自动控制系统的典型控制方法
自动控制系统例子
自动控制系统例子
【篇一：自动控制系统例子】
问题太简单了
生活中看到最多的是：
1、电视机的遥控系统，它采用红外线脉冲和数字编码技术
2、洗衣机的自动控制系统，有一种是采用定时控制技术（最简单）
3、空调自动控制系统，他利用温度传感器实行压缩机是否运行
4、电饭煲控制系统，它采用水蒸发以后。
温度超过100以上，然后用温度控制器实行电路的开关
5、汽车的自动换档控制系统，利用汽车的速度传感器，检测速度，然后利用电磁控制系统实行自动换档
6、水塔的自动打水系统，利用水位传感器，检查水位是否过低和过高，过低供水过高停止
7、电瓶车、手机、笔记本等等的自动充电系统
8、宾馆商场的自动门等等，可谓数不胜数
我们公司非常欢迎勇于攀登科学技术高峰的人才，加入我们的团队。
自动控制的基本控制原理与方式
四、定常系统与时变系统
如果控制系统的结构、参数在系统运行过程中 不随时间变化，则称为定常系统或者时不变系 统，否则，称为时变系统。
如果线性系统中的参数不随时间变化，则称为线性定 常系统；否则称为线性时变系统 。
2020/2/15
1-4 对控制系统的基本要求
2020/2/15
一、对控制系统基本要求 1、稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。
4、闭环控制必须考虑稳定性问题，而开环控制通常 可以不考虑。
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4、复合控制系统
开环控制和闭环控制的结合
2020/2/15
1-2 自动控制系统示例
2020/2/15
飞机示意图
给定电位器
2020/2/15
反馈电位器
控制任务：系统在任何扰动作用下，保持飞机俯仰角不变。 被控对象：飞机。
- 放大器
uf
测速机
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+
+
u u u g 电压 +
e功
-放大器
放
a
n
M
- uf
+-
测速发电机
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1、特点：输出量对系统的控制作用产生影响。 2、优点：具有自动修正偏差的能力，抗干扰能力强，控制 精度高。
3、缺点： （1）结构复杂，成本高。 （2）存在稳定性问题，如果系统设计不合理或参数选择不 合适，系统可能产生振荡，严重时不能正常工作。 4、适用场合：适合于干扰不可预测、控制精度要求高的 场合。
（7）反馈控制系统(feedback control system)
通过测量、比较而得到偏差，由偏差产控制作用而使偏差 消除或减少，使被控量趋近于要求值 。又称为反馈控制 系统。
自动控制原理典型习题(含答案)
自动控制原理习题一、(20分)试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数)()(s R s C 。
解：所以：32132213211)()(G G G G G G G G G G s R s C +++= 二．（10分）已知系统特征方程为06363234=++++s s s s ，判断该系统的稳定性，若闭环系统不稳定，四．（121m -=222K K-0=1K ⇒=，s = 所以当1K >时系统稳定，临界状态下的震荡频率为ω五．（20分）某最小相角系统的开环对数幅频特性如下图所示。
要求（1） 写出系统开环传递函数； （2） 利用相角裕度判断系统的稳定性；（3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。
解（1）由题图可以写出系统开环传递函数如下：（2）系统的开环相频特性为截止频率1101.0=⨯=c ω相角裕度：︒=+︒=85.2)(180c ωϕγ故系统稳定。
（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数其截止频率10101==c c ωω而相角裕度︒=+︒=85.2)(18011c ωϕγγ= 故系统稳定性不变。
由时域指标估算公式可得)11(4.016.0-+=σoo=o o 1σ（1（2（2）121)(=s G 2函数。
1、的输出量不会对系统的控制量产生影响。
开环控制结构简单、成本较低、系统控制精度取决于系统元部件、抗干扰能力较差。
（２分）2、根轨迹简称为根迹，它是开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。
（３分）系统根轨迹起始于开环极点，终至于开环零点。
（２分）二、看图回答问题（每小题10分，共20分）1、解：结论：稳定（２分）理由：由题意知系统位于s 右半平面的开环极点数0=P ，且系统有一个积分环节，故补画半径为无穷大，圆心角为2122πππ-=⨯-=-v 的圆弧，则奈奎斯特曲线如图1示，（３分）由图可知系统奈奎斯特曲线包围(-1,j0)点的圈数为000=-=-=-+N N N ，（３分）由奈奎斯特稳定判据，则系统位于s 右半平面的闭环极点数02=-=N P Z ，（２分）故闭环系统稳定。
分析自动控制系统性能的常用方法
由过渡过程分析中的三要素法可知，电路对 时间响应常常分为两个部分：暂态响应和稳 态响应。线性电路的时间响应 c (t ) 通常可以 写成：
c(t ) ct (t ) css (t )
ct (t ) 为暂态响应，css (t ) 为稳态响应 其中：
当输入激励是为正弦周期信号时：
其输出响应为： c(t ) MAm e t MAm sin( t )
M ( ) 为该一阶RC电路的幅频特性，它是指输出正 则： 弦响应信号的最大值与输入正弦激励信号最大值之间 的比值；称 ( )为该一阶电路的相频特性，它是指 输出正弦信号的初相位与输入正弦信号初相位之差 （相位差）。
( ) c ( ) i ( ) arctan(T )
Ac 0.193 M ( ) 50 0.193 Ar 1
( ) 50 c r 78.9 0 78.9
当我们选择足够多的频率点后，通过幅值与频率，相 位与频率之间一一对应的关系，我们最后可以绘制出 如图所示的幅频率特性曲线与相频率特性曲线。并由 此曲线来分析该电路的性质
输出稳态响应的幅值 输出稳态响应的初相位
现在我们以同样的办法将输入激励信号R（jω）也写 成相量的形式，则有：
R( j ) R( j ) R( j ) Ar r
正弦激励的幅值
正弦激励的初相位
这样该线性系统的传递函数就变成了：
C ( j ) C ( j ) C ( j ) G ( j ) R( j ) R( j ) R( j ) C ( j ) C ( j ) R( j ) R( j ) Ac c r M Ar
第4章 分析自动控制系统性能的常 用方法
自动控制原理知识点
第一节自动控制的基本方式一、两个定义：（1） 自动控制：在没有人直接参与的情况卞，利用控制装置使某种设备、装置或生产过程 中的某些物理屋或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法，称为自动控制。
（2） 自动控制系统：由控制器（含测量元件）和被控对彖组成的有机整体。
或由相互关联、相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。
称为自动控制系统。
在控制系统中，把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。
系统的输入屋，通常指两种：给定输入量和扰动输入量。
给定输入量，又常称为参考较输入量，它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。
扰动输入量，又常称为干扰输入量，它是系统不希望但又客观存在的外部输入量，例如，电 源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等，都是实际系统中存在的扰动输 入量。
扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。
自动控制的基本方式二、基本控制方式（3种）1、开环控制方式⑴定义：控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式，称为开环控制方式。
具有这种控制方式的有机整体，称为开坏控制系统。
如果从系统的结构角度看，开环控制方式也可表达为，没有系统输出量反馈的控制方式。
⑵职能方框图任何开坏控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的方框图表示。
2、闭坏控制方式（1）定义：系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，参予了系统控制的方式,称为闭坏控制方式。
如果从系统的结构看，闭环控制方式也可表达为，有系统输出量反馈的控制方式。
自动控制的基本方式工作原理开环调速结构基础上引入一台测速发电机，作为检测系统输出量即电动机转速并转换为 电压。
反馈电压与给定电压比较（相减）后，产生一偏差电压，经电压和功率放人器放大后去控制 电动机的转速。
当系统处于稳定运行状态时，电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速 运行。
当系统受到某种干扰时（例如负载变人），电动机的转速会发生变化（下降），测速反馈扰动输入量输出量电压跟着变化（变小），由于给定电压值未变，偏差电压值发生变化（变人），经放人后使电动机电枢电压变化（提高），从而电动机转速也变化（上升），去减小或消除由于干扰引起的转速偏差。
自动化控制系统中的模糊控制方法与调参技巧
自动化控制系统中的模糊控制方法与调参技巧自动化控制系统中的模糊控制方法是一种基于模糊逻辑的控制策略，可以处理系统模型复杂、不确定性强的问题。
模糊控制方法通过将模糊逻辑应用于控制器设计中，能够有效地应对实际系统中的各种非线性、时变和不确定性因素，提高控制系统的鲁棒性和自适应能力。
在模糊控制系统中，模糊逻辑通过将模糊的自然语言规则转化为数学形式，对系统的输入和输出进行模糊化处理，从而实现对系统的自动控制。
模糊控制方法主要包括模糊推理、模糊建模和模糊控制器设计三个主要步骤。
首先，模糊推理是模糊控制方法的核心，它根据一组模糊规则对输入变量进行模糊推理，从而确定最终的控制策略。
在模糊推理中，需要定义一组模糊规则，每个模糊规则都由若干个模糊集和若干个模糊关系所组成。
通过对输入变量的模糊化处理和模糊规则的匹配，可以得到控制器的输出。
其次，模糊建模是模糊控制方法的前提，它是将实际系统映射为模糊控制系统的关键步骤。
模糊建模可以通过实验数据、专家知识或模型等方式获得系统的输入输出数据，然后利用聚类和拟合等方法建立系统的模糊模型。
模糊建模的目的是找到系统的内在规律和数学模型，以便后续的模糊控制器设计和参数调优。
最后，模糊控制器设计是模糊控制方法的具体实现，它根据模糊推理和模糊建模的结果，确定模糊控制器的结构和参数。
模糊控制器的结构包括输入变量的模糊集合和输出变量的模糊集合，参数则决定了模糊控制器的具体行为。
参数调优是模糊控制器设计的关键环节，通过合理地设置参数，可以使模糊控制器在实际系统中具有良好的控制性能和鲁棒性。
为了获得较好的控制性能，模糊控制系统中的调参技巧是必不可少的。
调参技巧通常包括以下几个方面：首先，选取适当的输入变量和输出变量，并对其进行模糊化处理。
输入变量和输出变量的选择应考虑到系统的特性和控制目标，而模糊化处理的方法则可以采用三角函数、梯形函数等常用的模糊集合类型。
其次，确定模糊规则的数量和形式。
模糊规则的数量和形式直接影响到模糊控制系统的稳定性和鲁棒性。
现代电气自动化控制策略
现代电气自动化控制策略现代电气自动化控制策略在工业生产中起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展，电气自动化控制策略也在不断创新和改进。
本文将介绍几种常见的现代电气自动化控制策略，并分析其优势和应用场景。
一、PID控制策略PID控制策略是一种经典的控制方法，它通过比较实际输出值与期望输出值之间的差异，计算出控制器的输出信号，从而实现对被控对象的控制。
PID控制策略具有简单、稳定、可靠的特点，广泛应用于工业生产中的温度、压力、流量等参数的控制。
PID控制策略的优势在于其简单性和可调节性。
通过调节PID控制器的参数，可以实现对不同系统的精确控制。
然而，PID控制策略也存在一些局限性，比如对于非线性系统的控制效果不佳，容易受到外界干扰的影响。
二、模糊控制策略模糊控制策略是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过建立模糊规则库和模糊推理机制，将模糊的输入转化为模糊的输出，从而实现对被控对象的控制。
模糊控制策略适用于复杂、非线性的系统控制，如汽车驾驶、空调控制等。
模糊控制策略的优势在于其对于非线性系统的适应性强，能够处理模糊、不确定的输入和输出。
同时，模糊控制策略也存在一些问题，比如规则库的设计和模糊推理的计算量较大，需要较高的计算资源。
三、神经网络控制策略神经网络控制策略是一种基于人工神经网络的控制方法，它通过训练神经网络模型，将输入与输出之间的映射关系学习到，从而实现对被控对象的控制。
神经网络控制策略适用于复杂、非线性的系统控制，如机器人控制、飞行器控制等。
神经网络控制策略的优势在于其对于非线性系统的适应性强，能够处理大量的输入和输出数据。
同时，神经网络控制策略也存在一些问题，比如需要大量的训练数据和计算资源，训练过程较为复杂。
四、模型预测控制策略模型预测控制策略是一种基于数学模型的控制方法，它通过建立系统的数学模型，并预测未来一段时间内的系统行为，从而制定控制策略。
模型预测控制策略适用于需要预测和优化系统行为的控制场景，如能源管理、交通控制等。
自动化技术概论_自动控制发展-控制技术篇
常用的数字化控制装置包括单片机、工业控制计算 机、可编程逻辑控制器、数字信号处理器等。
单片机
单片机是在一块芯片上集成了微处理器、存储器 及接口电路等，在计算机家族里体积最小、价格最 便宜、应用非常普遍，一辆普通轿车里常常有几十 个单片机在工作。
工业控制计算机
工控机类似普通微机，但提高了 工作的可靠性，配备了用于工业控 制的输入输出接口，并特别加强了 针对工业环境的抗干扰措施。
可编程逻辑控制器
数字信号处理器
（ Digital Signal Processor，简称“DSP” ）
DSP的计算和处理功能相当强大，早期主要用 于信号处理领域，价格也较昂贵，但随着计算机技 术的发展，价格不断降低，因而近年来在控制领域 的应用也越来越多
计算机控制方式的演变
第一阶段：集中控制
用一台计算机同时控制多台机器或设备，轮流采集反馈 信息，计算出所需要的控制量后轮流输出给每台机器或设 备，属于“分时控制”，主要缺点是可靠性差。
反馈信号
计算机
反馈信号
控制信号
受控设备1
受控设备2控制信号…受控设备N第二阶段：单机控制
一台计算机只控制一台 机器或设备，主要优点是 控制风险小。这种方式在 今天也很常见，如冰箱、 空调 、电饭煲的控制等。
计算机
反馈信号 控制信号
受控设备
第三阶段：分散控制
对于多台相互关联的机器或设备，每台机器或 设备都单独用一个数控装置来控制（单机控制方 式），但与上层的协调和管理计算机有信息交互， 属于网络化的控制系统。
自动控制理论
⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。
(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。
(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。
(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。
(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。
常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。
2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。
被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。
被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。
控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。
给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。
给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。
除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。
⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。
3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。
4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。
在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。
复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。
5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。
电气控制设备常用控制方法
电气控制设备常用控制方法1．过程控制系统过程控制系统指以表征生产过程的参量为被控制量，使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统，等同于前面分类中的恒值控制系统。
这里的“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。
表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。
通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高、能耗减少。
一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。
2．可编程控制器可编程控制器（PLC）一直保持了其简单至上的原则。
过去，PLC 适用于离散过程控制，如开关、顺序动作执行等场所，但随着PLC 的功能越来越强大，PLC也开始进入过程自动化领域。
PLC的产品系列对于用户来说是一个非常节约成本的控制系统。
PLC与继电控制相比具有以下优势。
（1）功能强、性能价格比高、可靠性高、抗干扰能力强、体积小、能耗低。
（2）系统的设计、安装、调试工作量少，维修工作量少，维修方便。
（3）具有网络通信功能。
（4）PLC可以代替复杂的继电器逻辑回路的控制功能，小型的、低成本的PLC可以代替4～10个继电器。
（5）对未来设备升级很方便。
高密度的I/O系统、改进设计的输入/输出模块和端子结构，使端子更加集成，以低成本提供了节省空间的接口。
（6）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
基于微处理器的智能I/O接口扩展了分布式控制能力，典型的接口如PID、网络、CAN总线、现场总线、ASCII通信、定位、主机通信模块和语言模块（如BASIC、PASCALC）等。
（7）编程方法简单。
梯形图逻辑中可以实现高级的功能块指令，可以使用户用简单的编程方法实现复杂的软件功能。
外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为PLC的标准功能。
（8）诊断和错误检测功能。
从简单的系统控制器的故障诊断扩大到对所控制的机器和设备的过程和设备诊断。
3．集散控制系统集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
自动控制基础知识.详解
例2：“是”函数的真值 表
例3：“与”函数的真值 表
例4：“或”函数的真值 表
三、卡诺图
卡诺图：就是按一定规则画出的方块图。
图中一个方块就代表变量的一种取值情况，和真值表类似， 有n个逻辑变量，在卡诺图中就有2n 个格。
0 a1
aa
图1.19 单变量 卡诺图
3 复合控制
计算
给定值
计算
执行
测量
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.7 复合控制框图
§1.2 传递函数与环节特性
一、比例环节
其传递函数为：
特点：当输人信号变化时，输出信号会同时以一定的比例 复现输入信号的变化。
x(t)
y(t)
A A
KA A
图1.8 比例环节动态特性
二、一阶环节
其传递函数为： 特点：当输入信号x(t)作阶跃变化后，输出信号y(t)立刻以
“非”函数可用常闭开关符号代表：
“非”函数的基本性质如下：
(2) 双变量(多变量)运算
设变量“a、b、c、d…”，函数S，有如下运算： a．“与”函数
又称“逻辑乘”，表示“同时”、“共同 ” 等价表于达两式个为常：开开关串联：
基本性质： 置换律： 结合律： 几个特殊关系：
当有n个变量时，“与”函数可表示为： 上述性质均成立
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
uห้องสมุดไป่ตู้
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
自动控制原理知识点总结1~3章
自动控制原理知识点总结第一章1、自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。
2、被控制量:在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量.3、控制量:作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
4、扰动量：干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量,也称扰动输入或干扰掐入.5、反馈:通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端,与输入信号相比较.反送到输入端的信号称为反馈信号。
6、负反馈：反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号.7、负反馈控制原理:检测偏差用以消除偏差。
将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号.然后根据偏差信号产生相应的控制作用,力图消除或减少偏差的过程。
8、自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制 .9、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特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差,控制精度也不高。
10、闭环控制：控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用，而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。
主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。
11、控制系统的性能指标主要表现在：(1)、稳定性：系统的工作基础. （2)、快速性：动态过程时间要短，振荡要轻。
（3）、准确性：稳态精度要高，误差要小。
12、实现自动控制的主要原则有：主反馈原则、补偿原则、复合控制原则。
第二章1、控制系统的数学模型有: 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性。
2、传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比3、求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换,或化简系统的动态方框图.对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。
4、结构图的变换与化简化简方框图是求传递函数的常用方法。
控制系统的奥妙：掌握15个设计自动化控制系统的方法与技巧
控制系统的奥妙：掌握15个设计自动化控制系统的方法与技巧控制系统是现代工程中至关重要的一个领域，它涉及到许多科学和技术的方面。
设计自动化控制系统需要广泛的知识和技能，以确保系统的稳定性、精确性和可靠性。
在本文中，我们将介绍15个设计自动化控制系统的方法与技巧。
1.确定系统的目标和需求：在设计控制系统之前，首先需要明确系统的目标和需求。
这包括系统需要控制的变量以及所需的精度、稳定性和响应时间等方面的要求。
2.进行系统建模和分析：系统建模是设计控制系统的关键步骤之一。
通过建立数学模型来描述系统的动态行为。
然后，使用模型分析工具来评估系统的稳定性、性能和鲁棒性。
3.选择适当的控制器类型：根据系统的特点和要求，选择适当的控制器类型。
常见的控制器类型包括比例-积分-微分(PID)控制器、模糊控制器和状态空间控制器等。
4.选择适当的控制策略：根据系统的特点和要求，选择适当的控制策略。
常见的控制策略包括开环控制、闭环控制和先进控制等。
5.设计适当的控制算法：根据所选择的控制器和控制策略，设计适当的控制算法。
这包括确定控制器参数和设置控制规则等。
6.进行仿真和优化：使用仿真工具来评估和优化控制系统的性能。
通过调整控制算法和参数来改善系统的稳定性和性能。
7.考虑系统的鲁棒性：在设计控制系统时，要考虑系统的鲁棒性。
这意味着系统应能够在面对不确定性和扰动时保持稳定和可靠。
8.进行实验和测试：在实际应用中，控制系统需要进行实验和测试，以验证其性能和可靠性。
通过实验和测试来调整和优化系统的参数和算法。
9.进行故障诊断和容错设计：在设计控制系统时，应考虑系统的故障诊断和容错设计。
这包括设计冗余系统、故障检测和容错机制等。
10.进行性能监控和优化：设计控制系统后，需要进行性能监控和优化。
这包括实时监测系统的性能，并对系统进行调整和优化。
11.使用现代控制方法和技术：随着科学技术的不断发展，现代控制方法和技术也在不断更新。
了解和应用最新的控制方法和技术可以提高控制系统的性能和可靠性。
自动化概论(1)
(2) 现代控制理论的发展与应用
① 建模和系统辨识 建模( Modelling )是指建立系统数学模型，使其能 正确反映系统输入、输出之间的基本关系。 从一类给定的模型中，确定一个被研究系统本质特 征等价的模型，若模型的结构和参数需要同时确定，即 是系统辨识(System Identification)。
（2）局部自动化的广泛应用
20世纪20年代，电子管反馈放大器正式诞生
40年代，二次世界大战 经典控制理论
各种电子式控制 器大量应用
形成自动化生产线（1926，美，第一条 汽车底盘自动生产线）
电子式控制器的应用可算是自动化应用 的第二个里程碑！
（3）电子数字计算机的发明
1943～1946年美国宾夕法尼亚大学电气工程师J.P.埃克 脱和物理学家J.W.莫奇利为美国陆军成功研制世界上第一台 基于电子管的电子数字计算机──电子数字积分和自动计算 器(ENIAC)。
自动化概论
自动化工程学院 孙灵芳
(1) 什么是自动化？它在人类社会中的地位和作用如何？
(2) 什么是自动化科学？什么是自动化技术？二者有什 么区别？
(3) 自动化学科的分类、结构和体系如何？
(4) 自动化专业有哪些特点？自动化专业的学生应该学 什么？能干什么？
本课就是对上述问题进行说明，以便于学生对后续 课程学习的安排和选择。
1950年宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成功第二台存储程序 式电子数字计算机──离散变量电子自动计算机 (EDVAC)。
电子数字计算机的发明，不但为现代控制理论的发展提 供了强有利的工具，而且为复杂控制系统实现先进的控制和 算法奠定了基础。
1.2.4 综合自动化时期(20世纪50年代末起至今)
11人工控制和自动控制
流入
当水的流出量 增大或流入量减
小，平衡则被破
水箱
坏，液面的高度
h
流出 不能自然地维持
恒定。
2
这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发
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（进水
量），而使另外某些特定的物理量（如被控量液面高
度h）维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。
扰动输入
参考输入 控制器
执行 元件
输出 对象
测量变 送元件
7
• 自动调温空调
案例
希望温度 控制器
调节风 门
实际温度 空调
温度传感 器
9
小结
• 人工控制 • 自动控制 • 控制量和被控对象 • 自动控制的基本元件
10
作业
• 电饭煲
1.2开环控制 1.2 开环控制 开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给 出开环控制的一般定义： 定义：控制量与被控量之间只有顺向作用而没有 反向联系。 开环控制系统的典型方框图如图所示。
流入
流入
控制器
浮子
水箱
水箱
h
流出
h
流出
眼睛
浮子
大脑
自动控制器
肌肉、手
执行元件
5
希望液位 大脑
肌肉和 阀门
实际液位 水箱
眼睛
希望液位 控制器
气动 阀门
实际液位 水箱
浮子
比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能， 存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：
6
测量元件与变送器（代替眼睛）； 自动控制器（代替大脑）； 执行元件（代替肌肉、手）。 这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自 动控制系统。下图是典型控制系统方框图。
工厂自动化控制的四种典型实现方式
工厂自动化控制的四种典型实现方式工厂自动化控制是指通过计算机、传感器、执行器等技术手段实现对生产过程的全面监控和精细调控，以提高生产效率、降低成本、提升质量。
在工业生产中，有许多典型的实现方式可以实现工厂自动化控制。
第一种实现方式是基于PLC的自动化控制。
PLC是可编程控制器的缩写，它是一种集计算、控制、通信于一体的工控设备。
PLC具有灵活性高、可靠性强、操作简便等特点，广泛应用于工业自动化控制领域。
通过编写PLC程序，可以实现自动生产线上的各个工艺操作、传感器信号的采集与处理、执行器的控制等功能。
PLC的控制能力强大，适用于各种类型的工业自动化环境。
第二种实现方式是基于SCADA系统的自动化控制。
SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的缩写，即监控与数据采集控制系统。
SCADA系统通过监控工厂生产线上各个设备的状态和参数，采集数据并进行实时显示、存储、分析。
通过分析采集到的数据，可以发现生产过程中的问题并及时进行调整。
SCADA系统还可以通过远程监控功能实现对生产过程的远程控制和管理。
SCADA系统对于工厂的监测和控制具有重要意义。
第三种实现方式是基于机器视觉的自动化控制。
机器视觉是一种通过相机、传感器等设备获取物体的图像信息并进行分析处理的技术。
在工厂自动化控制中，通过机器视觉系统可以实现对产品质量的实时监测与控制。
比如，在生产线上通过机器视觉系统对产品的尺寸、颜色、形状等进行检测，如果发现产品存在缺陷，可以及时将其剔除。
机器视觉系统的应用大大提高了产品质量和生产效率。
第四种实现方式是基于机器人的自动化控制。
机器人是一种能够自主进行工作的设备，可以根据预设的程序和指令进行各种工作操作。
在工厂自动化控制中，通过机器人可以实现自动化生产线上的各个工艺操作，如装配、焊接、搬运等。
机器人具有快速、精确、无疲劳等优势，可以提高生产线的效率和质量。
通过控制机器人的动作和姿态，可以实现各种复杂的生产操作。
自动控制原理知识点
第一章自动控制的一般概念1.1 自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
•测量元件：用以测量被控量或干扰量。
•比较元件：将被控量与给定值进行比较。
•执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：•建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）•分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）•综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
◎放大元件：放大偏差信号的元件。
◎校正元件（补偿元件）：结构参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
控制系统的案例分析：分享典型控制系统的案例分析和经验总结
控制系统的案例分析：分享典型控制系统的案例分析和经验总结引言你是否经历过在生活中遇到一些需要控制和管理的系统？也许是你的家庭电器，也许是你的汽车，亦或是你的个人健康管理系统。
这些系统背后都有一套控制系统，它们通过传感器、执行器和算法来实现对系统的控制和调节。
在本文中，我们将分享一些典型的控制系统案例分析，并总结经验教训，帮助读者更好地理解控制系统的原理和应用。
什么是控制系统？在深入研究案例分析之前，让我们先来了解一下什么是控制系统。
简而言之，控制系统是一个将输入转换为输出的系统，其目标是通过控制输入来达到所期望的输出。
它由三个主要部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于感知系统的状态和环境，控制器根据输入信号制定决策并发送控制信号，而执行器根据控制信号来执行相应的动作。
控制系统的主要目标是通过实时监测和调节来保持系统的稳定性、准确性和可靠性。
在下面的案例分析中，我们将详细介绍一些具体的控制系统案例，以帮助读者更好地理解这些概念。
案例分析1：家庭温控系统假设你在冬天里呆在一个没有温控系统的房子里，你会感觉到室内温度的不断下降，直到让你感到不适。
现在，让我们来看看一个控制系统是如何帮助我们维持室内温度的。
传感器首先，我们需要一个传感器来感知室内的温度。
我们可以使用一个温度传感器，它能够实时地检测室内温度并将数据传输给控制器。
控制器控制器是整个系统的决策中枢。
基于传感器提供的数据，控制器可以判断室内温度是否过低，并决定是否需要加热。
如果室内温度低于预设值，控制器将发送控制信号给执行器。
执行器在这种情况下，执行器可以是加热器。
当控制信号被发送给加热器时，它将开始加热室内空气，使室温升高。
反馈机制为了保持室内温度的稳定，我们还需要一个反馈机制。
一种常见的做法是将室内温度传感器的数据再次传输给控制器，控制器可以根据实际温度和目标温度之间的差异来调节加热器的功率。
通过这种控制系统，我们可以保持室内温度在一个舒适的范围内，使我们感到温暖舒适。
自动化的基本原理
自动化的基本原理一、自动控制系统与理论1.(1)系统:由相互关联、相互制约、相互影响的一部分组成的具有某种功能的有机整体。
(2)控制：为改善系统性能或达到特定目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的作用。
(3)自动控制系统：能够实现自动化任务的设备，是工程技术领域的人造系统。
自动化可理解为一个设备、一个系统或一个过程，采用一系列特定的技术，在没有人参与或很少有人参与的情况下实现预期目标的运行过程或运行状态。
2.一个典型的控制系统44页图3.1.83.自动控制系统典型实例蒸汽机自动调速系统水箱液位自动控制系统水箱液位自动控制系统动画演示二级倒立摆演示嫦娥3号全程自主登录4.自动控制理论从三方面对自动控制系统进行研究系统的建模系统的分析：已知数学模型，分析系统特性控制系统的综合：已知指标要求，确定结构满足要求5.不同特色的理论和技术体系经典控制理论现代控制理论大系统理论和智能控制技术二、被控对象及数学模型建立1.被控对象：又称控制对象、受控对象。
在自动控制系统中，一般以被控制的设备或过程为对象，如反应器、精馏设备、或传热过程、燃烧过程等。
深入研究和掌握被控对象的特性和数学描述方法是设计高质量控制系统的前提和技术关键。
2.建立被控对象数学建模的基本方法（1）解析法：根据对象运用的物理、化学机理建立输入输出之间的因果关系。
此法建立的数学模型称为机理模型。
（2）实验法:把对象看为一个黑箱，通过对它施加输入信号以及由此产生的输出响应来确定模型的方法。
此法建立的模型称为辨识模型。
3.数学模型建立实例：弹簧阻尼器系统4.数学建模的若干实例：数独的数学模型与求解拥挤水房打水问题的数学模型网络问题成瘾数学模型最佳观影位置选择的数学模型三、自动控制基本原理1.自动控制系统基本性能要求一个自动控制系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状态，两个平衡状态之间的过渡过程称为动态，处于平衡状态时称为静态。
2.自动控制系统动态响应形式59页图3.3.73.自动控制系统基本性能要求稳定性：当一个实际的系统处于一个平衡的状态时，如果受到外来作用的影响时系统经过一个过渡过程仍然能够回到原来的平衡状态，称这个系统是稳定的，否则称系统不稳定。
自动控制原理总复习资料(完美)
自动控制原理总复习资料(完美)总复第一章的概念典型的反馈控制系统基本组成框图如下：输出量串连补偿放大执行元被控对元件元件件象－－反馈补偿元件测量元件自动控制系统有三种基本控制方式：反馈控制方式、开环控制方式和复合控制方式。
基本要求可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求：1.掌握运用拉普拉斯变换解微分方程的方法。
2.牢固掌握传递函数的概念、定义和性质。
3.明确传递函数与微分方程之间的关系。
4.能熟练地进行结构图等效变换。
5.明确结构图与信号流图之间的关系。
6.熟练运用梅森公式求系统的传递函数。
例1：某一个控制系统动态结构图如下，求系统的传递函数。
C1(s)C2(s)C(s)C1(s)G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)R1(s)R2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C1(s) / [1 -G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)]例2：某一个控制系统动态结构图如下，求系统的传递函数。
C(s)C(s)E(s)E(s)R(s)N(s)R(s)N(s)C(s)G1(s)G2(s)-G2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C(s) / [1 + G1(s)G2(s)H(s)N(s)]例3：i1(t)R1 i2(t)R2R(s)+u1(t) c1(t)C1 C2 r(t)I1(s)+U1(s)112+I2(s)将上图汇总得到：R1I1(s)U1(s)C1s r(t)-u(t) = i(t) R U1(s)u(t) = [i(t) - i(t)]dt Cu(t) - c(t) = i(t)Rc(t) = i(t)dtCI2(s)R2KaC(s)1C2s(b)C(s) R(s)+R1C1sR2C2s1Ui(s)1/R11/C1sIC(s)1/R21/C2s10rad/s，试求系统的传递函数、特征方程、极点位置以及阻尼比和固有频率的物理意义。
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3.2.3 自动控制系统的性能指标
⒈单项性能指标
⑴衰减比η ⑵最大（动态）偏差和超调量 ⑶稳态误差 ⑷调节时间
❖ ⒉综合指标 ❖ ⑴ 积分型指标： ➢ ①误差平方的积分(ISE) ➢ ②时间乘误差平方积分(ITSE) ➢ ③误差绝对值积分(IAE) ➢ ④时间乘误差绝对值的积分(ITAE) ➢ ⑤加权二次型性能指标 ❖ ⑵ 末值型指标 ❖ ⑶ 复合型指标
⒋按控制系统的元件特性分为非线性系统模型和线性系 统模型。 ❖ ⒌按系统参数变化分为定常系统模型和时变系统模型。
3.1.4 建立数学模型的方法
❖ 1.机理分析法
❖ 对系统各部分的运动机理进行分析，并根据它们所依 据的物理规律或化学规律，分别列出描写这些变化规 律的相应的运动方程，经过整理，从中获得所需的数 学模型。
自动控制理论从三个方面对自动控制系统进行研究和阐述：
⑴ 系统的模型 ⑵ 系统的分析 ⑶ 控制系统的综合
自动控制理论在不同时期针对不同的实际问题，提出了 不同的解决控制问题的方法，从而形成了不同特色的理 论和技术体系
(1)经典控制理论 (2)现代控制理论 (3)大系统理论和智能控制技术
3.1 控制系统与数学模型
当自动控制系统受到各种干扰(扰动)或人为要求给定 值(参考输入)改变时，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，被控量恢复到原来的稳态值 或稳定到一个新的给定值，即处于平衡状态，称为静态 或稳态。系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状 态的过程，称为过渡过程或动态过程。
自动控制系统动态过程常见形式：
3.5 比例积分微分控制
控制规则的确定是控制器设计的核心
❖⑴ 比例控制 ❖⑵ 比例+积分控制 ❖⑶ 比例+微分控制
在实际的自动控制系统中，为保持系统具有 良好的动态特性和静态特性，往往使控制器同时 具有比例、微分、积分控制作用，构成比例+积 分+微分控制，或称为P（比例）I（积分）D （微分）控制。
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ PID: Proportional-Integrel-Derivative （比例-积分-微分）
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ 按负反馈原理组成的闭环控制系统才是真正意 义上的自动控制系统，反馈控制是自动控制最 基本的形式，自动控制理论主要就是围绕反馈 控制来研究自动控制系统的。
3.4.2 扰动控制
扰动控制是一种开环控制，无法检测控制效果，因 此在工业生产中是不能单独使用的一般它和反馈控制一 起使用。另外它只能在动可以测量的情况下采用，而且 一个补偿装置只能补偿一种与之相对应的扰动。对于其 它扰动未必能起补偿作用。
3.3自动控制系统设计与实现
⒈确定控制目标 ⒉选择测量参数(被调量) ⒊操作变量的选择 ⒋控制方案的确定 ⒌选择控制算法 ⒍执行器的选择 ⒎设计报警和联锁保护系统 ⒏控制系统的调试和投运
3.4 反馈控制和扰动控制
3.4.1 反馈控制
自动控制最基本的形式，将被控量测量出来，反 馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差 信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，达到 消除或减少偏差的目的。
数学表达式，称为控制系统的数学模型。
自控制系统的数学模型是对自控制系统的行为规律的一 种数学描述,它反映了控制系统本身的特性。
3.1.2 建立控制系统数学模型的目的
❖ 建立数学模型目的是为了实现某种控制目标。
⑴ 制定工业生产过程优化操作方案。 ⑵ 制定控制系统的设计方案，为此，有时需要利用数学模
型进行仿真研究。 ⑶ 进行控制系统的调试和调节器参数的整定。 ⑷ 设计工业生产过程的故障检测与诊断系统。
⑴单调收敛过程
⑵单调发散过程
⑶衰减振荡过程
⑷等幅振荡过程
⑸发散振荡过程
3.2.2 对自动控制系统的基本性能要求
⑴ 稳定性 与稳定性相关，还可以用平稳性来衡量一个
控制系统过渡过程的好坏。 ⑵ 快速性 ⑶ 准确性
对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就 是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行 的。
一般说来，用于控制的数学模型并不要求非常准确。闭 环系统本身具有一定的鲁棒性，因为模型的误差可以视 为干扰，而闭环系统在某种程度上具有自动消除干扰影 响的能力。
3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标
3.2.1 自动控制系统的过渡过程
研究自动控制系统的过渡过程对设计、分析整定和 改进控制系统，具有重要的意义。它直接表示控制系统 质量的好坏，与工业生产中的安全及产品产量、质量有 着密切相关的联系。
❖ 2.实验辨识法
❖ 实验辨识法是人为地给系统施加某种测试信号，记录 其输出响应，取得必要的数据，经过某种数学处理后 得到的数学模型。
3.1.5 对数学模型的要求
❖ 作为数学模型，首先要求它准确可靠，但并不意味着越 准确越好应根据实际应用的情况提出适当的要求，超过 实际需要的准确性要求必然造成不必要的浪费。
⑸ 制定大型设备启动和停车的操作方案。
3.1.3 数学模型的表达形式
❖ ⒈按控制系统的连续性分为连续系统模型和离散系统模 型。
❖ ⒉按模型的结构分为输入输出模型和状态空间模型。 ❖ ⒊输入、输出模型分为时域表达形式和复数域表达形式。
❖ ⑴时域表达形式分为微分方程、差分方程和状态方程。 ❖ ⑵复数域表达形式分为传递函数、动态结构图
控制系统的输出变化情况与控制系统的输入（无论是干 扰作用还是给定作用）变化情况有关。R(t) 输入源自系统Y(t) 输出
Y(t)=F(R(t))
系统的输入变化是系统输出变化外部因素，系统本身特 性才是系统输出变化的内在因素。
3.1.1 自动控制系统的数学模型
描述控制系统输出、输入及内部各变量之间相互关系的
第3章 自动控制系统的典型控制方法
自动化教研室
3.1 控制系统与数学模型 3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标 3.3 自动控制系统设计与实现 3.4 反馈控制和扰动控制 3.5 比例积分微分控制 3.6 非线性系统的控制 3.7 最优控制 3.8 自适应控制 3.9 智能控制
自动控制理论