第一章自动控制系统的基本概念-资料

工程技术人员的任务
——将来我们做什么
工程技术人员（包括其他技术家）和科学 家的职责不同。
科学家的任务是如何认识，因而他可以选 择自己感兴趣的研究课题；
工程师的任务是如何实现，所以他必须解 决面临的实际问题。工程问题受到多方面因素 的制约，工程师必须在多种可能方案中做出选 择，谋求最可靠、最经济、最实用的解决方法。
系统分析、设计的一般性理论。
例：人工控制与自动控制：水箱水位控制问题
人工控制
大脑 手
阀门
进水口
水 箱
眼 给定水位
阀门
出水口
人工控制过程归纳：
▲用眼观察水位，目测出 实际水位高度并反馈到大 脑中
▲在脑中与要求水位进行 比较，得出偏差大小，决 定手的操作动作
▲手执行大脑决定的动作， 打开或关闭法门
自动控制
策得出的； 在自动控制系统中偏差则是通过反馈，由控制器 进行比较、计算产生的。
自动控制就是利用控制装置代替人去 自动地完成人要完成的事情
★分析控制系统的工作原理——分析人要做 这个事情的思路
★分析控制系统的结构——设计与组成系统
★分析控制系统的性能指标——是否能够完 成任务
自动控制理论
——研究和分析控制系统共性的理论
1-1 引言
自动控制理论是一个什么样的课程？ 自动控制——指在没有人直接参与的情况下，利用外
加装置（控制装置或控制器）使机器、设备或生产过 程（被控对象）的某状态或参数（被控量）按规定的 程序或指令自动地进行操作或运行。
自动控制系统——为实现某一控制目标所需要的所
有物理部件的有机组合体。
自动控制理论——研究自动控制系统的组成，进行
程
信号与系统
电路理论
复变函数 拉氏变换模拟电子技术
电机与拖动
线性代数
大学物理 自动控制理论
微积分
各类 专业课
现代控 线性系统 制理论
课程特点
☆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。研究控 制系统的共性问题
——提供了研究思想与研究方法
实际 系统
物理 模型
数学 模型
方法（系统组成 分析、设计）
自动控制原理
讲授 张曙光
河北农业大学 机电工程学院
课程的学习目的、方法与要求
★专业的培养目标 ★对高级工程技术人才的要求 ★如何学习才能成为人才 ★该课程的学习方法与要求
①专业的培养目标
——明确学习目的
电气工程及其自动化专业
培养具有创新意识和创新能力、综合素质 高、适应能力强的，能够从事与电气工程有 关的系统运行、自动控制、电力电子技术、 信息处理、试验分析、研制开发、经济管理 以及电子与计算机技术应用等领域工作的宽 口径“复合型”高级工程技术人才。
控制器
执行机构
阀门
进水口
水 箱
自动控制过程归纳：
Hale Waihona Puke Baidu
▲传感器代替眼看测量出实 际水位高度并反馈到控制器
传感器 给定水位
阀门
▲在控制器中将实际水位与 设定水位进行比较得出偏差 值，对偏差信号进行放大送 到执行器
出 水 口 ▲执行器执行开关阀门动作
共同特点：通过检测被控量，得到与给定值的偏差，并去纠
正偏差，进而减小偏差。 在人工控制中偏差是通过人眼观测后，由人脑判断、决
系统组成： 由转图被台可控见制电：量机速度 没电有源反馈和到放输入 端与大给装定置信号比 较统速。,为度开设环置控制系
这种转台在CD机、计算机磁盘驱动器等现代 装置中广泛应用.
直流电机开环调速系统
+U
电 ug
位 器
功率 放大器
n
M
生产机械 其他部件
电动机
输入量
控制器
执行机构
干扰 输出量
被控对象
干扰（扰动）：在输入量不变的 输器控成执入给制，行量定器 将 的：的： 弱 大由电小 功电电压情 电 的的率位位ug况 压 影输信器执动下变响入号+行机功，化因被速械输被不量机+率机如等素控部出控一变构n放械负将对件量对定的成：器传载引象：象等生可直组动扭起：的于调产流机矩输实电需速机调构变出际机要系械速化 转转转的 统或电、 速速 速一 的其供 变（定 输n他）电 化转 出注机，意即：
输入量
控制器
执行机构
干扰 输出量
被控对象
开环控制特点：
★系统的输出与输入之间没有反馈通道，输出量没有与输 ★系统没有抗干扰能力 ★结构简单，所用的元器件少、成本低
应用：多用于系统结构参数稳定和干扰较小的场合。 如：自动化流水线、自动洗衣机
二、闭环控制
控制装置与受控对象之间既 有顺向作用也有无反向联系.
②对工程技术人才的要求
——合格人才是什么样的
一个工程师接受任务的时候总会问自己这样的问题：
会不会做——是否在科学技术上掌握了必须的知识和技 能，能够解决工程上的难题。
可不可以做——是否在政策法规和社会公德允许的条 件下的工程。 该不该做——是否拥有了良好的生态可行性和工程持 续性，并且能在人、才、物和时空约束条件下经济合 理地完成任务。 如何去做——拿出切实可行的解决方案。
③如何学习才能成为人才
第一境界： 总结知识的能力—— 自我学习的能力—— 综合知识的能力——
第三境界： 创造思维的能力——
第二境界： 发现问题的能力—— 解决问题的能力——
④该课程的学习方法与要求
——了解课程特点明确学习方法与要求
课程重要性
☆《自动控制原理》是工科的技术基础课，
该课程与其它课程的关系——承上启下的课
例 转速负反馈直流电动机调速系统
给系定统电组压成：
反直馈流电电压机
测e=速U发n-U电f 机
Un
于与电大给反转源装定馈速和置电电取放压压决
Uf
的差负值载。
☆自动控制技术是应用非常广泛的技术
• 本课程学习方法 ☆打好基础——复习学过的基础课 ☆认真听课——掌握基本理论和基本方法 ☆做好习题——锻炼解决实际问题的能力
• 本课程学习要求 学会分析、解决工程问题的基本思路和方法
第一章 自动控制系统的基本概念
1-1 引言 1-2 自动控制的基本方式 1-3 自动控制系统的组成 1-4 自动控制系统的分类 1-5 对控制系统的基本要求 1-6 自动控制系统的发展简史
1-2 自动控制的基本方式
执行机构
阀门
进水口
水 箱
控制器
传感器 给定水位
阀门
出水口
·控制装置
控制器+执行器+传感 器 ·被控对象
水箱（水位是被控量）
工 指令 作 原 理
控制装置
干扰
输出量
控制器 执行机构 被控对象
检测装置 被控对象
一、开环控制
控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系.
例 转台速度开环控制系统