第一章 反馈控制原理
反馈控制系统的基本概念
控制器
控制器
被控过程
控制器
被控过程
控制器
被控过程
反馈控制系统：
前馈控制系统：
前馈---反馈 控制系统
三. 按给定值变化规律分类
t
t
t
r
r
r
恒值控制系统： 给定值不随时间变化 例 恒温，恒压系统
随动控制系统： 给定值按需求随机变化 例 雷达跟踪， 靠模加工系统
03
扰动
04
被控量
05
设定器
06
被控过程
07
传感器
08
控制器
09
按系统环节连接形式分类
10
闭环控制系统 :
11
开环控制系统：
12
第四节 自动控制系统的分类
开环控制系统举例
电 热 丝
加 热 炉
220v~
调压器
功率放大器
负载
电 位 器
M
例1.4.1 开环温度控制系统
开环控制系统特点： 1. 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2. 结构简单. 3. 控制精度不高,无法抑制扰动.
性能要求 (性能指标,约束条件)
控制器的结构和参数设计和整定
性能校核 (计算,仿真,实验)
第二节 反馈控制系统的基本概念
信息反馈-------最基本的自动控制原理 反馈控制系统的中的常用术语： 给定值（参考输入值） 偏差值 控制量 被控量 扰动量(内扰,外扰) 自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器 受控过程（受控对象） 控制系统 = 受控过程＋控制装置
----单位阶跃函数
抛物线信号（Parabolic Function）
自动控制原理复习提纲
第一章绪论1、基本概念（1）自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（被控量）自动地按预先给定的规律去运行。
（2）自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成。
（3）被控对象：指被控设备或过程。
（4）输出量，也称被控量：指被控制的量。
它表征被控对象或过程的状态和性能，它又常常被称为系统对输入的响应。
（5）输入量：是人为给定的系统预期输出的希望值。
（6）偏差信号：参考输入与实际输出的差称为偏差信号，偏差信号一般作为控制器的输入信号。
（7）负反馈控制：把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。
2、自动控制方式（1）开环控制开环控制系统指系统的输出量对系统的控制作用没有影响的系统。
它分为按给定控制和按扰动控制两种形式。
按给定控制：信号由给定输入到输出单向传递。
按扰动控制（顺馈控制）：根据测得的扰动信号来补偿扰动对输出的影响。
（2）闭环控制（反馈控制）闭环控制系统指系统的输出量与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统。
系统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，这种控制原理称为反馈控制原理。
3、自动控制系统的分类（1）按给定信号的特征分类①恒值控制系统：希望系统的输出维持在给定值上不变或变化很小。
②随动控制系统：给定信号的变化规律是事先不确定的随机信号。
③程序控制系统：系统的给定输入不是随机的，而是确定的、按预先的规律变化。
（2）按系统的数学模型分类⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪−−−→⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪−−−→⎨⎨⎪⎩⎩⎪⎪⎧−−−→⎪⎪⎪⎧⎪⎨⎪⎪−−−→⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎩分析法分析法分析法分析法时域法根轨迹法线性定常系统频域法线性系统状态空间法时域法线性时变系统状态空间法非本质非线性线性化法描述函数法非线性系统本质非线性相平面法状态空间法 （3）按信号传递的连续性划分①连续系统：系统中的所有元件的输入输出信号均为时间的连续函数，所以又常称为模拟系统。
第一章 反馈控制原理
第一章 反馈控制原理
+ + E + _
+
电位器
电 压 _ 放大器
功 率 放大器
n
Mc
_
电动机
+
负载
_
测速发电机
设上述系统原已在某个给定电压 ug 相对于的转速 n 状态下运 行，若一旦受到某些干扰（如负载转矩突然增大）而引起转速 下降时，系统就会自动地产生调整过程
第一章 反馈控制原理
闭环控制的优点——抑制扰动能力强，与开环控制 相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和 控制精度。 闭环控制的缺点——但是引入反馈增加了系统的复 杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产 生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制 理论和系统设计必须解决的重要问题。
奠定基础20世纪经典控制论3040年代奈奎斯特提出系统稳定性的频率判据奈氏图奈氏判据从时域分析转到频域分析1940年伯德在频率法中引入对数坐标系伯德图1942年哈里斯引入传递函数概念1948年伊万恩提出根轨迹分析方法1949年英国人维纳在火炮控制中发现了反馈的概念出版了控制关于在动物和机器中控制和通讯的科学发现了控制论是信息反馈与控制三个基本要素奠定了控制论的基础50年代中期添加了非线性系统理论和离散控制理论形成了完整的理论体系
自动控制理论主要研究闭环控制系统
第一章 反馈控制原理
三、自动控制系统的基本组成
1、组成
r (t )
扰动 给定 元件
＋
比较 环节 偏差 信号e
参考输入
－
串联 校正元件
＋ －
放大 元件
执行 元件
被控 对象
c(t )
输出量
主 反 馈 信 号
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。
过程控制系统第一章
锅筒
FT
开环控制的优点：
控制及时，对较频繁的主要扰
动起到补偿效果。 缺点：仅在蒸汽扰动信号对液 位有影响时，才进行补偿，对 其他影响液位的扰动无控制作 用，不能保证液位无误差。
35
FFC
省煤器
给水
开环的液位控制系统
1.2 过程控制系统简介—控制系统的组成
比较机构：比较设定值 根据偏差的正负、大小 接收控制器的输出，相 与测量值并输出其差值 及变化情况，按预定规 应地改变操纵变量 扰动 f(t) 律给出控制作用 控制器
息称为输出信号。上一环节的输出信号就是下一环节的输入信号。
6
控制理论的发展过程
复杂的工业过程难于推广现 代控制理论
大系统理论 主要方法：现代控制理论与系统理论相结合
无法广泛应用于工业过程控 制
智能控制 主要方法：人工智能（专家系统；模糊控制；人工神经网 络控制）与自动控制的结合
7
1.1 控制理论与过程控制系统的发展状况
过程控制发展概况
• 20世纪40年代前后，处于手动状态，从50年代前后开 始，划分为如下几个阶段： • 50年代前后——第一阶段，实现了仪表和局部自动化， 主要特点： (1) 仪表为气动式，普遍采用基地式仪表和部分单元组 合仪表； （2）单输入单输出系统； （3）被控参数主要是温度、压力、流量、液位； （4）控制的目的是保证参数稳定，消除或减小扰动； （5）控制理论：频率法和根轨迹法。
18
智能交通物联网
19
1.2 过程控制系统简介
请描述一下驾驶员如何驾驶汽车？
20
1.2 过程控制系统简介
• 请描述一下家庭热水器如何工作？
温度调节装置
控制器
加热棒
控制工程基础(第一章)
§1-3 自动控制系统的基本概念
一.自动控制系统工作原理
（1）人工控制系统：如图，人工控制恒温箱。
北京工业大学机电学院 图2 人工控制恒温箱
§1-3 自动控制系统的基本概念
人工观察温度计测得的恒温箱温度，与要求的温度 进行比较，若恒温箱温度高于要求的温度，移动调压器 使电阻丝电流减小以降低恒温箱温度；若恒温箱温度低 于要求的温度，移动调压器使电阻丝电流增加以升高恒 温箱温度。
2.最优控制——系统已确定，确定系统的输入，已使输 出尽可能符合给定的最佳要求；
3. 最优设计——输入已知，确Fra bibliotek系统，以使输出尽可能 符合给定的最佳要求；
4. 滤波与预测——输出已知，确定系统，以识别输入或 输出中的有关信息；
5. 系统辨识——输入、输出均已知，求系统的结构和参 数，也即建立系统的数学模型
§1-1 概述
控制论是自动控制、电子技术、计算机科学等多学科相 互渗透的产物：
20世纪40年代酝酿形成，1948年，维纳（Wiener） 《控制论》出版，标志着该学科的诞生；
50年代蓬勃发展，一方面，火药、导弹的控制技术， 以及数控、电力、冶金自动化技术得到极大发展，另一方面， 控制理论也逐渐成熟；
控制工程基础
第一章 绪论
控制理论 控制理论在机械制造中的作用 自动控制系统的工作原理 反馈控制系统的基本组成 自动控制系统的基本类型
北京工业大学机电学院
§1-1 概述
控制工程基础课程：阐述有关自动控制技术的基础理论
自动控制： 没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控制
对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 例如：数控机床、焊接机器人、温度控制系统
北京工业大学机电学院
工业自动化控制技术手册
工业自动化控制技术手册第一章引言工业自动化控制技术是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分。
随着科技的发展和工业化程度的提高，自动化控制技术在生产过程中起到了至关重要的作用。
本手册将介绍工业自动化控制技术的基本概念、原理和应用。
第二章工业自动化控制系统2.1 控制系统概述2.1.1 控制系统定义工业自动化控制系统是指通过传感器、执行器和控制器等器件对工业过程进行实时监测和控制的系统。
2.1.2 控制系统分类根据控制方式的不同，可以将工业自动化控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统；根据结构的不同，可以将其分为单变量控制系统和多变量控制系统。
2.2 控制系统组成2.2.1 传感器传感器是控制系统中的输入设备，用于将被控对象的状态转化为电信号或其他形式的信号，以供控制器进行处理。
2.2.2 执行器执行器是控制系统中的输出设备，通过控制信号来实现对被控对象的工作状态调节。
2.2.3 控制器控制器是控制系统中的核心部分，其根据传感器反馈的信号进行数据处理和决策，并通过执行器输出控制信号，以实现对被控对象的控制。
第三章工业自动化控制技术原理3.1 反馈控制原理反馈控制原理是工业自动化控制系统中常用的一种控制方法。
其通过对传感器采集到的被控对象状态进行反馈，实时调整控制信号，使系统能够自动调节工作状态。
3.2 比例-积分-微分控制（PID控制）PID控制是一种经典的控制方法，其通过对误差的比例、积分和微分进行调节，使得系统输出信号能够更好地逼近设定值。
3.3 控制策略选择在工业自动化控制中，根据被控对象的性质和工艺要求等因素，选择合适的控制策略对于实现良好的控制效果至关重要。
常见的控制策略包括模糊控制、遗传算法优化控制等。
第四章工业自动化控制技术应用4.1 工业自动化控制在制造业中的应用工业自动化控制技术在制造业中广泛应用，如在自动化生产线、智能仓储系统、机器人等方面的应用，大大提高了生产效率和产品质量。
4.2 工业自动化控制在能源领域中的应用工业自动化控制技术在能源领域的应用，如在电力系统、石油化工等领域的自动化控制，大大提高了能源生产的效率和安全性。
自动控制原理胡寿松第一张
时间离散：系统中存在某些信号，仅在特定旳时间点上有定义。 离散系统描述旳特点：用差分方程来描述。
•非线1-4 对自动控制系统旳基本要求
1.基本要求旳提法 2.经典外作用
怎样评价系统？
•基本要求旳提法
1.稳定性：系统在没有外加信号鼓励条件下，能否最终停留在一种 固定旳位置上。
位置测量
•电阻炉微型计算机温度控制系统
控制目旳：电炉温度在设定旳范围内。 工作原理：电阻丝经过晶闸管主电路加热。温度依托电阻丝中旳电
流大小来调整。
温度检测：热电偶。 控制器：微型计算机。 计算机控制器特点：微型计算机采用数字量，按节拍工作。
设定温度
微型计算机
D/A转换
晶闸管
炉温
电阻丝
A/D转换
热电偶
•锅炉液位控制系统
控制目的：锅炉内水位在设定范围（进水量与蒸发水量平衡）。
调整量：经过调整进水阀门开赌旳大小，变化进水量。 工作原理：由液位测量装置（变送器）测出液位信号，与设定值比
较，若液位降低，则加大阀门开度，反之则减小。
设定水位
调整器
阀门
干扰 水位
锅炉
液位测量
§1-3 自动控制系统旳分类
1.线性连续控制系统 2.线性定常离散控制系统 3.非线性控制系统
1.函数统计仪 2.飞机自动驾驶仪 3.电阻炉微型计算机温度控制系统 4.锅炉液位控制系统
•函数统计仪
控制目的：纪录笔按要求到达要求位置。
控制量：纪录笔位置。 控制对象：纪录笔。
纪录笔运动原理：给定一种电压信号，设定位移量。在输入作用下 开启电机，带动齿轮、绳系，拖动纪录笔运动。
位置精度考虑：为了使纪录笔能精确到达指定位置，应将纪录笔旳 位置测量出来，用来反馈。
自动控制原理(第一章)
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
① 恒值控制系统
系统的输入量是一个常值，要求被控量也等于一个 系统的输入量是一个常值，要求被控量也等于一个 一个常值 常值。 常值。 基本任务：当出现扰动时， 基本任务：当出现扰动时，使得系统的输出量保持 恒定的希望值。 为恒定的希望值。
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
1-1 自动控制的基本原理
1） 自动控制技术及其应用 ）
控制器 自动控制(Automatic Control)是指在没有人直接参 是指在没有人直接参 自动控制 是指在 的情况下， 机器、 与的情况下，利用外加的设备和装置，使机器、 设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动地 按照预定的规律运行。 按照预定的规律运行。
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统 飞机 自动驾驶仪系统 电阻炉微型计算机温度控制系统 锅炉液位控制系统
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
1-3 自动控制系统的分类
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
2）快速性 ）
对控制系统过渡过程的时间的要求。 对控制系统过渡过程的时间的要求。
期望 温度
大脑
手 眼睛
调压器
恒温箱
经典控制理论——第一章
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.自动控制技术及其应用
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 按照预定的规律运行。
2．自动控制理论 自动控制理论是研究自动控制共同规律的 技术科学。 发展：1）以传递函数为基础的经典控制理 论，它主要研究单输入—单输出、 线性定常系统的分析和设计问题。 2）现代控制理论。它主要研究具有高 性能、高精度的多变量变参数系统的 最优控制问题，主要采用的方法是以 状态为基础的状态空间法。 3）以控制论、信息论、仿生学为基础 的智能控制理论。
(3)复合控制方式 把按偏差控制与按扰动控制结合起 来，对于主要扰动采用适当的补偿装置 实现按扰动控制，同时，再组成反馈控 制系统实现按偏差控制，以消除其余扰 动产生的偏差。这种按偏差控制和按扰 动控制相结合的控制方式称为复合控制 方式。图1—7表示一种同时按偏差和扰 动控制电动机速度的复合控制系统原理 线路图和方块图。
3．非线性控制系统
系统中只要有一个元部件的输入— 输出特性是非线性的，这类系统就称为 非线性控制系统，这时，要用非线性微 分(或差分)方程描述其特性。非线性方程 的特点是系数与变量有关，或者方程中 含有变量及其导数的高次幂或乘积项， 例如
t y t y t y y
采用教材
参考文献目录
主要参考书：
《自动控制原理》 胡寿松主编, 科学出版社
《自动控制原理》
《自动控制原理》 《自动控制原理》
顾树生、王建辉主编, 冶金工业出版社
吴 麒主编， 清华大学出版社 国防工业出版社
李友善主编，
自动控制原理课后习题答案
du3 (t) dt
(R1C2
1)u3 (t)
R1R2C1C2
d 2V (t) dt 2
(R1C1
R2C2
R1C2 )
dV (t) dt
( R1C2
1)V (t)
G(S ) u3 (s) R1R2C1C2 S 2 (R1C1 R2C2 R1C2 )S (R1C2 1)
V (s)
R1R2C1C2 S 2 (R1C1 R2C2 )S (R1C2 1)
第三章：作业3.5
试用Routh稳定判据判断下列（a）（b）（c）(d)(e)特征方程描述的系统的稳 定性，若不稳定说明右半复数平面或虚轴上的根的个数。
解:(a) s5+6s4+3s3+2s2+s+1=0
1
3
6
2
16
5
2
16
-1
-(1/-1)×1×16=16
1 1
一行同乘分母6 一行同乘分母16 一行同乘2/246
没有互不接触回路: ∑LbLc = ∑LdLeLf = ···=0 特征式：△(s)=1-[L1 + L2+ L3]=1+G2(s) G3(s)G6(s)+G3(s) G4(s)G5(s)+ G1(s) G2(s) G3(s) G4(s) G7(s) 余子式：△1 (s)=1
H(s)=y(s)/u(s)= Q1(s)/ △(s)
的控制方法。
• 反馈控制原理-通过反馈信息形成反馈控制作用的原理，称为反馈控制原理。
3、反馈控制系统的基本构成及特点？
简答：反馈控制系统由被控对象和控制器两大部分组成。
控制器又主要由以下基本元件构成：
机械工程控制基础知识点整合
第一章绪论1、控制论的中心思想、三要素和研究对象。
中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。
三要素：信息、反馈与控制。
研究对象：研究控制系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
2、反馈、偏差及反馈控制原理。
反馈：系统的输出信号部分或全部地返回到输入端并共同作用于系统的过程称为反馈。
偏差：输出信号与反馈信号之差。
反馈控制原理：检测偏差，并纠正偏差的原理。
3、反馈控制系统的基本组成。
控制部分：给定环节、比较环节、放大运算环节、执行环节、反馈（测量）环节被控对象基本变量：被控制量、给定量（希望值）、控制量、扰动量（干扰）4、控制系统的分类1）按反馈的情况分类a、开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制作用，即系统没有反馈回路时，该系统称开环控制系统。
特点：结构简单，不存在稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。
b、闭环控制系统：当系统的输出量对系统有控制作用时，即系统存在反馈回路时，该系统称闭环控制系统。
特点：抗干扰性能强，控制精度高，存在稳定性问题，设计和构建较困难，成本高。
2）按输出的变化规律分类自动调节系统随动系统程序控制系统3）其他分类线性控制系统连续控制系统非线性控制系统离散控制系统5、对控制系统的基本要求1）系统的稳定性：首要条件是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
2）系统响应的快速性是指当系统输出量与给定的输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的能力。
3）系统响应的准确性（静态精度）是指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差大小。
第二章系统的数学模型1、系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。
时域的数学模型：微分方程；时域描述输入、输出之间的关系。
→单位脉冲响应函数复数域的数学模型：传递函数；复数域描述输入、输出之间的关系。
频域的数学模型：频率特性；频域描述输入、输出之间的关系。
2、线性系统与非线性系统线性系统：可以用线性方程描述的系统。
自动控制原理
3、数学模型有多种形式，常用的有：
微分方程，差分方程，状态方程，传 递函数，结构图，频率特性等，
本章主要研究： 传递函数结构图和微分方程。
§2－1 控制系统的时域数学模型
本节着重研究描述线性、定常、集中参 数控制系统微分方程的建立和求解方法。 一、线性元件的微分方程： 1、举例：为了说明线性元件微分方程的建立过
它是一个二阶常系数的微分方程。 注意：①、②都是一个二阶常系数的微分方程。 即数学模型相同。
③ 电枢控制的直流电动机
例2－2 电枢控制的直流电动机如下图所示，试列写出 电枢电压Uo（t）为输入量，以Uo为输出量，电动机 转速Wm为输出量的微分方程 ：
解：已知：Uo－输出量 Ra－电枢电阻
Wm－输出量 La－电枢电感
工程应用中由于很小，通常可忽略不计，这样
其中：
电动机机电时间常数
电动机传递系统 为电动机的负载力距是扰动 如果电枢电阻和电动机转动惯量都很小面忽略不计时进 一步可写为： 这时电动机的转速正比与电枢电压 于是电动机可作为测速发动机使用。
③
弹簧－质量－阻尼系统 例2－3，具体内容见课本P22－P26页
差将随时间的增长而发散，因此，不稳定的控制 系统无法实现预定的控制任务。
2、快速性：
即控制系统过渡过程（从一个稳定到另一 个稳定的过程）的快慢程度，对控制系统而言， 其过渡过程越快越好。
3、准确性：
理想情况下，当过渡过程结束后，被控制量 达到的稳态值（即平衡状态）应与期望值一致， 但实际上，由于系统结构，外作用形成以及摩擦、 间隙等因素影响，被控制量与期望值之间会有误 差存在，称为稳态误差。稳态误差描述了控制系 统的准确性。
自动控制原理
课题：自动控制系统的一般概念
自动控制原理各章知识精选全文完整版
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
人力资源开发与管理(张德) 知识重点
第一章人力资源导论人力资源含义：人力资源是指能够推动整个经济和社会发展的劳动者的能力，即处在劳动年龄的已直接投入建设和尚未投入建设的人口的能力。
实质：具有劳动能力的人，强调人的劳动能力。
（不仅仅是数量概念，更强调质量）包括数量和质量两个指标、宏观和微观两个层面。
人力资源的特点生物性、能动性、动态性、再生性、智力型、社会性人力资源开发与管理的含义1.对人力资源外在要素——量的管理即根据人力和物力及其变化，对人力进行恰当的培训、组织和协调，使二者经常保持最佳比例和有机结合，使人和物都充分发挥出最佳效应。
2.对人力资源内在要素——质的管理即对人的心理和行为的管理，具体而言就是采用现代化的科学方法，对人的思想、心理和行为进行有效管理（包括对个体和群体的思想、心理、行为的协调、控制与管理），充分发挥人的主观能动性，以达到组织目标。
人力资源开发与管理的专业模块1.人力资源管理的战略基础2.组织结构设计和职位分析与设计3.人力资源规划4.招募与甄选5.绩效管理6.薪酬管理7.培训与开发8.胜任素质模型9.员工关系管理人力资源开发与管理的特点综合性、实践性、发展性、民族性、社会性人力资源开发与管理的目标和任务1.取得最大的使用价值人的使用价值达到最大=人的有效技能最大地发挥人的有效技能=人的劳动技能ｘ适用率ｘ发挥率ｘ有效率其中：适用率=适用技能/拥有技能（即是否用其所长）发挥率=耗用技能/适用技能（即干劲如何）有效率=有效技能/耗用技能（即效果如何）2.发挥最大的主观能动性影响人的主观能动性发挥的三个因素：○1基本因素——价值标准和基本信念○2实际因素——现实的激励因素○3偶发因素3.培养全面发展的人人事矛盾运动规律1.人与事之间量的关系：定编定岗定额2.人与事之间质的关系：按人的才能分配岗位3.人与人之间的关系：上下级、同事、与客户、与公众4.事与事之间的关系：工作事务、部门沟通5.人与组织的关系：个人目标与组织目标6.组织与环境之间的关系：外部性、环境适应性韦尔奇的员工管理○1把员工分为优秀的20%,普遍的70%,不胜任的10%。
控制工程基础习题解答1
控制工程基础习题解答第一章1-1．控制论的中心思想是什么？简述其发展过程。
维纳（N.Wiener）在“控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学”中提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三个要素，这就是控制论的中心思想控制论的发展经历了控制论的起步、经典控制理论发展和成熟、现代控制理论的发展、大系统理论和智能控制理论的发展等阶段。
具体表现为：1．1765年瓦特（Jams Watt）发明了蒸汽机，1788年发明了蒸汽机离心式飞球调速器，2．1868年麦克斯威尔（J.C.Maxwell）发表“论调速器”文章；从理论上加以提高，并首先提出了“反馈控制”的概念；3．劳斯（E.J.Routh）等提出了有关线性系统稳定性的判据4．20世纪30年代奈奎斯特（H.Nyquist）的稳定性判据，伯德（H.W.Bode）的负反馈放大器；5．二次世界大仗期间不断改进的飞机、火炮及雷达等，工业生产自动化程度也得到提高；6．1948年维纳（N.Wiener）通过研究火炮自动控制系统，发表了著名的“控制论—关于在动物和机器中控制和通讯的科学”一文，奠定了控制论这门学科的基础，提出了控制论所具有的信息、反馈与控制三要素；7．1954年钱学森发表“工程控制论”8．50年代末开始由于技术的进步和发展需要，并随着计算机技术的快速发展，使得现代控制理论发展很快，并逐渐形成了一些体系和新的分支。
9．当前现代控制理论正向智能化方向发展，同时正向非工程领域扩展（如生物系统、医学系统、经济系统、社会系统等），1-2．试述控制系统的工作原理。
控制系统就是使系统中的某些参量能按照要求保持恒定或按一定规律变化。
它可分为人工控制系统（一般为开环控制系统）和自动控制系统（反馈控制系统）。
人工控制系统就是由人来对参量进行控制和调整的系统。
自动控制系统就是能根据要求自动控制和调整参量的系统，系统在受到干扰时还能自动保持正确的输出。
它们的基本工作原理就是测量输出、求出偏差、再用偏差去纠正偏差。
电子科技大学自动控制原理上部课件-吴小娟
RC
du1 dt
+ u1
R1R2C
du2 dt
+ (R1
+
R2 )u2
=
R2u1
自动 控制原理上部
2.2传递函数：
2.2.1 传递函数的定义
系统的动态方程：
•
c(n) (t) + a1c(n−1) (t) + a2c(n−2) (t) + + an−1 c(t) + anc(t)
•
= b0r (n) (t) + b1r (n−1) (t) + + bn−1 r(t) + bnr(t)
其中，ai 、bi 是常数，r(t) 是输入信号，c(t) 是输出信号
并且输入输出信号的初始值为零，则对输入输出信号做拉氏 变换得到
G(s)
=
C(s) R(s)
=
sn
b0 s n
+
b1s n −1
++
bn−1s
+
bn
+ a1sn−1 + a2sn−2 + + an−1s +
an
School of Automation Engineering
∴C(s) = G(s)
c(t) = L−1[G(s)] = g(t)
系统的输出信号：
c(t) = g(t) ∗ r(t)
School of Automation Engineering
自动 控制原理上部
3.1.3 系统的时间响应
c(t) = L−1[C(s)]
C(s)的每一个极点都对应于c(t)中一个时间响应项
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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§1-3 闭环控制系统举例
机尚未启动，则有Δu=K（θ11-θ10）〉0，ua〉0，在ua作用 下，电动机经减速器拖动负载向正方向转动，同时通过机械轴 带动电位器W2的滑动端向正方向转动，使θ2增加，直至达到 θ2=θ1=θ11时，又出现Δu=0，ua=0，电动机重新停止下来，平 衡在新的位置上。若θ11<θ10，则控制过程方向相反。这样便完 成了θ2跟踪θ1的任务。位置控制系统的信号传递方框图示于 图1-7。 例1-4 离心调速器 瓦特发明的蒸汽机离心调速器原理图示于 图1-10。它的工作原理是，当蒸汽机带动负载转动的时候，同 时通过传动机构带动一对飞球1转动，飞球1通过杠杆5拨动套管
线性系统中各元件的静特性应为直线，如图1-19所示。 线性系统有两个重要特性——叠加性和均匀性。 i）叠加性 当系统同时存在几个输入量时，其输出量等于 个输入量单独作用时所引起的输出量之和。
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§1-5 自动控制系统的分类
ⅱ）均匀性 当输入量增大或缩小k(k为实数）倍时，系统 输出量也按同一倍数增大或缩小。
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§1-2 反馈控制原理
闭环控制及系统有如下特点： 1）闭环系统除有输入量（给定值）的作用之外，还有输出 量对系统的反馈作用。这样，信号在系统中构成闭合回路，并 在闭合回路中周而复始的循环。 2）闭环系统的真正控制作用是由输入量与反馈量比较之后 所产生的偏差（电压Δu），或者更确切地说是这个偏差经放大 变换的信号（电压ua），这个控制作用控制着被控装置（电动 机）所要求的物理量（转速ω),使其力图按照给定规律变化。 因此与开环系统比较，闭环系统有较高的抗干扰(包括系统中某 些参数的变化）能力。
值得注意的是，被测量的钢板厚度b和轧辊出的厚度a不 同，a要经过时间τ=d/ν才被测量，其中d为轧辊和厚度计之间 的距离，v为所轧制钢板的运动速度，τ称为延迟时间。考虑到 测量延迟以后的系统信号传递方框图示于图1-17。
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§1-4 自动控制系统的组成及常用术语
图1-18为反馈控制系统的一般方框图。 一、系统组成
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§1-5 自动控制系统的分类
一、按输入信号特征分类 1.恒值控制系统 如果系统的输入量是常数，并要求在干扰作
用下，其输出量在某一希望值附近做微小变化，则这类系统称 为恒值控制系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高 度等自动控制系统属于这一类。
2.程序控制系统 如果系统的输入量是已知的时间函数（不是 常数），则这类系统成为程序控制系统。如热处理炉温度控制 系统的升温、保温、降温过程都是按照预先设定的规律进行控 制的，这个系统属于程序控制系统。
第一章 反馈控制原理
§1-1 引言 §1-2 反馈控制原理 §1-3 闭环控制系统举例 §1-4 自动控制系统的组成及常用术语 §1-5 自动控制系统的分类 §1-6 自动控制系统的性能指标
§1-1 引言
1784年瓦特发明的第一个蒸汽机离心调速器是真正的工业 上应用自动控制的例子，它的作用是当负载或其他因素是蒸汽 机的转速发生变化时，以维持蒸汽机的转速基本保持不变。
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§1-5 自动控制系统的分类
系统。 2）离散系统 在系统中只要有一个地方的信号是脉冲序列或
数字编码时，这类系统就成为离散系统。离散系统的特点是信 号在特定离散时刻t1、t2、t3…tu是时间的函数，而在上述离 散时刻之间，信号无异议，如图1-21所示。离散系统的运动规 律用差分方程描述。
3.定常系统和时变系统 1）定常系统 如果系统中的参数不随时间变化，则这类系统 称为定常系统。 2）时变系统 如果系统中的参数是时间t的函数，则这了系 统称为时变系统。
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§1-6 自动控制系统的性能指标
一、稳定性 自动控制系统是按照负反馈原理构成的闭环系统，系统的
输出量反馈回来又加到系统的输入端。这样，信号在系统中周 而复始的循环着。如果系统的结构参数选择的不合理，当系统 受到干扰后，输出量就可能出现增幅振荡或单调增长现象（ 图1-22），这种现象称为系统不稳定。如果系统自动地控制干 扰而不产生增幅振荡或单调发散运动，则这个系统就称稳定的 系统。显然，要想使系统正常工作，必须满足稳定性的要求。 系统稳定是系统正常工作的起码条件。 二、过渡过程指标
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§1-3 闭环控制系统举例
2上下滑动，在套管2的下面装有平衡弹簧3，套筒另一端通过杠 杆6调节供汽阀门4。在蒸汽机正常运转时，飞球1产生的离心力 与弹簧3的反力相平衡，阀门3处于某一平衡位置上。如果由于 负载变化使蒸汽机转速n增加，则飞球1因离心力增加而上升， 杠杆5拨动套管2下降，并且通过杠杆减小供汽阀门的开口，从 而使蒸汽机的转速n下降。同理，如钩由于负载变化使蒸汽机的 转速n下降，则飞球1因离心力减小而下降，杠杆5拨动套筒2上 升，并通过杠杆增加供汽阀门的开口，使蒸汽机的转速n上升。 这样离心调速器自动地抵制负载变化对转速的影响，使转速n保 持在某一给定范围之内。
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§1-3 闭环控制系统举例
在这个系统中，被控制的物理量使蒸汽机的转速n。当蒸汽 机正常运转时，套管2的设置高度h1代表所要求的转速，而其实 际高度h2反映了蒸汽机的实际转速n.当蒸汽机转速变化时，h2随 之变化，其差值Δh=h1-h2反映了蒸汽机要求转速与其实际转速 的差值，Δh控制供汽阀门，使转速向要求值方向变化。根据这 一原理画出信号传递方框图示于图1-11，图中“”表示信号比 较器，“-”号表示负反馈，即Δh=h1-h2 。 例1-7 钢板厚度控制系统 在轧钢过程中，对所扎钢板的厚度有 一定要求，图1-16示出在轧钢过程中的钢板厚度控制系统原理 图。它的工作原理是，给定电压u1比例于被轧钢板所要求的厚
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§1-3 闭环控制系统举例
例1-2 位置控制系统 图1-6示出位置控制系统原理图，它与 图1-4所示的电动机转速控制系统相比，反馈元件由电位器代替 测速发电机，并在电动机与负载之间增加减速器，其它元件都 一样。
位置控制系统的工作原理是，电位器W1给出被控装置的要 求转角θ1，电位器W2测量出被控装置的实际转角θ2，W1和W2组 成点窍，两电位器的滑动点输出电压Δu比例于θ1和θ2的差 值，即Δu=K（θ1-θ2），其中K为电位器电桥的电压-转角比例 系数。设开始时，θ2=θ1=θ10，Δu=0，ua=0，电动机静止不 动；若W1给一个新的位置，θ1=θ11，并且θ11〉θ10，由于电动
§1-4 自动控制系统的组成及常用术语
5）比较元件——用以比较参考输入和主反馈信号，并产生反 映其差值的元件。
6）放大变换元件——把偏差信号放大并进行能量形式转换以 适应执行元件要求的元件。 二、常用术语及符号
1）输入量（指令）v(t)——来自反馈系统之外的对系统所施 加的控制作用。
2）参考输入r(t)——输入元件的输出，它是系统的实际输入 量。
3.随动系统 如果系统的输入量是未知的时间稀疏，并要求输 入量精确地随输入量变化，则这类系统称为随动系统。如雷达
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§1-5 自动控制系统的分类
天线跟踪系统，当所跟踪目标位置未知时属于这类系统。 二、按所使用的数学方法分类
1.线性系统和非线性系统 1）线性系统 自动控制系统是一个动态系统，它的运动规律 通常可用微分方程或差分方程来描述。当系统的运动规律用线 性微分方程或线性差分方程描述是，则这类系统称为线性系 统。
开环控制系统的特点是结构简单，而缺点是抗干扰能力 差，如负载的变化、放大器的零点漂移对电动机转速ω都会有 一定影响。依次这个系统的实际控制特性将如图1-2曲线②那 样，在直线①上下波动。
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§1-2 反馈控制原理
二、闭环控制
为了克服开环系统抗干扰能力差的缺点，可采用闭环控 制。直流电动机转速闭环控制系统原理图示于图1-4。同图1-1 比较，在图1-4中增加了直流测速发电机，直流测速发电机的轴 和电动机的轴机械连接。当电动机在电压ua作用下转动时，测 速发电机电枢两端产生一个比例与转速ω的电压u2，并把u2引 回到放大器的输入端，u2称为反馈电压。反馈电压u2与来自电 位器的电压u1进行比较，其差值Δu加入放大器，这种反馈为负 反馈。Δu经放大器放大为ua,ua控制电动机转速ω的变化。
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பைடு நூலகம்
§1-2 反馈控制原理
θ2、θ3、…θn，对应得到稳定下来的电动机转速ω等于 ω2、ω3、…ωn。这就是说，电动机转速ω可有电位器滑动点 的转角θ来控制，ω随θ的变化关系示于图1-2曲线①。由曲线 ①可以看出，电动机转速ω岁电位器滑动点转角θ的控制特性 是一条直线，而直线的斜率与原件特性及电源电压E有关。
经典控制理论和现代控制理论构成了全部的控制理论。控 制理论的发展进一步促进自动控制技术和其他学科的发展。现 在自动控制技术及理论已经普遍应用于机械、冶金、石油、化 工、电力、航空、航海、宇航、核反应堆、工业管理及生物学 等各个科学领域，并为各学科之间的相互渗透起了促进作用。
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§1-2 反馈控制原理
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§1-3 闭环控制系统举例
度，而厚度检测计给出的电压u2比例于轧制后钢板的实际厚度， 由于电压u2很小，需要进行放大，u2经放大器2放大后的电压u3 与u1比较，产生差值电压Δu=u1-u3,Δu经放大器1放大为ua，ua 控制着直流电动机转动，减速器和直接执行器把电动机的高速 旋转运动变成缓慢的直线位移，以调节二轧辊之间的距离，从 而控制被轧制钢板的厚度a.这样，实现了闭环控制。
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§1-2 反馈控制原理
图1-5示出图1-4系统的信号传递方框图。由图1-5可以看 出，除了有输入量θ变换成电压u1，u1经放大器放大为ua去控制 电动机转速ω的信号之外，还有输出量ω经测速发电机变换成 电压u2，并反馈到放大器输入端的信号。这样，信号在系统中形 成闭合回路。我们把这种系统，即输出对控制作用有影响的系 统，称为闭环控制系统或反馈控制系统，这种控制方式称为闭 环控制或反馈控制。