反馈控制系统

1.2 反馈控制系统举例

航空航天与交通运输的自动控制 信息与网络控制系统 医学治疗过程的自动控制 材料与加工领域的自动控制 机器人与智能机械装备
1.3 反馈及前馈控制原理

常用术语 反馈控制与开环控制 反馈控制系统与开环控制系统的特点 前馈控制
常用术语

电加热炉

自动控制系统的功能和组成是多种多样的，其 结构有简单也有复杂。它可以只控制一个物理 量，也可以控制多个物理量甚至一个企业机构 的全部生产和管理过程；它可以是一个具体的 工程系统，也可以是比较抽象的社会系统、生 态系统或经济系统。
反馈控制与开环控制
开环控制
系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而 对控制作用不能反施任何影响的控制方式。采用开 环控制的系统称为开环控制系统。
系统、反馈与控制 反馈控制系统举例 反馈及前馈控制原理 自动控制发展简史 本课程学习内容
1.1
系统、反馈与控制
自动控制有很强的应用背景，其发展动力 源自于生产和消费需求的日益多样化。小到人 追求舒适便捷的日常家用电器、空调、汽车等， 大到满足探索、创造和交流欲望的航空航天、 制造系统及因特网等，还有各种大型的、更为 复杂的系统都需要控制。要学好和用好控制技 术，需要掌握系统思想、数学基础、计算机技 术。
控制对象：被控设备或物体，也可以是被控过 程。 控制器：使被控对象具有所要求的性能或状态 的控制设备。 参考输入：使系统具有预定性能或预定输出的 激励信号。 特性：系统输入输出之间的关系（静、动）
常用术语
电炉加热系统 被控制对象：炉子 被控制量（输出量）：炉温 控制装置：开关K和电热丝， 对被控制量起控制作用。

一个控制系统可以定义为“把一些物理部件连接或组 合在一起实现命令或指挥或调节自身或其他一个系统 的目的”。
反射光束 入射光束 反射光束 入射光束 镜面




支点 镜面
控制系统
在工程和科学领域，控制系统主要是指能动态、 主动地实现调控功能的那些系统。
图1.4 现代控制系统的一般组成
第 1章 绪

论

自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、 分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共 同规律的技术科学。 自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变 量的运动规律和改变这种运动规律的可能性及 途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要 的理论根据。





1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
2.反馈的概念(构成反馈的三个基本要素)
感测变化：及时掌握受控系统变化状态，如上例中的血糖浓 度、蒸汽机转速；
期望目标：如100ml血液中血糖含量在90mg左右；
校正执行：根据偏差(期望的受控系统状态与其当前所处状态)产生 校正作用，驱动受控系统从当前所处状态向期望状态靠近，如分泌 或注入胰岛素等、进入蒸汽机的蒸汽流量。
3. 控制的概念指在工程系统中使用反馈和算法
比如： 在电子放大器中的反馈回路、化学与材料加工 中的定值调节器、飞机上的飞行电子控制仪、 因特网上控制信息量的路由器协议、并联在减 震板上的压电陶瓷线路、高信度软件系统、自 主式车辆和机器人、实时资源管理系统、生物 工程系统等，都可视为控制。
控制系统
1.什么是系统


同类事物按一定关系组成的整体，至少有两部 分(或称子系统)组成，且连接后能实现一个整 体目标。 子系统连接方式：串联、并联和反馈
反馈应用实例1
人体细胞产生能量时需要血糖，而且生物机能 总是试图维持定常的血糖浓度。 在血液流中，通过胰腺产生胰岛素和胰增血糖 素，调整血糖高低。餐后血糖可能增加，荷尔 蒙胰岛素开始释放，引导身体在肝脏中储藏过 量的血糖。当血糖降低时，胰腺开始分泌荷尔 蒙胰岛素。每天胰岛素和胰增血糖素分泌间的 互动，帮助维持每100ml血液中血糖含量在 90mg左右。
控制系统的建模
通过
①输入输出关系表达系统的行为；
②复杂模型简化或降阶； ③子系统间不同连接方式的适应性评价
为控制系统分析和综合提供依据。
பைடு நூலகம்
控制系统问题的解决与实现工具


计算机软硬件系统是现代控制系统得以完成从 分析、综合、设计到付诸实施的手段和工具， 更是反馈控制规律的实现载体。 运筹学中线性规划、非线性规划、整数规划、 混合整数的线性规划等理论与软件为最优控制 问题的解在线实施提供了数学工具。
开环控制的突出特点
① ②
系统的输入量产生控制作用影响输出量的变化 输出量对输入的控制作用没有影响。
开环控制举例
电动机带动负载以一定的转速转动，其电枢电压由功率 放大器提供，当调节电位器滑臂时，可以改变功率放大 器的输入电压，从而改变电机的电枢电压，最终改变电 动机的转速。
电
位 器 V0 功率放大器 电动机 负载
直流电动机转速控制系统-开环控制
开环控制系统的工作流程图
输入量
控制装置
被控对象
输出量
开环控制系统工作流程图
开环控制系统的工作流程图
电 位 器 V0 功率放大器
电动机
负载
滑臂位置
电位器
功率放大器
电动机
转速
直流电动机转速开环控制系统工作 流程图
反馈控制
反馈控制
通过测量过程的当前输出，与设计者要求的过程设定值 相比较，当这两者存在偏差时，控制器按照预先设计好 的控制策略，发出控制信号，驱动过程输出向期望值运 动。采用反馈控制的系统称为反馈控制系统或闭环控制 系统。
反馈应用实例2
1769年出现的瓦特蒸汽机 的调速器，它被用来控制 蒸汽机的转速。如右图所 示，其中机械装置用来测 量驱动杆的转速并利用飞 球的转动来控制阀门，进 而控制进入蒸汽机的蒸汽 流量。当转速增大时，飞 球离开轴线，重心上移， 阀门被关紧，进入蒸汽机 的蒸汽流量减少，蒸汽机 的转速将减慢，速度得到 了控制，反之亦然。
自动控制原理
曲阜师范大学物理工程学院 电路与系统教研室
第 1章 绪
教学提示：
论
自动控制技术是现代化社会不可缺少的组成部分，广泛地应用于 各类工业学科领域 。控制学科的应用范围还扩展到交通管理、生 物医学、生态环境、社会科学和其他许多社会生活领域，并为各学 科之间的相互渗透起到促进作用
教学要求：
1）理解系统反馈和控制的意义 2）掌握一个反馈控制系统的工作原理