自动控制原理 清华大学 第一章课件
合集下载
自动控制原理第一章课件
自动控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ论已经成为现代工程技术人 员和科学工作者不可缺少的重要理论基础之 一。 自动控制原理》 从《自动控制原理》课程的内容上看侧重 于方法论， 于方法论，本课程的教学目的是使学生能学 好当前和近期我国工业部门所需的自动化理 论和技术， 论和技术，使学生深刻理解线性控制理论的 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 基本计算方法， 基本计算方法，为自动控制系统的分析与设 计打下一定的基础。 计打下一定的基础。
3.程序控制系统 3.程序控制系统 输入量按照给定的程序变化。 输入量按照给定的程序变化。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 二、按使用的数学方法分类 1.线性系统 1.线性系统 2.非线性系统 2.非线性系统 3.连续控制系统 3.连续控制系统 4.离散控制系统 4.离散控制系统
1-3
闭环控制系统的基本组成
1-4
对控制系统的基本要求
一、对控制系统的基本要求 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 稳、快、准。
二、典型外作用 典型外作用的函数应具备以下条件： 典型外作用的函数应具备以下条件： 这些函数在现场或实验室中容易得到； ①这些函数在现场或实验室中容易得到； ②控制系统在这些函数作用下的性能应代表在实际工 作条件下的性能； 作条件下的性能； ③这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 1.阶跃函数 1.阶跃函数 数学表达式为： 数学表达式为：
1.按输入作用补偿 1.按输入作用补偿 按输入作用补偿的补偿装置可提供一个输入信号 的微分作用， 的微分作用，并作为顺馈控制信号与原输入信号一起 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 2.按扰动作用补偿 2.按扰动作用补偿 按扰动作用补偿的补偿装置能够在可测量的扰动 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用， 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用，以抵 消扰动对系统输出的影响。 消扰动对系统输出的影响。
自动控制原理课件第一章
精品资料
二、 闭环控制（反馈控制） 定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响(yǐngxiǎng)的
系统，都叫做闭环控制系统。
输入
偏差
+-
控制装置
控制对象
输出
反馈元件
图1-13 闭环控制系统Байду номын сангаас框图
精品资料
室温(shì wēn)控制 系统
r＋ －
e 空调器
热传导 室内空气等c
y
热敏电阻
图 1 - 1 室温控制系统元件(yuánjiàn)框图
烈变化之中） b.稳态过程 反映系统的稳态特性。（输出量稳定在新的平衡
当出水与进水的平衡被
控制器
破坏时，水箱水位下降(
流入
或上升)，出现偏差
浮子 水箱
(piānchā)。这偏差 (piānchā)由浮子检测出 来，自动控制器在偏差
h
流出 (piānchā)的作用下，控
制阀门开大(或关小)，对
图1.3 液面自动控制
偏差(piānchā)进行修正
精品资料
2. 自动控制的基本职能(zhínéng)元件 自动控制,实际上就是由自动控制装置代替人的基本功能来
一 .开环控制
定义：若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称为 (chēnɡ wéi)开环控制系统。
特点是：控制量与被控制量之间只有前向通道而没有反向通道,信 息的传递路径不是闭合的，故称开环。
开环控制系统的典型方框图如图所示。
精品资料
16
输入量
控制器
被制对象
输出量
例子：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动 生产线，数控车床等等。
比较元件：将被控量与给定值加以(jiāyǐ)比较，形成偏差信号；
二、 闭环控制（反馈控制） 定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响(yǐngxiǎng)的
系统，都叫做闭环控制系统。
输入
偏差
+-
控制装置
控制对象
输出
反馈元件
图1-13 闭环控制系统Байду номын сангаас框图
精品资料
室温(shì wēn)控制 系统
r＋ －
e 空调器
热传导 室内空气等c
y
热敏电阻
图 1 - 1 室温控制系统元件(yuánjiàn)框图
烈变化之中） b.稳态过程 反映系统的稳态特性。（输出量稳定在新的平衡
当出水与进水的平衡被
控制器
破坏时，水箱水位下降(
流入
或上升)，出现偏差
浮子 水箱
(piānchā)。这偏差 (piānchā)由浮子检测出 来，自动控制器在偏差
h
流出 (piānchā)的作用下，控
制阀门开大(或关小)，对
图1.3 液面自动控制
偏差(piānchā)进行修正
精品资料
2. 自动控制的基本职能(zhínéng)元件 自动控制,实际上就是由自动控制装置代替人的基本功能来
一 .开环控制
定义：若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称为 (chēnɡ wéi)开环控制系统。
特点是：控制量与被控制量之间只有前向通道而没有反向通道,信 息的传递路径不是闭合的，故称开环。
开环控制系统的典型方框图如图所示。
精品资料
16
输入量
控制器
被制对象
输出量
例子：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动 生产线，数控车床等等。
比较元件：将被控量与给定值加以(jiāyǐ)比较，形成偏差信号；
第一章自动控制原理(1)(共59张PPT)
分类：正反馈和负反馈 一定的给定值对应一定的输出量。
下面是非线性系统的一些例子： 如步进电机，继电器开关。 人类对控制系统的基本原理（反馈）早有认识，并利用它创造许多装置。 C 麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题。
负反馈控制原理 ：利用反馈产生偏差，并利用 低精度元件可组成高精度系统；
❖ 1786年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心 调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。
5
瓦特
6
瓦特的蒸汽机
7
离心调速器工作原理
8
工作原理：进入蒸汽缸中的蒸汽量，可根据蒸汽机
的希望转速与实际转速的差值自动地进行调整。它的 工作原理是：根据希望的转速，设置输入量(控制量) 。如果实际转速降低到希望的转速值以下，则调速器 的离心力下降，从而使控制阀上升，进入蒸汽机的蒸 汽量增加，于是蒸汽机转速随之增加，直至上升到希 望的转速值时为止。反之，若蒸汽机的转速增加到超 过希望的转速值，调速器的离心力便会增加，造成控 制阀向下移动。这样就减少了进入蒸汽机的蒸汽量， 蒸汽机的转速也就随之下降，直到下降至希望的转速 时为止。
对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无 法自动补偿。。
28
主要特点：
输出不影响输入，对输出不需要测量，容易实现；
对构成系统的元部件精度要求高，只有元部件精度 高，系统的精度才能高；
系统的稳定性不是主要问题
结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳 定和扰动信号较弱的场合
29
按扰动控制的开环控制方式：
❖ 闭环控制：为偏差控制，可以抑制内（系统参数变化）、 外扰动（负载变化）对被控制量产生的影响，因此，控制 精度高。但是结构复杂，成本高（价格成倍增加）；系统 设计、分析麻烦。
下面是非线性系统的一些例子： 如步进电机，继电器开关。 人类对控制系统的基本原理（反馈）早有认识，并利用它创造许多装置。 C 麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题。
负反馈控制原理 ：利用反馈产生偏差，并利用 低精度元件可组成高精度系统；
❖ 1786年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心 调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。
5
瓦特
6
瓦特的蒸汽机
7
离心调速器工作原理
8
工作原理：进入蒸汽缸中的蒸汽量，可根据蒸汽机
的希望转速与实际转速的差值自动地进行调整。它的 工作原理是：根据希望的转速，设置输入量(控制量) 。如果实际转速降低到希望的转速值以下，则调速器 的离心力下降，从而使控制阀上升，进入蒸汽机的蒸 汽量增加，于是蒸汽机转速随之增加，直至上升到希 望的转速值时为止。反之，若蒸汽机的转速增加到超 过希望的转速值，调速器的离心力便会增加，造成控 制阀向下移动。这样就减少了进入蒸汽机的蒸汽量， 蒸汽机的转速也就随之下降，直到下降至希望的转速 时为止。
对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无 法自动补偿。。
28
主要特点：
输出不影响输入，对输出不需要测量，容易实现；
对构成系统的元部件精度要求高，只有元部件精度 高，系统的精度才能高；
系统的稳定性不是主要问题
结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳 定和扰动信号较弱的场合
29
按扰动控制的开环控制方式：
❖ 闭环控制：为偏差控制，可以抑制内（系统参数变化）、 外扰动（负载变化）对被控制量产生的影响，因此，控制 精度高。但是结构复杂，成本高（价格成倍增加）；系统 设计、分析麻烦。
自动控制原理00第一章课件
推动了经典控制的发展 1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，
标志控制学科的诞生。
1.1 控制理论的发展
二次世界大战结束后，各国大力发展空间技术，经典控制理 论不能满足需要，需要研究新的控制理论。这个时期，众多的 数学家、科学家投入自动控制理论的研究，如自动控制科学家 从力学中引进了状态空间的概念。
准确性：系统完成动态调整过程之后进入了稳态，其输出量 与希望值之间的差值，称为稳态误差，当稳态误差为零时， 控制系统的准确性较好。
1.1 控制理论的发展 控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
控制论： 经典控制理论
以传递函数为基础，研究 单输入---单输出定常控制
系统的分析与设计问题
现代控制理论（智能控制理论）
以状态空间法为基础， 多输入--多输出时变、非线性、 高精度、高效能控制系统的分
析与设计问题
1.1 控制理论的发展
1.4.4 按系统参数是否随时间变化分类
（1）定常系统：系统全部参数不随时间变化，可用定常微分 方程（定常差分方程）来描述，又称时不变系统
（2）时变系统：系统的一个或几个参数是时间t的函数，不能 用定常微分方程来描述
1.5 自动控制系统的基本要求
自动控制系统在具备稳定性的前提下，在稳态性能、动态性 能和抗扰性能等方面，有量化的指标要求。
1.4 自动控制系统的分类
1.4.2 按系统传输信号对时间的关系分类
（1）连续系统：构成系统的各环节的输入量和输出量都是 时间的连续函数，其运动规律可用微分方程描述，也称为 模拟控制系统
（2）离散系统：构成系统的某一个环节或多个环节的输入 量或输出量为时间上离散的脉冲序列，其运动规律可用差 分方程描述，也称为数字控制系统
标志控制学科的诞生。
1.1 控制理论的发展
二次世界大战结束后，各国大力发展空间技术，经典控制理 论不能满足需要，需要研究新的控制理论。这个时期，众多的 数学家、科学家投入自动控制理论的研究，如自动控制科学家 从力学中引进了状态空间的概念。
准确性：系统完成动态调整过程之后进入了稳态，其输出量 与希望值之间的差值，称为稳态误差，当稳态误差为零时， 控制系统的准确性较好。
1.1 控制理论的发展 控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
控制论： 经典控制理论
以传递函数为基础，研究 单输入---单输出定常控制
系统的分析与设计问题
现代控制理论（智能控制理论）
以状态空间法为基础， 多输入--多输出时变、非线性、 高精度、高效能控制系统的分
析与设计问题
1.1 控制理论的发展
1.4.4 按系统参数是否随时间变化分类
（1）定常系统：系统全部参数不随时间变化，可用定常微分 方程（定常差分方程）来描述，又称时不变系统
（2）时变系统：系统的一个或几个参数是时间t的函数，不能 用定常微分方程来描述
1.5 自动控制系统的基本要求
自动控制系统在具备稳定性的前提下，在稳态性能、动态性 能和抗扰性能等方面，有量化的指标要求。
1.4 自动控制系统的分类
1.4.2 按系统传输信号对时间的关系分类
（1）连续系统：构成系统的各环节的输入量和输出量都是 时间的连续函数，其运动规律可用微分方程描述，也称为 模拟控制系统
（2）离散系统：构成系统的某一个环节或多个环节的输入 量或输出量为时间上离散的脉冲序列，其运动规律可用差 分方程描述，也称为数字控制系统
自动控制原理【课件】第1章
(3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 虽然在实际系统中, 反馈控制系统的形式是多样的, 但一般 均可化为图1 - 4的形式。
第一章自动控制的一般概念
1.2.2 线性控制系统和非线性控制系统
按照系统是否满足叠加原理, 系统可分为线性系统和非线性
系统两类。
在线性控制系统中, 组成控制系统的元件都具有线性特性。
式中：u(t) —系统的输入量；y(t) —系统的输出量。 线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即当系 统的输入分别为r1(t)和r2(t)时，对应的输出分别为c1(t) 和c2(t)，则当输入为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量为 c(t)=a1c1(t)+a2c2(t), 其中为a1、a2为常系数。
第一章自动控制的一般概念
1、线性系统 由线性元件构成的系统叫线性系统。其运动方程为线 性微分方程。若各项系数为常数，则称为线性定常系 统。其运动方程一般形式为:
y a1 y
( n)
( n1)
an y bou(n) bu(n1) bn1u bnu an1 y 1
在控制系统中, 反馈的概念非常重要。在图1-4中, 如果将反
馈环节取得的实际输出信号加以处理, 并在输入信号中减去这 个反馈量, 再将结果输入到控制器中去控制被控对象, 这样的反 馈称为负反馈; 反之, 若由输入量与反馈量相加作为控制器的输 入, 则称为正反馈。在一个实际的控制系统中, 具有正反馈形式 的系统一般是不能改进系统性能的, 而且容易使系统性能变坏, 因此不被采用; 而具有负反馈形式的系统, 它通过自动修正偏离
值。一旦室内温度达到设定值后, 放大器输出电压e使空调断电
而停止运行。于是室内温度就被控制在设定值的附近。
第一章自动控制的一般概念
1.2.2 线性控制系统和非线性控制系统
按照系统是否满足叠加原理, 系统可分为线性系统和非线性
系统两类。
在线性控制系统中, 组成控制系统的元件都具有线性特性。
式中：u(t) —系统的输入量；y(t) —系统的输出量。 线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即当系 统的输入分别为r1(t)和r2(t)时，对应的输出分别为c1(t) 和c2(t)，则当输入为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量为 c(t)=a1c1(t)+a2c2(t), 其中为a1、a2为常系数。
第一章自动控制的一般概念
1、线性系统 由线性元件构成的系统叫线性系统。其运动方程为线 性微分方程。若各项系数为常数，则称为线性定常系 统。其运动方程一般形式为:
y a1 y
( n)
( n1)
an y bou(n) bu(n1) bn1u bnu an1 y 1
在控制系统中, 反馈的概念非常重要。在图1-4中, 如果将反
馈环节取得的实际输出信号加以处理, 并在输入信号中减去这 个反馈量, 再将结果输入到控制器中去控制被控对象, 这样的反 馈称为负反馈; 反之, 若由输入量与反馈量相加作为控制器的输 入, 则称为正反馈。在一个实际的控制系统中, 具有正反馈形式 的系统一般是不能改进系统性能的, 而且容易使系统性能变坏, 因此不被采用; 而具有负反馈形式的系统, 它通过自动修正偏离
值。一旦室内温度达到设定值后, 放大器输出电压e使空调断电
而停止运行。于是室内温度就被控制在设定值的附近。
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
精品课件-自动控制原理-第1章 绪论
1876年，俄国学者N.A.维什涅格拉诺基发表著作《论调速器的 一般理论》，对调速器系统进行了全面的理论阐述。
1927年，布莱克（H.S.Black）发现了采用负反馈线路的放大 器，放大器系统对扰动和放大器增益变化的敏感性大为降低。
1932年，奈奎斯特（H.Nyquist）采用频率特性表示系统，提
出了频域稳定性判据，很好地解决了Black放大器的稳定性问
第一章 绪论
8
自动控制 原理
1.2 反馈控制的基本原理
动态系统的反馈控制的概念,其核心思想是对一个系统的输 出量进行检测, 然后反馈到输入端与参考输入相比较，得到 的偏差信号经控制器的变换运算后,驱动执行机构,以使被控 对象的输出量能按照参考输入的要求变化。为了实现精确的 控制,应满足四个基本的要求。第一， 系统必须一处于稳定 状态。第二，系统输出必须跟踪控制输入信号。 第三， 系 统输出必须尽量克服来自扰动输入的响应 。虽然在设计中 使用的模型不是完全精确的, 或者物理系统的动态特性随时 间变化或者因环境变化而变化,但是这些目标是必须满足的。
的输出电压U对应不同的电机转速。图中反馈量 由编码器采集
的Δ信V为号V负期计值望算，速得控度到制。器当输实出际到速驱度动大器于的设u定值值减时小，，控从制而器减的小输了入输量出
电压，电机减速；当实际速度小于设定值时，控制器的输入量
ΔV为正值，控制器输出到驱动器的u值增大，从而增大了输出
电压，电机加速。
自动控制 原理
第一章 绪 论
2020/12/14
第一章 绪论
1
自动控制 原理
1.1 引言
本章的目的使读者熟悉和理解以下几个方面的内容：
• 1.什么是自动控制和控制系统。 • 2.控制理论发展史。 • 3.控制系统的工作原理是什么？ • 4.控制系统的组成和分类。 • 5.几个控制系统的应用实例。
2017年清华大学《自动控制原理》ppt课件合集.pdf
1-1 自动控制的任务
下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念
控制器
气动阀门
流入
Q1浮子
水箱
H
流出Q2
水位自动控制系统
自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。
自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。
1-２自动控制的基本方式
炉温控制系统
飞机自动驾驶系统原理图
1-３对控制系统的性能要求
控制系统动态过程曲线
稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。
既快又稳，表明系统的动态精度高。
总结：解析方法适用于简单、典型、常见的系统，而实验方法适用于复杂、非常见的系统。
实际上常常是把这两种方法结合起来建立数学模型更为有效。
北京航空航天大学
2-1控制系统微分方程的建立
2－2 非线性微分方程的线性化
2－3 传递函数(transfer function
⏹传递函数仅适用于线性定常系统，否则无法用
三、传递函数举例说明
四、典型环节。
自动控制原理概述 ppt课件
h(t)
阀门
水箱
浮球
8
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
不同的被控对象和不同的控制装 置构成了不同的控制系统，所以自动 控制系统的种类是很多的。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.
2020/12/27
例 液位自动控制系统
工系作统原组理成：： 水箱调节杆杠杠杆 长 杠浮杆度球机L 构，阀调通门节过 阀进门水的开出度水， 从杆而杠调长节度进水
L h
量被以7
7
第一节 自动控制与自动控制系统
系统
结构 框图
L h
hr(s) 杠 杆
机构
2020/12/27
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的理象性参能量。、工
自业动示生图控下意产制面过系通程统过等的一的基些控本实制概例直念来接检说造测明福元自件于动社控会制。和
2020/12/27
3
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 作的过构程成：： 受控手蒸对动汽象调通:水箱 节被过阀热控门传制的导量开器:水温 度件，把从热阀而量门调传 节递热蒸给传汽水导的,水器流的件 量温,度显来与示控蒸仪制汽表水 的的蒸温流汽度量.成排正水 比冷. 水但人工热难水以实现稳定的高质量控制.
怎样根据工作任务的不同,分析和设计 自动控制系统，使其对三方面的性能有所 侧重 ，并兼顾其它正是自控原理课程要 解决的问题。
2020/12/27
29
第一章 概 述
第四节 自动控制理论发展简述
自动控制理论是研究自动控制共同规 律的技术科学。
自动控制原理第一章PPT课件
-
16
首次冲出太阳系 （美国伽利略号木 星 探 测 器 ， 1989 年）
-
仿人机器人 （日本，2001年）
17
神舟五号载人航天成功（中国，2003年）
-
18
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
-
19
“作为技术科学的控制论，对工程技术、生物
和生命现象的研究和经济科学，以及对社会研
究都有深刻的意义，比起相对论和量子论对社
（1）装置用方框表示 （2）信号用带箭头的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）
-
27
方框（块）图 中的符号
控制系统框图的基本组成单元
元部件 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 － 表示负反馈
-
返回 28
1-２自动控制系统基本控制方式
1. 开环控制 2. 闭环控制 3. 复合控制
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控 制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用 取得了长足进展。
-
22
二．自动控制理论
1．定义 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科 学. 2．分类 （1）经典控制理论：以传递函数为基础，主要研 究单输入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题 。 （2）现代控制理论：主要研究具有高性能，高精 度的多变量多参数系统的最优控制问题。
-
25
三、自动控制系统
1．定义： 为了实现各种复杂的控制任务，将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来组成的一 个有机总体。
控制装置（控制器）：外加的设备或装置. 被控对象（process, plant, controlled system ）：设备或生产过程.
自动控制原理课件可编辑全文
恒值控制系统也认为是过程控制系统的特 例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
北理自动控制原理第一章课件.
没有反向联系的控制作用。
输入
控制器、执
行机构
输出 被控对象
（2）反馈控制： 在反馈控制系统中，控制装置对控制对象
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的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制 的原理。例如：汽车驾驶控制系统
预期行 + 驶路线
偏差 驾车人
驾驶机构
汽车
实际行 驶路线
-
视觉和触觉测量
反馈： 取出输出量送回到输入量，并与输入
信号相比较产生偏差信号的过程。
负反馈：
若反馈的信号是与输入信号相减，使 产生的偏差越来越小；反之，则称为正反 馈。
反馈控制： 就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过
程，而且，由于引入了被控量的反馈信息， 整个控制过程称为闭合的，因此反馈控制也 称闭环控制。
二是美国数学家Kalman提出的状态空间、能控性、 能观性、反馈镇定、卡尔曼滤波
70年代的智能控制阶段 借鉴人工智能中发展出来的逻辑推力、
启发式知识、专家系统等，解决难以建立精 确数学模型的复杂系统的控制问题，
主要有： 模糊控制、神经网络、专家系统、定性
学习、学习控制等
2．基本控制方式
（1）开环控制： 控制装置和被控对象之间只有顺向作用而
公元1769年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽
机的速度，由此产生了第一次工业革命。飞球调节器是人 们普遍认为最早应用于工业过程的自动反馈控制器。
J.C.Maxwell（麦克斯韦尔）最早研究 了这种不稳定现象。1868年发表《论调节 器》，对反馈机理作了理论论述，并从数学 上进行了探讨。
离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数 码形式传递的系统。
输入
控制器、执
行机构
输出 被控对象
（2）反馈控制： 在反馈控制系统中，控制装置对控制对象
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的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制 的原理。例如：汽车驾驶控制系统
预期行 + 驶路线
偏差 驾车人
驾驶机构
汽车
实际行 驶路线
-
视觉和触觉测量
反馈： 取出输出量送回到输入量，并与输入
信号相比较产生偏差信号的过程。
负反馈：
若反馈的信号是与输入信号相减，使 产生的偏差越来越小；反之，则称为正反 馈。
反馈控制： 就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过
程，而且，由于引入了被控量的反馈信息， 整个控制过程称为闭合的，因此反馈控制也 称闭环控制。
二是美国数学家Kalman提出的状态空间、能控性、 能观性、反馈镇定、卡尔曼滤波
70年代的智能控制阶段 借鉴人工智能中发展出来的逻辑推力、
启发式知识、专家系统等，解决难以建立精 确数学模型的复杂系统的控制问题，
主要有： 模糊控制、神经网络、专家系统、定性
学习、学习控制等
2．基本控制方式
（1）开环控制： 控制装置和被控对象之间只有顺向作用而
公元1769年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽
机的速度，由此产生了第一次工业革命。飞球调节器是人 们普遍认为最早应用于工业过程的自动反馈控制器。
J.C.Maxwell（麦克斯韦尔）最早研究 了这种不稳定现象。1868年发表《论调节 器》，对反馈机理作了理论论述，并从数学 上进行了探讨。
离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数 码形式传递的系统。