us
R
电
可
u u u 压
△
放
大
控
k
硅 功
a
器
放
M n 负载
uf
G
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扰动
电位器
us u 电压
uf -
放大器
uk
可控硅 放大器
ua 直流 电动机
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近年来，随着相关技术的发展，自动控制技术 的应用范围已扩展到生物、医学、环境、经济管理 和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代 社会活动中不可缺少的重要组成部分。
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三、自动控制理论的发展： 自动控制理论诞生于40年代，是自动控制、电
子技术、计算机等多学科相互交叉、相互渗透的产 物。50年代后期，由于军事、航空等领域的需求， 控制理论日趋完善。60年代后控制理论出现分枝， 即：经典控制理论和现代控制理论。
局限性
对复杂多变量 系统、时变和 非线性系统无
能为力
比较繁琐（但 由于计算机技 术的的迅速发 展，这一局限
性已克服)
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§1-2 开环控制和闭环控制
一、开环控制系统： 1.定义：输出量与输入量之间没有反向联系， 只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环 控制系统。
控制量 控制装置
扰动 被控制量
被控对象
闭环控制系统： 1.系统具有纠正偏差的能力。 2.抗扰性好，控制精度高。 3.包含元件多，结构复杂，价格高。 4.参数应选择适当。
开环＋闭环＝复合控制系统 （兼有两者的优点，精度很高）
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§1-3 自动控制系统的组成
一、自动控制系统的组成： 自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合
+
R
电
可
us
u u 压
控
放 大
k
硅 功
a
器
放
M n 负载
电位器电压
us 0~10V
转速0~1000rpm
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扰动
us 电位器
电压 放大器
uk
ua 可控硅
功放
直流 电动机
n
方框图
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二、闭环控制系统：
1.定义：输出量与输入量之间有反向联系，靠输 入量与反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系 统叫闭环控制系统。
馈， 极性相反为负反馈。
4. 控制器（放大元件）：比较环节输出的信 号，经控制器成为合适的信号，输出给执行元件。
5.执行元件：驱动被控对象的环节。 6.控制对象(被调对象)：要求实现自动控制的 机器设备或生产过程。 7.反馈环节：将输出量引出，再回送到控制 部分。
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*元件排列从左至右，给定元件在最左端，控 制对象在最右端。从左至右的通道称为顺馈通道， 或前向通道。将输出信号引回输入端的通道称为 反馈通道，或反馈回路。
（二）.系统中的各个量： 1.输入量（控制量、给定量）：通常通过给
定元件给出或其他元件转换而来。 2.输出量（被控制量）：自动控制的目标。 3.反馈量：通过检测元件将输出量转变成与
给定信号性质相同数量级相同的信号。
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4.扰动量（干扰、噪声）：引起输出量发生变化 的各种因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫 做外扰动，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数 的变化，称为内扰动。
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3.自动控制系统：自动控制系统是指由控制装 置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的 一些物理量进行自动控制的一个有机整体。 二、自动控制的应用：
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统，自动地使导弹攻击敌 方目标 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收
反馈分为正反馈和负反馈。 起增强输入信号作用——正反馈。 起减弱输入信号作用——负反馈。 正反馈不能进行控制，只会使系统的偏差越来越 大。 只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。 三、开环与闭环系统的比较：
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开环控制系统： 1. 结构简单经济 2.调试方便 3.抗干扰能力差，控制精度不高。
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开环控制又可称为前馈控制，因为控制作用是 由输入信号直接向前输送，而不是由输出信号回馈 到输入信号来进行控制的，故称为前馈控制。
2.应用： 目前比较常见的开环控制系统有自动售货机，
自动洗衣机，自动流水线，包装机等。
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例1.下面是一个具体的开环控制系统的例子 直流电机转速控制系统
n
测速机
方框图
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转速负反馈的作用：引入测速发电机后，当外来 的电网电压波动使电机的转速发生变化时，测速发电 机会将变化的情况反馈到比较环节，系统作出相应调 节，最终控制转速稳定。
电压放大器的输入： u us u f
n
uf
u us u f
uK
ua
ຫໍສະໝຸດ Baidu
n
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负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏 差起。——按偏差控制
起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控 制的一个有机整体。
（一）.硬件部分： 1.给定元件：调节给定信号，以调节输出量的大 小。 2.检测元件：检测输出量的大小，并反馈到输入 端。
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3.比较环节：反馈信号与给定信号在此迭加， 信号的极性以“+”或“-”表示。极性相同为正反
经典控制理论和现代控制理论比较：
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经典 控制 理论
现代 控制 理论
研究对象
单输入-单 输出线性 定常系统
多输入-多 输出变系 数，非线 性等系统
数学
常用
工具 分析方法
微分方 程，传 递函数
时域分析 法，频域 分析法, 根轨迹分
析法
线性代 状态空间 数、矩 法 阵理论
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第一章 自动控制系统概述
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6
引言 开环控制和闭环控制 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法
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§ 1-1 引言
一、基本概念： 1.控制：是使某些物理量按指定的规律变化 （包 括保持恒定），以保证生产的安全性， 经济性及 产品质量等要求的技术手段。 2.自动控制：就是在没有人直接参与的情况下， 利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标 要求等进行自动的调节与控制，使之达到预期 的状态或性能要求。