自动控制原理一般概念讲解..
考研自动控制原理
考研自动控制原理自动控制原理是控制理论的基础，是现代科学技术中的一门重要学科。
它研究有关系统在给定条件下自动实现某种特定控制要求的方法和技术，广泛应用于各个领域，如机械、电子、通信、航空等。
本文将从自动控制原理的基本概念、主要方法和应用实例三个方面进行探讨。
一、自动控制原理的基本概念1. 控制系统控制系统是由一组元件组成的，能够对某个过程或系统进行控制的网络。
它由输入、输出、控制器和被控对象组成，输入是控制系统接收的命令或指令，输出是控制系统产生的相应响应，控制器是控制系统的核心，用于生成控制信号，而被控对象是受控制的物理对象或过程。
2. 反馈反馈是控制系统中的一种重要机制，它通过测量控制对象的输出来调整控制器的输入，以实现对控制对象的精确控制。
反馈机制可以分为正反馈和负反馈两种形式，其中负反馈是应用最广泛的一种，可以实现对系统输出误差的校正。
3. 控制系统性能指标性能指标是用于评价控制系统性能好坏的定量指标。
常见的性能指标包括稳态误差、超调量、响应时间等，通过对这些指标的分析和优化可以提高控制系统的稳定性和动态性能。
二、自动控制原理的主要方法1. 传递函数法传递函数法是一种常用的分析和设计控制系统的方法。
通过建立系统输入和输出之间的传递函数，可以研究系统的频率响应、稳定性和性能等问题。
传递函数法在上世纪40年代被提出，至今仍然被广泛应用。
2. 状态空间法状态空间法是一种用状态变量描述系统动态行为的方法。
通过将系统转化为状态方程，可以研究系统的稳定性、可控性、可观性等性质。
状态空间法在控制系统设计中具有重要的理论和实际意义。
3. 根轨迹法根轨迹法是一种用图形分析法研究系统稳定性和性能的方法。
通过对极点和零点的变化轨迹进行分析，可以判断系统的稳定性，并通过调整系统参数来改善系统的性能。
三、自动控制原理的应用实例1. 温度控制系统温度控制系统是自动控制原理在实际应用中的典型例子。
通过传感器感知环境温度，并通过控制器对加热或制冷装置进行控制，实现对温度的精确控制。
自动控制原理概念最全整理
自动控制原理概念最全整理自动控制原理是研究系统和设备自动控制的基本原理和方法的学科领域。
它主要包括控制系统的基本概念、控制器的设计和调节、稳定性、系统传递函数、校正方法、系统的自动调节、闭环控制与开环控制等内容。
以下是对自动控制原理的概念的全面整理。
1.自动控制的基本概念自动控制指的是通过一定的控制手段，使控制系统能够根据设定的要求，对被控对象进行准确稳定的控制。
自动控制系统由输入、输出、控制器、执行机构和被控对象组成。
2.控制器的设计和调节控制器是自动控制系统中的核心部分，它接收输入信号并计算输出信号，以实现对被控对象的控制。
控制器的设计和调节包括选择合适的控制算法和参数调节方法。
3.稳定性稳定性是指系统在外部扰动或内部变化的情况下，仍能保持预期的输出。
稳定性分为绝对稳定和相对稳定，通过研究系统的稳定性可判断系统是否具有良好的控制性能。
4.系统传递函数系统传递函数是表征系统输入与输出关系的数学模型，它可以描述系统动态行为和频率响应特性。
通过系统传递函数可以进行系统分析和设计。
5.校正方法校正方法是指通过校正装置对被控对象的特性进行矫正，以提高系统的控制性能。
常见的校正方法包括开环校正和闭环校正。
6.系统的自动调节系统的自动调节是指通过自动调节装置，根据系统的输出信号和设定值之间的差异进行调节，以实现系统输出的稳定和准确。
7.闭环控制与开环控制闭环控制是指根据系统的反馈信号来调整控制器输出的控制方式，它具有较好的稳定性和抗干扰能力。
开环控制是指根据设定值直接进行控制，不考虑系统的反馈信号。
闭环控制和开环控制都有各自的适用范围和优劣势。
自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它在自动化生产、航空航天、机械制造、交通运输、电力系统等领域都有广泛应用。
通过深入理解和应用自动控制原理，可以提高系统的效率、准确性和稳定性，实现自动化生产和智能化控制。
自动控制原理--第1章 自动控制理论的一般概念
1-3 典型控制系统
恒值系统：
也称镇定系统。输出量以一定的精度等于 给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢， 扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产 过程中，这类系统非常多。例如：恒温系统， 恒压系统等。
例 锅炉空气预热器密封间隙控制系统
系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算 机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调 整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定的目的。
u
~220V
开关闭合后，不同 的输入电压u对应于 不同的温度t。
炉温开环控制系统
扰动量
输入量 (电源 )
开关
加热电 阻丝
控制装置
电炉恒 温箱
受控对象
输出量 (温度)
炉温开环控制系统方框图
扰动
给定值
控制器
被控制 对象
典型开环控制的方框图
输出量
系统框图帮助理解系统的构成和性质
开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制扰动.
第1章 自动控制理论的一般概念
1-1 自动控制发展史 1-2 自动控制的基本方式 1-3 典型控制系统 1-4 对于自动控制系统的要求
1-1 自动控制发展史
经典控制理论（20世纪40年代及其以前）
主要研究单输入单输出线性定常系统 时域、频域和复域分析和设计问题。
现代控制理论（20世纪60年代）
主要研究多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统 分析和设计问题；最优控制问题。
(c)
五、复合控制
它是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
自动控制原理一般概念讲解
调节器轴 套环
图1.1 飞球调节器原理图
没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！
• 飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度 振荡。其它自动控制系统也有类似现象。
• 由于当时还没有自控理论，所以不能从理 论上解释这一现象。为了解决这个问题， 盲目探索了大约一个世纪之久。
13
自动控制理论的开端
• 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指 出：
信号与系统 电路理论 电机与拖动
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
课程学习要面临：
数学基础宽而深、 控制原理抽象、 计算复杂且繁琐、 绘图困难、
ax2 bx c d
计算机数学语言 MATLAB
数值解/解析解（数学运算）
控制理论的内容
2)、线性系统：自适应控制、最优控制、最佳估计、 容错控制、系统辨识、集散控制、大系统复杂 系统
3)、智能控制：专家系统、模糊控制、神经网络、 遗传算法
第一章 自动控制令瓒发明有自动报时机构的 水运浑象，其中使用了一个天衡装置，是一个按被 调量偏差调节的自动调节器；
• 公元1086-1092年，苏颂和韩公廉建造具有“天衡” 自动调节和自动报时机构的水运仪象台；
• 公元l135年，宋代王普记述“莲华漏”上使用浮 子—阀门式机构自动调节漏壶的水位；
二十世纪三项科学革命：控制论、量 子论、相对论
控制论：
经典控制理论 现代控制理论（智能控制理论）
导读
自动化技术几乎渗透到国民经济的各个领域及社会生活 的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人注 目的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键 技术，在某种程度上说，自动化是现代化的同义词。自动 控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。
自动控制原理基本概念知识点总结
自动控制原理基本概念知识点总结自动控制原理是现代控制工程的基础理论，研究自动控制系统的建模、分析与设计方法。
掌握自动控制原理的基本概念对于理解和应用控制技术起着重要的作用。
本文将对自动控制原理的基本概念知识点进行总结。
一、控制系统基本概念1.1 控制系统的定义控制系统是通过对被控制对象施加命令，以达到预期目标的系统。
它由输入信号、输出信号、被控制对象和控制器等组成。
1.2 开环控制系统与闭环控制系统开环控制系统是指控制器的输出不受被控制对象的反馈信号影响的控制系统。
闭环控制系统是指控制器的输出受到被控制对象的反馈信号影响的控制系统。
1.3 正反馈与负反馈正反馈是指系统的输出信号与输入信号同方向，有放大的作用；负反馈是指系统的输出信号与输入信号反向，有稳定的作用。
二、控制系统的数学描述2.1 传递函数传递函数是用来描述控制系统输入与输出之间的关系的数学模型。
它通常由拉普拉斯变换或者Z变换得到。
2.2 系统的稳定性系统的稳定性是指当系统受到扰动或者参数变化时，输出信号是否趋于有限，并且不出现无穷大的情况。
2.3 时域指标时域指标包括超调量、调节时间、上升时间等，用来衡量系统的动态性能。
三、控制系统的设计方法3.1 PID控制器PID控制器是最常用的一种控制器，它由比例项、积分项和微分项组成，可用于调节系统的稳态误差、快速响应和抑制振荡。
3.2 稳态误差补偿稳态误差补偿方法用于减小系统在达到稳态时的误差，例如使用积分控制器。
3.3 根轨迹法根轨迹法是一种用于分析系统稳定性和性能的图形法，它通过在复平面上绘制传递函数的极点和零点来描述系统的特性。
四、控制系统的稳定性分析4.1 极点配置法极点配置法是一种通过调整系统的极点位置来改变系统的动态响应，从而实现稳定性分析和改进的方法。
4.2 Nyquist准则Nyquist准则是一种通过绘制传递函数的频率响应曲线，并通过判断曲线与负实轴交点的数量来判断系统稳定性的方法。
自动控制原理理解
自动控制原理1. 简介自动控制原理是一门研究控制系统的基本原理和方法的学科。
它主要研究如何通过调节系统的输入信号，使得系统的输出信号能够按照预定要求进行稳定调节或跟踪，从而实现对系统的自动控制。
自动控制原理广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航天航空等。
它不仅能提高生产效率和质量，还能减少人为操作错误带来的损失。
在现代社会中，自动控制已经成为一个重要的技术手段。
2. 控制系统的基本组成一个典型的控制系统由四个基本部分组成：输入信号、输出信号、执行器和反馈环节。
•输入信号：输入信号是指外部对系统施加的激励或命令。
它可以是电压、电流、力量等物理量，也可以是数字信号或逻辑信号。
•输出信号：输出信号是指系统对输入信号作出响应后产生的结果。
它可以是物理量（如位移、速度）、电压、电流等。
•执行器：执行器是指将输入信号转化为输出信号的装置。
它可以是电机、阀门、伺服系统等。
•反馈环节：反馈环节是指将系统的输出信号与期望值进行比较，并产生误差信号。
根据误差信号，控制器可以对输入信号进行调节，以使得输出信号逐渐接近期望值。
3. 控制系统的基本原理控制系统的基本原理可以分为两个方面：反馈原理和控制原理。
3.1 反馈原理反馈原理是控制系统中最基本的原理之一。
它通过将系统的输出信号与期望值进行比较，产生误差信号，并根据误差信号对输入信号进行调节，以实现对系统的自动控制。
具体来说，反馈原理包括以下几个步骤：1.比较器：将系统的输出信号与期望值进行比较，产生误差信号。
比较器可以是一个电路或一个算法。
2.控制器：根据误差信号对输入信号进行调节，以使得输出信号逐渐接近期望值。
常用的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器。
3.执行器：执行器将经过调节后的输入信号转化为输出信号，对系统进行控制。
通过反馈原理，系统可以自动调节自身的状态，使得输出信号能够稳定地跟踪期望值。
3.2 控制原理控制原理是指根据系统的特性和要求，设计合适的控制策略和参数，以实现对系统的稳定调节或跟踪。
自动控制原理一般概念讲解
自动控制原理一般概念讲解自动控制原理的核心思想是通过传感器对被控对象的状态进行实时监测，并将监测到的信息通过信号处理与分析，然后通过执行器对被控对象的控制量进行调节，从而使被控对象达到期望的状态。
自动控制原理的基本流程包括：传感器采集信息、信号处理与分析、控制决策、执行器动作和控制效果检测。
传感器是自动控制系统的重要组成部分，它能将被控对象的状态转换为电信号，并输出到信号处理器进行处理。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光传感器等。
信号处理器将传感器采集到的实时数据进行滤波、放大、满量程转换等处理，然后将处理后的信号传递到控制器。
控制器根据信号处理器输出的信息，通过运算、判断等方式进行决策，确定执行器的动作。
执行器是自动控制系统中将控制信号转换为物理行动的部件，常见的执行器有电动机、液压执行器等。
执行器根据控制器的指令，改变被控对象的状态。
控制效果检测是自动控制系统中的一个重要环节，通过对控制结果进行检测和对比，可以判断自动控制系统是否达到预期的控制效果，如果未达到预期效果，需要对控制算法进行调整和优化。
自动控制原理包括了许多重要的理论和方法。
其中，反馈控制是最基本的一种控制方法。
反馈控制是指通过将被控对象的输出信号与期望信号进行比较，然后利用差值进行控制调节的一种控制策略。
反馈控制一般包括三个环节：采集被控对象的输出信号、与期望信号进行比较和计算控制误差、根据控制误差进行调节。
在自动控制原理中，PID控制是最常用的控制方法之一、PID控制是一种经典的线性控制方法，它通过调节控制器中的比例、积分和微分三个参数，对控制误差进行调节。
其中，比例项使控制器对控制误差进行直接比例调节，积分项用来补偿系统的稳态误差，微分项则用来抑制系统的动态响应振荡。
除了PID控制外，还有一些更为复杂的控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
模糊控制是一种直观的控制方法，它基于人类的经验和直觉，通过模糊化输入和输出，建立模糊规则来进行控制决策。
自动控制原理概念
自动控制原理概念自动控制原理是指对于一个工程系统或者生产过程，通过输入和测量的信号，使用控制器对系统进行调节和控制的一种方法。
其基本原理是通过测量系统的输出信号与期望值的差异，对系统的输入信号进行调整，使系统能够达到期望的运行状态。
在自动控制原理中，通常会涉及到三个基本组件：传感器、控制器和执行器。
传感器用于对系统输出进行测量，将测量结果转化为电信号输出；控制器接收传感器的信号，并根据预先设定的控制算法来产生控制信号；执行器接收控制信号，并将其转化为物理效应，对系统进行实际的控制。
自动控制原理还包括了一系列的数学和物理理论，如控制系统建模、控制器设计、稳定性分析等。
其中控制系统建模是将实际系统转化为数学表达式，使得可以通过数学方法进行分析和设计控制器；控制器设计则是根据系统的特性和控制要求，选择合适的控制算法，以实现对系统的调节和控制；稳定性分析是评估控制系统是否具有稳定性，即系统能否在有限的时间内达到稳定状态。
通过自动控制原理，可以实现对各种系统或过程的自动化控制，提高系统的稳定性、控制精度和响应速度，提高生产效率和质量，并节约人力、物力和能源。
相邻价态不发生氧化还原反应是指在相邻的两个价态之间不发生电荷的转移。
在氧化还原反应中，通常是由一个物质失去电子（被氧化）而另一个物质获得电子（被还原）。
当两个相邻价态之间电子的能量差较小，电子转移将变得困难，因此不会发生氧化还原反应。
相邻价态的例子包括高价态和低价态之间的转换，如Fe2+和Fe3+之间的转换；以及不同的氧化态之间的转换，如H2O和H2O2之间的转换。
当电子在这些相邻价态之间转移时，能量差较小，因此氧化还原反应通常是不利的。
然而，尽管相邻价态通常不发生氧化还原反应，仍然存在某些特殊情况下可能发生电荷转移的情况。
例如，在某些配位化合物中，中心金属离子的配位方式的变化可能导致相邻价态之间发生电荷转移。
此外，在特殊的催化剂或电化学系统中，通过提供外部条件（如应用电位或添加辅助物质）也可以促进相邻价态之间的电荷转移。
自动控制原理一般概念讲解
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自动控制理论的开端
• 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指 出： • 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分 析控制的不稳定。 • 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性， 从而分析实际系统是否会出现不稳定现象。这 样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分 方程的特征根的实部的正、负号问题。
信号与系统 电路理论 电机与拖动 复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
课程学习要面临
数学基础宽而深
控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难
计算机数学语言 MATLAB 数值解/解析解（数学运算）
ax2 bx c d
控制理论的内容
扰动量 输入量 输出量
控制器
控制对象
?
控制对象：要求实现自动控制的机器、设备或生 产过程。
控制器：对控制对象起控制作用的控制装置总体。
输入量：作用于控制系统输入端，并可使系统具 有预定功能或预定输出的物理量。 输出量：位于控制系统输出端，并要求实现自动
控制的物理量。
扰动量：破坏系统输入量和输出量之间预定规律
扰动
测量装置
输出量 按扰动补偿的开环 控制 原理方框图
控制器
控制对象
信号由给定值至被控量单向传递。这种控制较简单,
但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干扰,或工作中特
性参数发生变化,会直接影响被控量,而无法自动补偿。因
此,系统的控制精度难以保证。从另一种意义理解,意味着
对受控对象和其它控制元件的技术要求较高。如数控线
（3）.复合控制
补偿器
输入量
扰动 输出量
自动控制原理(全套课件)
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结一、自动控制系统的基本概念自动控制，简单来说，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象按照预定的规律运行。
一个典型的自动控制系统通常由控制对象、控制器、测量元件和执行机构等部分组成。
控制对象就是我们要控制的那个东西，比如一个电机、一个温度场或者一个生产过程。
控制器则是根据输入的偏差信号，按照一定的控制规律产生控制作用，去驱动执行机构。
测量元件负责测量被控量，并将其转化为电信号反馈给控制器。
执行机构接受控制器的控制信号，对控制对象施加作用。
自动控制系统按照有无反馈可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的输出量对系统的控制作用没有影响，结构相对简单，但控制精度较低。
闭环控制系统则将输出量反馈回来与给定值进行比较，形成偏差，然后根据偏差来调整控制作用，因此控制精度高，但系统相对复杂，可能会出现稳定性问题。
二、控制系统的数学模型要对一个控制系统进行分析和设计，首先要建立它的数学模型。
数学模型就是用数学语言来描述系统的输入、输出和内部状态之间的关系。
常见的数学模型有微分方程、传递函数和状态空间表达式。
微分方程是最基本的描述形式，但求解比较复杂。
传递函数则是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
它可以方便地分析系统的频率特性和稳定性。
状态空间表达式则能更全面地描述系统的内部状态和动态特性。
建立数学模型的方法有分析法和实验法。
分析法是根据系统的物理规律和结构，推导出数学方程。
实验法则是通过对系统施加输入信号，测量输出响应，然后用系统辨识的方法得到数学模型。
三、控制系统的时域分析时域分析是直接在时间域上研究系统的性能。
主要的性能指标有稳态误差、上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
稳态误差反映了系统的准确性，它与系统的类型和输入信号的形式有关。
对于单位阶跃输入， 0 型系统有稳态误差，1 型及以上系统稳态误差为零。
上升时间、峰值时间和调节时间反映了系统的快速性。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是现代工程领域非常重要的一门学科，它关注的是如何利用各种技术手段来实现对系统的自动化控制。
在这篇文章中，我将对自动控制原理的一些关键知识点进行总结，以帮助读者更好地理解和掌握这门学科。
一、基本概念自动控制系统是由被控对象、传感器、执行器和控制器组成的一种系统，其目标是使被控对象按照期望的方式运行。
被控对象可以是各种物理系统，如机械系统、电气系统等。
传感器用于测量被控对象的状态，执行器用于对被控对象施加控制力，而控制器则根据传感器的反馈信号和期望的输出信号来决定执行器的动作。
二、控制系统的基本组成控制系统由三个主要组成部分构成：测量部分、决策部分和执行部分。
测量部分包括传感器和信号调理电路，用于测量被控对象的状态和输出信号。
决策部分包括控制器，其根据测量信号和期望输出信号进行计算，并生成控制命令。
执行部分由执行器组成，负责根据控制命令对被控对象进行控制。
三、控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指在一定的工作条件下，系统的输出能够保持在期望范围内，不发生不可接受的偏离。
稳定性是控制系统设计中最重要的要求之一。
常见的稳定性分析方法包括输入-输出稳定性分析和李雅普诺夫稳定性分析。
四、反馈控制系统反馈控制系统是一种常用的自动控制系统，其控制器的输出信号是根据传感器的反馈信号和期望输出信号进行计算的。
反馈控制系统能够根据实际输出来调整控制命令，以实现系统的稳定性和准确性。
常见的反馈控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制。
五、开环控制系统与反馈控制系统相对应的是开环控制系统，其控制器的输出信号只是根据期望输出信号进行计算的，没有考虑传感器的反馈信息。
开环控制系统的控制效果受到系统参数变化和外部扰动的影响较大，容易导致系统的稳定性和准确性下降。
六、PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，其由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成。
比例控制部分根据控制误差的大小进行调整；积分控制部分根据控制误差的累积值进行调整；微分控制部分根据控制误差的变化率进行调整。
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。
自动控制原理概述
自动控制原理概述自动控制原理是一门研究控制系统的学科，广泛应用于各个领域，包括生产制造、交通运输、航空航天等。
本文将概述自动控制原理的基本概念、原理和应用。
一、概述自动控制原理是一门研究控制系统的学科，通过对输入信号的分析和处理，使得系统可以根据预设目标，自动调整输出信号，以实现所需的控制效果。
自动控制原理可以大大提高系统的稳定性、精度和效率，是现代工程中不可或缺的一部分。
二、基本概念1. 控制系统：控制系统由输入、输出、执行器和控制器组成。
控制系统可以是开环控制系统或闭环控制系统，其中闭环控制系统通过反馈信号对输出信号进行调整，以实现更精确的控制。
2. 反馈：反馈是指将输出信号作为输入信号的一部分进行反馈，对系统进行校正和调整的过程。
反馈可以有效减小系统误差，提高系统的稳定性。
3. 控制变量：控制变量是指需要被控制和调整的物理量或参数。
根据不同的控制系统，控制变量可以是温度、速度、位置等。
4. 控制原理：控制原理是指根据控制需求和系统特点，设计出实现控制目标的方法和策略。
常见的控制原理包括比例控制、积分控制和微分控制等。
5. 控制策略：控制策略是指根据控制原理，制定出实际实施控制的方案和步骤。
常见的控制策略包括串级控制、并联控制和自适应控制等。
三、原理1. 反馈控制原理：反馈控制原理是最常见的控制原理之一。
它通过获取系统输出信号并与期望输出进行比较，根据误差大小和方向来调整控制器输出信号，以实现系统的稳定和精确控制。
2. 开环控制原理：开环控制原理是一种比较简单的控制方式。
它通过将控制器输出信号直接作用于执行器，不考虑输出信号和期望输出之间的误差，缺乏对系统的实时调整和修正能力，适用于一些简单的系统。
3. 比例控制、积分控制和微分控制：比例控制、积分控制和微分控制是控制系统中常用的三种基本控制类型，它们可以单独使用或者组合使用，以实现不同的控制效果。
4. 算法控制原理：算法控制原理是指利用数学运算和逻辑判断来实现控制的原理。
自动控制原理名词解释
自动控制原理名词解释
自动控制原理（Automatic Control Principle）是指通过感知系
统状态、分析信息并采取相应措施，以调节和控制系统的工作状态和输出。
在自动控制原理中，涉及到以下几个重要的概念：
1. 反馈（Feedback）：指系统输出被传递回系统进行比较和调
节的过程。
通过反馈，系统可以根据实际输出与期望输出之间的偏差来调节自身的工作状态，从而使系统更加稳定和准确。
2. 控制器（Controller）：是一种用于自动控制系统的装置或
算法，根据输入信号和反馈信息来生成输出信号，以控制系统响应和稳定工作。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器以及它们的组合形式。
3. 传感器（Sensor）：用于感知系统输入和输出的物理量或信
号的装置。
通过传感器，系统可以实时获取各种参数的信息来监测系统状态，并作为反馈信号提供给控制器。
4. 执行器（Actuator）：用于执行控制器输出信号的装置，将
控制器生成的信号转化为系统的物理行为或操作，对系统状态进行调节和控制。
常见的执行器包括电动机、阀门、液压缸等。
5. 状态变量（State Variable）：用于描述系统状态的物理量或
变量。
通过监测和记录状态变量的数值，可以实时了解系统的运行情况，并根据需要进行调控和优化。
常见的状态变量有位置、速度、压力、温度等。
自动控制原理应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、环境控制、电力系统、航空航天等。
它可以提高系统的稳定性、精确度和效率，实现自动化操作和优化控制，使得各种工程和技术应用更加可靠和智能化。
自动控制原理_详解
自动控制原理_详解1.自动控制系统的基本概念自动控制系统包括被控对象、系统输入、系统输出、传感器、比例调节器、执行机构和控制器等组成。
其中，被控对象是指需要进行控制的设备或系统；系统输入是指作用于被控对象的控制变量；系统输出是指被控变量，即被控对象的输出信号；传感器是控制系统获取被控对象实际变量信息的设备，将它转换成合适的信号形式并送到比例调节器；比例调节器是根据传感器的信息对输入信号进行调整的设备；执行机构是能够对被控对象进行调节或操作的设备；控制器是自动调节执行机构的设备，通常包括比例、积分和微分三个部分，用于根据系统的反馈信息调整系统的输出信号，使系统达到稳定状态。
2.自动控制系统的分类根据控制方式的不同，自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是一种单向传递信号的控制系统，它不能对被控对象的输出进行监测和调整；闭环控制系统是一种能通过传感器对被控对象的输出进行监测并调整的控制系统。
3.自动控制系统的主要特性自动控制系统主要包括稳态误差、超调量、调节时间和稳态时间等特性。
稳态误差是指系统在达到稳态时输出与设定值之间的差异；超调量是指系统在调节过程中，输出扩大超过设定值的程度；调节时间是指系统从初始状态到达稳态之间所需要的时间；稳态时间是指系统从初始状态到达稳态所需的时间。
4.自动控制系统的控制方式根据控制策略的不同，自动控制系统可以分为比例控制、积分控制、微分控制和PID控制等。
比例控制是根据被控量与设定值之间的误差大小来调整输入信号的控制方式，其调整速度较快，但会导致系统产生稳态误差；积分控制是根据被控量与设定值之间的误差的时间积分来调整输入信号的控制方式，其能够消除稳态误差，但容易引起系统的超调；微分控制是根据被控量的变化率来调整输入信号的控制方式，其能够提高系统的响应速度，但容易引起系统的振荡；PID控制是综合了比例控制、积分控制和微分控制的控制方式，可以在稳态误差小、响应速度快和稳定性好之间进行折中。
自动控制原理一般概念讲解
空间技术促使现代控制理论的产生
现代控制理论促进了空间技术的发展
• 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。 • 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 促进了空间技术的发展。
现代控制理论在工业过程控制方面遭遇 滑铁卢，促使了智能控制技术的诞生
• 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 但由于工业过程控制中普遍存在的不确定 性和干扰，难以取得预期的效果。模拟人 的控制技术——智能控制，虽然不能实现 精确的控制，但对各种复杂系统能够做到 比较满意的控制。
（3）.复合控制
补偿器
输入量
扰动 输出量
控制器
控制对象
扰动
补偿器
输入量 输出量
控制器
控制对象
1.3 自动控制系统的组成及术语
典型反馈控制系统的原理如图所示
(1)被控对象:它是控制系统所控制和操纵的对象, 它接受控制量并输出被控制量。
(2)控制器:接收变换和放大后的偏差信号,转换为 对被控对象进行操作的控制信号。
开环控制和闭环控制方式各有优缺点 , 在实际工程 中应根据工程要求及具体情况来决定。如果事先预知 输入量的变化规律,又不存在外部和内部参数的变化 ,则 采用开环控制较好。如果对系统外部干扰无法预测 , 系 统内部参数又经常变化 ,为保证控制精度 ,采用闭环控制 则更为合适。如果对系统的性能要求比较高 ,为了解决 闭环控制精度与稳定性之间的矛盾 ,可以采用开环控制 与闭环控制相结合的复合控制系统。
扰动
测量装置
输出量 按扰动补偿的开环 控制 原理方框图
控制器
控制对象
信号由给定值至被控量单向传递。这种控制较简单,
但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干扰,或工作中特
自动控制原理概述与基本概念
自动控制原理概述与基本概念自动控制原理是一门研究如何通过调节和控制系统的输入来使得系统输出达到期望值的学科。
在现代工程和科学领域，自动控制系统被广泛应用于各个方面，包括工业制造、交通运输、航空航天以及生物医学等领域。
本文将对自动控制原理的基本概念和相关内容进行概述。
一、自动控制原理的基本概念1. 控制对象控制对象是指需要进行控制的实际物理系统或过程。
例如，温度控制系统中的温度传感器所测得的温度就是一个典型的控制对象。
2. 反馈系统反馈系统是自动控制原理中的核心概念之一。
在反馈系统中，通过将系统的输出信号与期望值进行比较，并根据比较结果进行相应的调节，来实现对系统的控制。
反馈系统可以分为正反馈系统和负反馈系统，其中负反馈系统是应用最广泛的一种。
3. 控制器控制器是反馈系统中用于对控制对象进行调节和控制的设备或算法。
根据控制器的不同类型，可以将其分为比例控制器、积分控制器和微分控制器。
这些控制器可以单独应用，也可以组合使用，形成更为复杂的控制算法，如PID控制器。
4. 控制方法控制方法是指根据系统的特性和需求，选择适当的控制策略和算法来实现对系统的控制。
常见的控制方法包括开环控制和闭环控制。
开环控制是指在控制过程中只考虑输入信号，并不对输出信号进行监测和调节。
闭环控制是指通过监测系统的输出信号，并与期望值进行比较，来对输入信号进行调节。
二、自动控制原理的工作原理自动控制原理的工作原理基于对系统的建模和分析。
首先，需要对控制对象进行数学建模，即建立数学方程来描述系统的行为。
然后，利用数学模型进行稳定性分析和性能评估，以确定合适的控制策略和参数。
最后，将选择的控制方法和控制器应用到实际系统中，通过不断地对系统的输入进行调整，使系统输出逐渐接近期望值。
三、自动控制原理的应用领域自动控制原理的应用广泛涉及到各个领域。
以下列举几个典型的应用领域：1. 工业制造在工业制造领域，自动控制系统被广泛应用于各类生产线和加工设备，如机械制造、化工生产、电子制造等。
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1.0 自动控制发展简史
中国古代自动化方面的成就：
• 公元前14世纪至前11世纪，中国、 埃及和巴比伦出现自动计时漏壶； • 公元130年，张衡发明水运浑象， 132年研制出自动测量地震的候风 地动仪； • 公元235年，马钧研制出用齿轮传 动自动指示方向的指南车，类似按 扰动补偿的自控系统；
10
控制理论的内容
二十世纪三项科学革命：控制论、量 子论、相对论
控制论：
经典控制理论 现代控制理论（智能控制理论）
导 读
自动化技术几乎渗透到国民经济的各个领域及社会生活 的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人注 目的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键 技术，在某种程度上说，自动化是现代化的同义词。自动 控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。
人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并 回收
哈勃望远镜－特殊地卫星
中巴资源卫星
雷达技术
雷达操作时，天线就要不停地转动。天线的作用是 把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去， 并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起 的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视和侦察整个 天空的状况，天线就要不停地转动，用一个驱动马达使 天线作360度的旋转，这样它就能在360度范围内进行 “搜索”。
本章主要讲什么内容?
从介绍自动控制的发展历史入手，引出自动控制理论分 析、设计自动控制系统的基本思想，然后介绍自动控制的 基本概念，以及对自动控制系统的基本要求，使读者对自 动控制理论的总的目标有个大致的了解。
飞机导航系统
制导导弹 现代的高新技术让 导弹长上了“眼睛”和 “大脑”，利用负反馈 控制原理去紧紧盯住目 标
信号与系统 电路理论 电机与拖动 复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
课程学习要面临
数学基础宽而深 控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难
计算机数学语言 MATLAB 数值解/解析解（数学运算）
ax2 bx c d
中国古代自动化方面的辉煌成就：
• 公元725年，一行、梁令瓒发明有自动报时机构的 水运浑象，其中使用了一个天衡装置，是一个按被 调量偏差调节的自动调节器； • 公元1086-1092年，苏颂和韩公廉建造具有“天衡” 自动调节和自动报时机构的水运仪象台； • 公元l135年，宋代王普记述“莲华漏”上使用浮 子—阀门式机构自动调节漏壶的水位； • 公元1637年，明代的《天工开物》一书中记载有 程序控制思想的提花织机结构图。
空间技术促使现代控制理论的产生
现代控制理论促进了空间技术的发展
• 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。 • 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 促进了空间技术的发展。
现代控制理论在工业过程控制方面遭遇 滑铁卢，促使了智能控制技术的诞生
• 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 但由于工业过程控制中普遍存在的不确定 性和干扰，难以取得预期的效果。模拟人 的控制技术——智能控制，虽然不能实现 精确的控制，但对各种复杂系统能够做到 比较满意的控制。
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经典控制理论(古典控制理论)
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：
线性控制系统分析：时域分析、稳定性与 稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。
非线性控制系统分析：相平面分析、描述 函数分析。 （连续控制系统、离散控制系统）
现代控制理论
以状态空间法为基础，研究多输入--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： （线性系统、自适应控制、最优控制、 鲁棒控制、最佳估计、容错控制、系统辨 识、集散控制、大系统复杂系统） 智能控制（专家系统、模糊控制、神经 网络、遗传算法）
自动控制原理
Principles of Automatic Control
电气工程及其自动化
引
控制理论：
言
自动化学科的重要理论基础
研究自动控制共同规律的技术科学
自动控制技术应用
自动控制系统
课程的性质和特点
自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来 研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是 自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程 的关系如下。
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飞球调节器 世界上公认的第一个自动控制系统
• 1788年瓦特发明飞球 调节器，进一步推
调节器轴
动蒸汽机的应用， 促进了工业的发展。
• 推动了社会进步是飞 球调节器公认为第一 个自动控制系统的最 主要原因！
关 汽阀联结器 套环 开 汽轮机轴
图1.1 飞球调节器原理图
没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！ • 飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度 振荡。其它自动控制系统也有类似现象。 • 由于当时还没有自控理论，所以不能从理 论上解释这一现象。为了解决这个问题， 盲目探索了大约一个世纪之久。
• 麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制 理论的开端。
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经典控制理论的孕育
• 1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。 • 1895年，德国国李雅普诺夫提出稳定性定义 和两个稳定判据。 • 1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。 • 二战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系 统的控制研究直接推动了经典控制的发展。
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经典控制理论的形成
● 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。 维纳成为控制论的创始人！ ●维纳《控制论》是关于怎样把机械元件和电气元 件组合成稳定的并且具有特定性能的系统的科学。 这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考 虑能量、热量和效率等因素，可是，在其他各门 自然科学中，这些因素是十分重要的。 ● 控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同 部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统 的总体运 动状态。
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自动控制理论的开端
• 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指 出： • 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分 析控制的不稳定。 • 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性， 从而分析实际系统是否会出现不稳定现象。这 样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分 方程的特征根的实部的正、负号问题。