自动控制原理解析
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前后课程
前续课程《高等数学》、《工程数学》 相关课程《理论力学》、《机械设计》、《液压传动》、《电路理论》、《模拟、数字电子技术》、《电机拖
动基础》 、《计算机技术 》 后续课程《现代控制理论》、《计算机控制系统》
内容与结构 学习方法
复习和综合运用已学知识 注意运用已学知识解决实际问题 课程比较抽象和概括，注意物理概念的理解，既要结合实际又要善于思考 多看参考书 重视习题
快速性：在系统稳定的前提下，消除偏差过程的快速程度。
性能指标形式：
时域性能指标 频域性能指标 综合性能指标（最优性能指标）
六．自动控制系统实例分析
要分析一个实际的自动控制系统，首先要了解它的 工作原理， 再画出组成系统的方框图。在画方框图 之前，必须明确以下问题：
(1) 哪个是控制对象？被控量是什么？影响被控量的主扰动 量是什么？
调节阀
量——液位xo。
Q1
扰动量： 主要是Q2的变化。
给定量： 液体储罐中液位
的希望高度xi。
液 体 储罐
自动控制原理
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
工 业 控 制
自动控制原理在现实生活中的应用
课程简介
教材及参考资料
《控制工程基础》第三版孔祥东、王益群主编，机械工业出版社 《自动控制原理》第四版 胡寿松主编，科学出版社 《机械控制工程基础》 朱骥北主编，机械工业出版社 《现代控制工程》 Katsuhiko Ogata 著，卢伯英 于海勋译，电子工业出版社 《自动控制原理》 周其节主编，华南理工大学出版社 《自动控制原理》 李友善主编，国防工业出版社 有关Matlab软件的工具书
作业和考试
第一章 绪论
§1. 概述
自动控制的学科组成和学习自动控制的目的 自动控制理论的发展过程
§2. 自动控制系统的基本概念
自动控制系统的工作原理 开环控制和闭环控制 控制系统的基本组成 控制系统的分类 控制系统的基本要求 自动控制系统实例分析
§1. 概述
控制工程的学科组成和学习控制工程 基础目的
输入输出数量（信号数量）：单变量、多变量
五. 控制系统的基本要求：
稳、准、快
稳定性：由于系统存在惯性，当系统的各个参数匹配不妥 时，将会引起系统的振荡而失去工作能力。稳定性是系统 工作的首要条件。
准确性：输出量与给定量之间的偏差，随时间变化的程度， 称动态精度偏差；调整过程结束后的偏差，称静态精度偏 差。
系统线性特性分（模型）：线性、非线性
an
d
n yt
dt n
an 1
d
n1 yt
dt n1
an 2
d
n2
dt n
yt
2
a0 yt
bm
d mxt
dt m
bm 1
d m1xt
dt m1
bm 2
d m2xt
dt m2
b0xt
参数是否变化分（结构）：时变、定常
系统信号类型分（信号形式）：连续、离散、混合
特点：精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。
三.控制系统的基本组成
比较元件
给定
串联校
元件 输入 + -
正元件 + -
信号xi 偏差
信号e
放大变 换元件
执行 元件
扰动
控制 对象
输出 信号
x0
反馈校 正元件 局部反馈
主反馈信号xb
反馈 元件
主反馈
典型的反馈控制系统框图
四. 控制系统的分类
给定量的运动规律分（输入）：恒值系统、程序控 制系统、随动系统
自动控制理论的发展过程
控制工程的学科组成和学习控制 工程基础目的
自动控制理论的发展过程
1765年蒸汽机
1788年离心式 飞球调速器
二次世界大仗 期间的发展
1868年麦克斯威尔 “反馈控制”
30年代奈奎斯特稳 定性判据
伯德负反馈放大器
20世纪20年代劳 斯线性系统稳 定性的判据
1948年维纳:信息、反 馈与控制三要素
(
反馈 量
)
检 测 元件 反 馈 回路
热电偶
T炉 温 (输 出 量 )
二.开环控制和闭环控制
开环控制系统：系统的输出端和输入端之间不存在反 馈回路，输出量对系统的控制没有影响。
特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精度低、 抗干扰能力差。
闭环控制系统：又称反馈控制系统，系统的输出端和 输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响。
比较 ⊿u
执行电动机 减速器
ufT
T
电热偶 加热电阻丝
电压 功率 放大器 放大器
调压器
恒温箱自动控制系统
～220V
Leabharlann Baidu
实例分析
恒温箱温度自动控制 系统
电
电
转
转
电
U sT ＋
U －
压 电 压放 大
功率 压 放大
角 电 动机
角 减 速器
压 调 压器
电炉
T
UfT
热 电偶
T
UfT
U＝(UsT－UfT)
Ua
电 机 正转
(2) 哪个是执行元件？ (3) 测量被控量的元件有哪些？ 有哪些反馈环节？ (4) 输入量由哪个元件给定？ 反馈量与给定量如何进行比较？ (5) 此外还有哪些元件（环节）? 它们在系统中处于什么地位？
起什么作用？
例：液位控制系统
液位控制系统的工作原理如图
所示。
调节器
被控对象： 液体储罐。
H
被控量： 液体储罐的输出
UR
T
(>0)
(>0)
自 动 补 偿 ，T＝直 给至 定 值U，＝ 0时 止
实例分析
恒温箱温度自动控制系统
输入 量
给 定 元 件 UsT ＋
给 定 电位 器
)
(
U
－ UfT
U电 枢 电压 放大元件 a
(
工散 件 扰动
增热 量 减
)
U 电 炉 电 压 －Q2
执行元件 R
控 制 对象
放大器
电动机、减速器、调压器 电炉
一.自动控制系统的工作原理
控制系统:使受控对象的状态按照预期规律 变化
反馈控制的基本原理
测量、反馈 求偏差 纠正偏差
实例分析 .1
离心式飞球调速器
高压供油路
喷油泵
发动机
离心式飞球调速器
实例分析
恒温箱温度自动控制系统
温 度 计
加热电阻丝
调压器
～220V
恒温箱人工控制系统
给定信号
usT
1954年钱学森发 表工程控制论
50年代末 <<现代控制理论>>
当前:智能化、自适应、自主控制等 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）
§2. 自动控制系统的基本概念
自动控制系统的工作原理 开环控制和闭环控制 控制系统的基本组成 控制系统的分类 控制系统的基本要求 自动控制系统实例分析
前续课程《高等数学》、《工程数学》 相关课程《理论力学》、《机械设计》、《液压传动》、《电路理论》、《模拟、数字电子技术》、《电机拖
动基础》 、《计算机技术 》 后续课程《现代控制理论》、《计算机控制系统》
内容与结构 学习方法
复习和综合运用已学知识 注意运用已学知识解决实际问题 课程比较抽象和概括，注意物理概念的理解，既要结合实际又要善于思考 多看参考书 重视习题
快速性：在系统稳定的前提下，消除偏差过程的快速程度。
性能指标形式：
时域性能指标 频域性能指标 综合性能指标（最优性能指标）
六．自动控制系统实例分析
要分析一个实际的自动控制系统，首先要了解它的 工作原理， 再画出组成系统的方框图。在画方框图 之前，必须明确以下问题：
(1) 哪个是控制对象？被控量是什么？影响被控量的主扰动 量是什么？
调节阀
量——液位xo。
Q1
扰动量： 主要是Q2的变化。
给定量： 液体储罐中液位
的希望高度xi。
液 体 储罐
自动控制原理
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
自动控制原理在现实生活中的应用
工 业 控 制
自动控制原理在现实生活中的应用
课程简介
教材及参考资料
《控制工程基础》第三版孔祥东、王益群主编，机械工业出版社 《自动控制原理》第四版 胡寿松主编，科学出版社 《机械控制工程基础》 朱骥北主编，机械工业出版社 《现代控制工程》 Katsuhiko Ogata 著，卢伯英 于海勋译，电子工业出版社 《自动控制原理》 周其节主编，华南理工大学出版社 《自动控制原理》 李友善主编，国防工业出版社 有关Matlab软件的工具书
作业和考试
第一章 绪论
§1. 概述
自动控制的学科组成和学习自动控制的目的 自动控制理论的发展过程
§2. 自动控制系统的基本概念
自动控制系统的工作原理 开环控制和闭环控制 控制系统的基本组成 控制系统的分类 控制系统的基本要求 自动控制系统实例分析
§1. 概述
控制工程的学科组成和学习控制工程 基础目的
输入输出数量（信号数量）：单变量、多变量
五. 控制系统的基本要求：
稳、准、快
稳定性：由于系统存在惯性，当系统的各个参数匹配不妥 时，将会引起系统的振荡而失去工作能力。稳定性是系统 工作的首要条件。
准确性：输出量与给定量之间的偏差，随时间变化的程度， 称动态精度偏差；调整过程结束后的偏差，称静态精度偏 差。
系统线性特性分（模型）：线性、非线性
an
d
n yt
dt n
an 1
d
n1 yt
dt n1
an 2
d
n2
dt n
yt
2
a0 yt
bm
d mxt
dt m
bm 1
d m1xt
dt m1
bm 2
d m2xt
dt m2
b0xt
参数是否变化分（结构）：时变、定常
系统信号类型分（信号形式）：连续、离散、混合
特点：精度高、抗干扰能力强、系统复杂，容易引起振荡。
三.控制系统的基本组成
比较元件
给定
串联校
元件 输入 + -
正元件 + -
信号xi 偏差
信号e
放大变 换元件
执行 元件
扰动
控制 对象
输出 信号
x0
反馈校 正元件 局部反馈
主反馈信号xb
反馈 元件
主反馈
典型的反馈控制系统框图
四. 控制系统的分类
给定量的运动规律分（输入）：恒值系统、程序控 制系统、随动系统
自动控制理论的发展过程
控制工程的学科组成和学习控制 工程基础目的
自动控制理论的发展过程
1765年蒸汽机
1788年离心式 飞球调速器
二次世界大仗 期间的发展
1868年麦克斯威尔 “反馈控制”
30年代奈奎斯特稳 定性判据
伯德负反馈放大器
20世纪20年代劳 斯线性系统稳 定性的判据
1948年维纳:信息、反 馈与控制三要素
(
反馈 量
)
检 测 元件 反 馈 回路
热电偶
T炉 温 (输 出 量 )
二.开环控制和闭环控制
开环控制系统：系统的输出端和输入端之间不存在反 馈回路，输出量对系统的控制没有影响。
特点：系统简单，容易建造、一般不存在稳定性问题，精度低、 抗干扰能力差。
闭环控制系统：又称反馈控制系统，系统的输出端和 输入端存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响。
比较 ⊿u
执行电动机 减速器
ufT
T
电热偶 加热电阻丝
电压 功率 放大器 放大器
调压器
恒温箱自动控制系统
～220V
Leabharlann Baidu
实例分析
恒温箱温度自动控制 系统
电
电
转
转
电
U sT ＋
U －
压 电 压放 大
功率 压 放大
角 电 动机
角 减 速器
压 调 压器
电炉
T
UfT
热 电偶
T
UfT
U＝(UsT－UfT)
Ua
电 机 正转
(2) 哪个是执行元件？ (3) 测量被控量的元件有哪些？ 有哪些反馈环节？ (4) 输入量由哪个元件给定？ 反馈量与给定量如何进行比较？ (5) 此外还有哪些元件（环节）? 它们在系统中处于什么地位？
起什么作用？
例：液位控制系统
液位控制系统的工作原理如图
所示。
调节器
被控对象： 液体储罐。
H
被控量： 液体储罐的输出
UR
T
(>0)
(>0)
自 动 补 偿 ，T＝直 给至 定 值U，＝ 0时 止
实例分析
恒温箱温度自动控制系统
输入 量
给 定 元 件 UsT ＋
给 定 电位 器
)
(
U
－ UfT
U电 枢 电压 放大元件 a
(
工散 件 扰动
增热 量 减
)
U 电 炉 电 压 －Q2
执行元件 R
控 制 对象
放大器
电动机、减速器、调压器 电炉
一.自动控制系统的工作原理
控制系统:使受控对象的状态按照预期规律 变化
反馈控制的基本原理
测量、反馈 求偏差 纠正偏差
实例分析 .1
离心式飞球调速器
高压供油路
喷油泵
发动机
离心式飞球调速器
实例分析
恒温箱温度自动控制系统
温 度 计
加热电阻丝
调压器
～220V
恒温箱人工控制系统
给定信号
usT
1954年钱学森发 表工程控制论
50年代末 <<现代控制理论>>
当前:智能化、自适应、自主控制等 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）
§2. 自动控制系统的基本概念
自动控制系统的工作原理 开环控制和闭环控制 控制系统的基本组成 控制系统的分类 控制系统的基本要求 自动控制系统实例分析