石群自动控制原理(第1章)
自动控制原理第一章课件
自动控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ论已经成为现代工程技术人 员和科学工作者不可缺少的重要理论基础之 一。 自动控制原理》 从《自动控制原理》课程的内容上看侧重 于方法论， 于方法论，本课程的教学目的是使学生能学 好当前和近期我国工业部门所需的自动化理 论和技术， 论和技术，使学生深刻理解线性控制理论的 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 基本计算方法， 基本计算方法，为自动控制系统的分析与设 计打下一定的基础。 计打下一定的基础。
3.程序控制系统 3.程序控制系统 输入量按照给定的程序变化。 输入量按照给定的程序变化。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 二、按使用的数学方法分类 1.线性系统 1.线性系统 2.非线性系统 2.非线性系统 3.连续控制系统 3.连续控制系统 4.离散控制系统 4.离散控制系统
1-3
闭环控制系统的基本组成
1-4
对控制系统的基本要求
一、对控制系统的基本要求 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 稳、快、准。
二、典型外作用 典型外作用的函数应具备以下条件： 典型外作用的函数应具备以下条件： 这些函数在现场或实验室中容易得到； ①这些函数在现场或实验室中容易得到； ②控制系统在这些函数作用下的性能应代表在实际工 作条件下的性能； 作条件下的性能； ③这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 1.阶跃函数 1.阶跃函数 数学表达式为： 数学表达式为：
1.按输入作用补偿 1.按输入作用补偿 按输入作用补偿的补偿装置可提供一个输入信号 的微分作用， 的微分作用，并作为顺馈控制信号与原输入信号一起 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 2.按扰动作用补偿 2.按扰动作用补偿 按扰动作用补偿的补偿装置能够在可测量的扰动 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用， 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用，以抵 消扰动对系统输出的影响。 消扰动对系统输出的影响。
石群自动控制原理
石群自动控制原理石群自动控制原理是一种基于石群行为特性和自动控制理论的研究方法，通过对石群行为规律的分析和建模，利用自动控制理论中的控制算法和方法，实现对石群行为的有效控制和调节。
石群自动控制原理在人工智能、智能机器人、智能交通等领域具有重要的理论和应用价值。
石群自动控制原理的研究对象是一群具有自主移动能力的石块，这些石块之间通过一定的规则和方式进行交互和协作，形成一种具有集体智能的石群行为。
石群自动控制原理的研究目的是通过对石群行为规律的深入分析，揭示其中的规律和特性，为实现对石群行为的控制和调节提供理论支持和技术手段。
石群自动控制原理的核心思想是将石群视为一个动态系统，通过对石群行为规律的建模和分析，发现其中的规律和特性，并设计相应的控制算法和方法，实现对石群行为的控制和调节。
石群自动控制原理的研究内容包括石群行为规律的分析与建模、石群控制算法与方法的设计与实现、石群自动控制系统的构建与优化等方面。
石群自动控制原理的研究方法主要包括以下几个步骤，首先，对石群行为进行观测和数据采集，获取石群行为的原始数据；其次，对石群行为数据进行分析和建模，揭示其中的规律和特性；然后，设计相应的控制算法和方法，实现对石群行为的控制和调节；最后，构建石群自动控制系统，并进行实验验证和性能优化。
石群自动控制原理的研究成果将在人工智能、智能机器人、智能交通等领域得到广泛应用。
在人工智能领域，石群自动控制原理可以应用于智能算法的设计与优化，提高人工智能系统的性能和稳定性；在智能机器人领域，石群自动控制原理可以应用于多机器人协作控制，实现多机器人之间的协同作业和协作控制；在智能交通领域，石群自动控制原理可以应用于交通流的优化调度，提高交通系统的效率和安全性。
总之，石群自动控制原理是一种基于石群行为特性和自动控制理论的研究方法，具有重要的理论和应用价值。
通过对石群行为规律的分析和建模，利用自动控制理论中的控制算法和方法，可以实现对石群行为的有效控制和调节，为人工智能、智能机器人、智能交通等领域的发展提供重要的理论支持和技术手段。
自动控制原理石群
自动控制原理石群自动控制原理是一种控制系统的基础理论，它研究如何通过设备和技术手段来实现对特定系统的自动控制。
自动控制原理广泛应用于各个领域，如工业制造、交通运输、航空航天、农业等。
下面我将从控制系统的基本组成、反馈原理、控制器和稳定性等方面来详细讨论自动控制原理。
一、控制系统的基本组成一个典型的自动控制系统通常由以下组成部分构成：被控对象（也称为过程）、传感器、比较器、执行器、控制器和反馈回路。
被控对象是需要被控制的系统，可以是一个物理过程或者是一个机电设备。
传感器用于感知被控对象的状态，将被感知数据转化为电信号传送给比较器。
比较器接收传感器传来的信号与设定值进行比较，并计算出偏差量。
控制器接收偏差量，经过运算处理，输出控制信号给执行器。
执行器接收控制信号，并根据控制信号来调节被控对象的状态。
反馈回路将执行器对被控对象的调节结果反馈给传感器，形成一个闭环控制系统。
二、反馈原理自动控制系统中的反馈原理是实现控制的基础。
反馈是指将系统的输出信号与设定值进行比较，并按照误差大小来控制系统的行为。
通过不断地对输出进行测量和比较，可以对系统进行实时调整，使系统输出与设定值尽量一致。
反馈分为正反馈和负反馈两种类型。
正反馈会使系统产生波动和不稳定，不利于控制；负反馈则可以实现系统的稳定和精确控制。
在自动控制系统中，采用负反馈原理可以使系统的输出更加精确地接近设定值。
三、控制器控制器是自动控制系统的核心部件，它负责对被控对象进行控制。
控制器的作用是根据输入信号和反馈信号进行运算处理，并产生相应的控制信号。
常见的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器等。
比例控制器根据偏差信号的大小来确定控制信号的幅度；积分控制器通过对偏差信号的积分来实现控制信号的调节；微分控制器根据偏差信号的变化率来调整控制信号的变化速率。
四、稳定性自动控制系统的稳定性是指在受到干扰或初始条件改变的情况下，系统能够保持稳定的状态。
稳定性是判断控制系统是否能够正常工作的重要指标之一。
自动控制原理第一章自动控制原理
如图1－5所示。
给定量 控制器
干扰量
被控量 受控对象
自控系统
图1－5 自动控制系统
第一章 自动控制概论
• 如水位自动控制系统：
比较元件
进 水 + 连 杆
测量 元件
实 际 水 位 浮 子
输出量
M 电 机
干扰 信号
出 水
<
受控对象
图1－3 水位自动控制系统原理图
第一章 自动控制概论
1.2.2 自动控制系统的基本组成
基 本 要 求
通过学习本课程，获得自动控制
系统的基本概念和基本理论；掌握分 析自动控制系统或过程控制系统的基 本方法。
自动控制理论
经典控制理论 线性控制系统
连续控制系统
第 二 章 第 三 章 第 四 章 第 五 章
现代控制理论 非线性控制系统
离散控制系统
第 六 章
第 七 章
第 八 章
第一章 自动控制概论
控制理论和现代控制理论两大部分。
经典控制理论也就是自动控制原理，是20世纪 40年代到50年代形成的一门独立学科。早期的控制
系统较为简单，只要列出微分方程并求解之，就可 以用时域法分析他们的性能。第二次世界大战前后，
由于生产和军事的需要，各国均在大力研制新型武
器，于是出现了较复杂的控制系统，这些控制系统
自动控制的任务—利用控制器操纵受控对象，使其
被控量按技术要求变化。若r(t)—给定量，c(t)—被
控量，则自控的任务之数学表达式为：使被控量满 足c(t) ≈r(t)。自控系统的组成如1-6图所示。
输入量 输出量
串 联 校 正
放 大
执 行
受 控 对 象
自动控制原理第一章
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输 出量变化规律的指令信号。 输出信号：指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称 被控量，它与输入量之间保持一定函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
最新18年第1次课-自动控制原理-第1章自动控制的一般概念(1)课件PPT
一、引言 （2）自动控制是常见的，但自动控制又是神秘的，因 为大家对自动控制的技术了解比较少，要掌握自动控 制技术并不容易，要掌握多种知识，包括电子、电路 计算机和控制理论等。我们这门课程是在理论上来帮 助大家揭开自动控制的神秘面纱。
（3）理论上强是我们这门课程的特点，这意味着要使 用的数学知识多。
被控对象
1）开环控制的定义：控制装置与被控对象之间只有单 方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。
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1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
2）优点：控制简单。
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1-2 自动控制的基本方式
干扰
给定值 计算
执行
被控对象 被控量
3）缺点：控制精度难以保证，受到外部干扰或工作 过程中的特性参数发生变化时，系统自身没有纠偏 能力。
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1-2 自动控制的基本方式 （二）自动控制的几种基本控制方式 ①分析自动洗衣机的工作原理 1）选择洗衣方式； 2）启动； 3）结束。
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1-2 自动控制的基本方式
自动洗衣机的控制方式我们称为按给定值操纵 的开环控制方式，可以抽象成如下的方框图表示。
一、按给定值操纵的开环控制
给定值 计算
执行
干扰 被控量
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自动控制原理
第1章 自动控制的一般概念
10
1-1 自动控制的任务 （1）先来看我们前面提过的2个自动控制系统 ①空调 保持室内温度t为某一温度T不变。 ②水箱液面高度控制系统 保持水箱的液面高度h为某一高度H不变。
11
1-1 自动控制的任务
（2）接下来我们了解3个名词。 被控对象 被控量 给定值（希望值、参考输入）
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
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
自动控制原理第一章PPT课件
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首次冲出太阳系 （美国伽利略号木 星 探 测 器 ， 1989 年）
-
仿人机器人 （日本，2001年）
17
神舟五号载人航天成功（中国，2003年）
-
18
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
-
19
“作为技术科学的控制论，对工程技术、生物
和生命现象的研究和经济科学，以及对社会研
究都有深刻的意义，比起相对论和量子论对社
（1）装置用方框表示 （2）信号用带箭头的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）
-
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方框（块）图 中的符号
控制系统框图的基本组成单元
元部件 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 － 表示负反馈
-
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1-２自动控制系统基本控制方式
1. 开环控制 2. 闭环控制 3. 复合控制
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控 制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用 取得了长足进展。
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二．自动控制理论
1．定义 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科 学. 2．分类 （1）经典控制理论：以传递函数为基础，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：主要研究具有高性能，高精 度的多变量多参数系统的最优控制问题。
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三、自动控制系统
1．定义： 为了实现各种复杂的控制任务，将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来组成的一 个有机总体。
控制装置（控制器）：外加的设备或装置. 被控对象（process, plant, controlled system ）：设备或生产过程.
石群自动控制原理1章节
总结：（1）、（2）线性系统具有齐次性、叠加性。
（3）非线性控制系统（系数与变量有关）
d
2 y(t) dt 2
y(t)
dy(t) dt
y2
(t)
r(t)
1-4 对自动控制系统旳基本要求
稳定性 迅速性 精确性
由系统构造决定。 动态（暂态）特征。 静态（稳态）特征。
反馈（控制思想旳精髓，知己知彼）
数控车床按照要求程序自动地切削工 件；
化学反应炉自动地维持温度或压力旳 恒定；
导弹发射和制导系统自动地把导弹引 向敌方目旳；
人造地球卫星精确地进入预定轨道并 回收
……
• 反馈控制又称为闭环控制
• 测量元件 • 给定元件 • 比较元件
• 放大元件 • 执行元件 • 校正元件
1-3 自动控制系统旳分类
线性定常连续系统涉及： ➢恒值控制系统 ➢随动系统，涉及伺服系统 ➢程序控制系统
（2）线性定常离散控制系统（m≤n）
a0c(k n) a1c(k n 1) an1c(k 1) anc(k) b0 r(k m) b1r(k m 1) bm1r(k 1) bm r(k)
基本控制方式
反馈控制系统（闭环控制系统）
开环控制系统 （按给定控制、按扰动控制）
复合控制系统
常用术语
• 控制系统（Control system） • 参照输入、给定输入、希望输入（Desired
Input） • 偏差信号（Error signal） • 控制器（Controller） • 控制量，也称操作量 （Control signal） • 控制对象（Control plant） • 扰动（Interaction） • 系统输出，也称被控量（System output）
自动控制原理课件可编辑全文
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 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，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
01自动控制系统(电气)石群
第1章电气传动基础电力拖动系统稳定运行条件：当电磁转矩与负载转矩方向相反、大小相等而相互平衡时，电机轴的转速为某一稳定值，传动系统处于稳态。
判定电机运行状态的稳定性：1.2 直流他励电机的机械特性及运行方法一. 直流他励电机的机械特性图1.11 直流电机按励磁方式分类(a)他励式(b)并励式(c)串励式(d)复励式稳态运行时，直流电机方程式：电枢电动势电磁转矩电压平衡方程ee mT C I E C n U E IR ==Φ+Φ=电机机械特性方程式：02e e e m U R n T n n C C C =−=−ΔΦΦ二. 直流他励电机的调速(一)调速的性能指标(1)静差率静差率表示系统运行的相对稳定性程度。
电机的机械特性越硬，则静差率越小，相对稳定性就越高。
0100%nom n s n Δ=×静差率和机械特性区别：比较1 2 3？额定负载时转速降/ 理想空载转速(2)调速范围指工作机械要求的最高转速和最低转速之比：说明：调速范围和静差率是有联系的，两项指标同时给出才有意义。
一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的调速范围。
max m max minin , n D n n n =一般指电机额定负载时的转速，对少数轻载工作机械，可用实际负载时的转速说明：对于一个调速系统，由于电机最高转速受机械强度的限制，不能太大。
欲扩大调速范围，则需减小。
0minmin 0min max max min (1)(1)nom nom nom nom nom nom s n n n n n n s n s n sn n s D n n s =Δ=−Δ=Δ−Δ=−Δ==Δ−0minnom n n Δ最低速时机械特性的理想空载转速额定转速降nom n Δ(3)调速的平滑性常用两个相邻调速级的转速比来衡量。
在一定调速范围内，调速级数越多，则平滑性越好；当调速级数趋于无穷时，转速趋于连续可调。
(二)调速方法调节电枢电压02e e e m U R n T n n C C C =−=−ΔΦΦ直流他励电机在额定磁通下运行时，电机的磁路一般接近饱和，所以常采用减弱磁通方法实现升速。
石群自动控制原理
石群自动控制原理自动控制原理是指通过设定的控制策略和算法，使得系统在预定的条件下能够自主运行和调控的过程。
石群自动控制原理是一种基于石群特性和规律的自动控制方法。
下面将从石群自动控制的背景、原理和应用等方面进行讨论。
背景：石群是指由石油和天然气组成的地下储层，在油气勘探和开发中具有重要意义。
为了更好地实现对石群的开发和利用，人们提出了自动控制的概念。
通过自动控制，可以实现对石群产能的调控以及储层参数的监测和控制，从而提高油气的开采效率和产量。
原理：石群自动控制的原理主要包括以下几个方面：1. 石群动态模型建立：通过获取石群的地质和物理参数，建立石群的数学模型，用于描述和预测石群的动态响应和行为。
常用的模型包括压力传导模型、渗流模型等。
2. 传感器和测量系统：通过安装传感器和测量设备，实时监测石群的压力、温度、产量等参数，并将数据传输给控制系统。
3. 控制算法设计：根据石群动态模型和实时测量数据，设计控制算法，实现对石群运行状态的监测和控制。
常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。
4. 控制系统实现：将控制算法用软硬件实现，构建石群自动控制系统，实现对石群的自动化控制。
应用：石群自动控制在石油和天然气勘探开发中有着广泛的应用。
具体应用包括：1. 井底注水控制：通过对注水井进行自动控制，实现对井底注水压力和注水量的控制，提高油井的采收率。
2. 气体压缩和输送控制：通过对输送管道中气体的控制，实现对气体压力和流量的控制，提高输送效率和节约能源。
3. 气体分离控制：对气体分离设备进行自动控制，实现对气体组分的分离和回收，提高天然气的纯度和利用率。
4. 产量调控：通过自动调控石群的产量，实现对油气生产的优化和最大化，提高油田的开采效益。
总结：石群自动控制是一种基于石群特性和规律的自动控制方法。
通过建立石群动态模型、安装传感器和测量设备、设计控制算法和构建控制系统，可以实现对石群的自动化监测和控制。
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1-4 对自动控制系统的基本要求 稳定性 由系统结构决定。 由系统结构决定。 快速性 动态（暂态）特性。 动态（暂态）特性。 准确性 静态（稳态）特性。 静态（稳态）特性。
典型外作用（信号） 典型外作用（信号）
（1）阶跃信号 ） （2）斜坡信号 ） （3）脉冲信号 ） （4）正弦信号 ）
回顾： 回顾：
r：输入采样序列。 ：输入采样序列。 c：输出采样序列 ： 总结：（ ）、（ ）线性系统具有齐次性、叠加性。 ：（1）、（ ）、（2）线性系统具有齐次性、叠加性。 具有齐次性 （3）非线性控制系统（系数与变量有关） ）非线性控制系统（系数与变量有关）
d 2 y (t ) dy (t ) + y (t ) + y 2 (t ) = r (t ) dt 2 dt
线性 时变 系统
c(t ) = r (t ) cos ωt + 5
非线性 时变 系统
t dr (t ) + 5∫ r (τ )dτ c(t ) = 3r (t ) + 6 −∞ dt
线性 定常 系统
c(t ) = r (t )
2
非线性 定常 系统
0 c(t ) = r (t )
t<6 t≥6
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 自动控制的基本原理 基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求 1-5 自动控制系统的分析与设计工具 自动控制系统的分析与设计 分析与设计工具
1-1 自动控制的基本原理与方式 自动控制的基本原理 基本原理与方式 无人直接参与 机器、 机器、设备或生产过程的工作状态或参数 自动实现某种规律运行
线性 延迟 系统
• 反馈控制又称为闭环控制 反馈控制又称为闭环控制 又称为
• 测量元件 • 给定元件 • 比较元件
• 放大元件 • 执行元件 • 校正元件
基本控制方式
反馈控制系统（闭环控制系统） 开环控制系统 （按给定控制、按扰动控制） 复合控制系统
常用术语
• 控制系统（Control system） 控制系统（ ） • 参考输入、给定输入、希望输入（Desired 参考输入、给定输入、希望输入（ Input） ） • 偏差信号（Error signal） 偏差信号（ ） • 控制器（Controller） 控制器（ ） • 控制量，也称操作量 （Control signal） 控制量， ） • 控制对象（Control plant） 控制对象（ ） • 扰动（Interaction） 扰动（ ） • 系统输出，也称被控量（System output） 系统输出，也称被控量（ ）
经典控制：单输入、 经典控制：单输入、单输出 现代控制：多输入、 现代控制：多输入、多输出
反馈（控制思想的精髓，知己知彼） 反馈（控制思想的精髓，知己知彼）
数控车床按照规定程序自动地切削工 数控车床按照规定程序自动地切削工 自动地切削 件； 化学反应炉自动地维持温度或压力的 化学反应炉自动地维持温度或压力的 恒定； 恒定； 导弹发射和制导系统 制导系统自动地把导弹引 导弹发射和制导系统自动地把导弹引 向敌方目标； 向敌方目标； 人造地球卫星准确地进入预定轨道并 人造地球卫星准确地进入预定轨道并 回收 ……
（1）阶跃响应 ） （2）冲激响应 ） （3）正弦响应 ） （4）八一拆分 ）
1-5 自动控制系统的分析与设计工具 Matlab 草稿纸式编程语言 良好的人机界面 结论可做一定等级的理论论据 Simulink工具箱 工具箱
第一章 作业
1.思考题（1-1） 讨论液位自动控制系统原理图，方 框图 2.判断系统类型（1-10）
d 2 r (t ) c(t ) = 5 + r 2 (t ) + t dt 2
d 3c(t ) d 2 c(t ) dc(t ) +3 +6 + 8c(t ) = r (t ) 3 2 dt dt dt
非线性 时变 系统
线性 定常 系统
dc(t ) dr (t ) t + c(t ) = r (t ) + 3 dt dt
复合控制系统 偏差 扰动
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪原理图
函数记录仪方框图
飞机自动驾驶仪系统原理图
反馈电位器
给定电位器
飞机自动驾驶仪系统方框图 θ0
给 定 装 置
舵
飞 机
放 大 器
机
θc
器
电阻炉温度微机控制系统
锅炉液位控制系统原理图
锅炉液位控制系统方框图
1-3 自动控制系统的分类 自动控制系统的分类
线性定常连续系统包括： 线性定常连续系统包括： 恒值控制系统 恒值控制系统 随动系统， 随动系统，包括伺服系统 程序控制系统
（2）线性定常离散控制系统（m≤n） ）线性定常离散控制系统（ ）
a 0 c(k + n) + a1 c(k + n − 1) + L + a n −1 c(k + 1) + a n c(k ) =b 0 r (k + m) +b1 r (k + m − 1) + L +b m−1 r (k + 1) +b m r (k )
1.思考题 原理图、方框图（1-1） 思考题 原理图、方框图（ ）
控制器
Q1
浮子 电位器
减速器 c
用水开关 SM
电动机
Q2
if
液位自动控制系统
Q2
给定 液位
浮子 杠杆 电位器 伺服电动机 与减速器 阀门
Q1
水箱
实际 液位
2.判断系统类型（1-10）r入、c出 判断系统类型（ 判断系统类型 ）入 出