第一章自动控制系统概述

第一章自动控制系统概述

第一节：引言

在工业、农业、交通运输和国防各个方面，凡要求较高的场合，都离不开自动控制。所谓自动控制，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，使之按照预定的方案达到要求的指标。本书将以经典线控制理论中常用的时域分析法和频域分析法为主线，分析常见的自动控制系统的工作原理、自动调节过程，叙述系统数学模型的建立，分析系统的性能。

第二节：开环控制和闭环控制

若通过某种装置将能反映输出量的信号引回来去影响控制信号，这种作用称为“反馈”作用。

设有反馈环节的控制系统，称为闭环控制系统；不设反馈环节的控制系统，则称为开环控制系统。

由于开环系统无反馈环节，一般结构简单，系统稳定性好，成本低。开环控制的优点

当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影响输出量，而系统不能进行自动补尝。缺点

因此，在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以预计确定并能进行补尝，则应尽量采用开环控制系统。当无法预计的扰动因素使输出量产生偏差超过允许的限度时，则应考虑采用闭环控制系统。

第三节：自动控制系统的组成

一般控制系统包括：给定元件、检测元件、比较环节、放大元件、执行元件、控制对象、反馈环节（含检测、分压、滤波等单元）

第四节：自动控制系统的分类

1、按输入量变化的规律分类：

恒值控制系统——系统的输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。

随动系统——输入量是变化着，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作

出相应的变化。

过程控制系统

2、按系统传输信号对时间的关系分类：

连续控制系统——各元件的输入量与输出量都是连续量或模拟量。通常用微分方

程来描述。

离散控制系统——系统中有的信号是脉冲序列或采样数据量或数字量。通常用差

分方程来描述。

3、按系统的输出量和输入量间的关系分类：

线性系统——系统全部由线性元件组成，它的输出量与输入量间的关系用线性微

分方程来描述。重要特性：可应用叠加原理。

非线性系统——系统中存在非线性元件，要用非线性微分方程来描述。

4、按系统中的参数对时间的变化情况分类：

定常系统——系统的全部参数不随时间变化，它用定常微分方程来描述。

时变系统——系统中有的参数是时间T的函数，它随时间变化而改变。

第五节：自动控制系统的性能指标

自动控制系统的性能指标通常指：系统的稳定性、稳态性能、动态性能。

稳定性——当控制过程中出现扰动时，控制系统能通过反馈作用，重新回到原来的稳定值。

稳态性能指标——当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或受扰动重新平衡后，系统会出现

偏差，这种偏差称为稳态误差。系统的稳态误差大小反映了系统的

稳态精度。表明了系统的准确程度。

动态性能指标——当系统从一个稳态过渡到新的稳态都需要经历一段时间，亦即需要经历

一个过渡过程。表征这个过渡过程性能的指标。通常用：最大超调

量、调整时间、振荡次数来衡量。

第六节：研究自动控制系统的方法

首先，对系统进行定性分析——主要是搞清各个单元及各个元件在系统中的地位和作用，

以及它们之间的相互联系，并在此基础上搞清系统工作原理。

然后，在定性分析的基础上，可以建立系统的数学模型；

再应用自动控制理论对系统的稳定性、稳态性能、动态性能进行定量分析。

经典控制理论——建立在传递函数概念基础之上的，对单输入—输出系统十分有效。可分为：

时域分析法、频率响应法、根轨迹法。

现代控制理论——建立在状态变量概念基础之上的，适用于复杂的多输入—输入系统及变参

数非线性系统。