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1、第1章 自动控制的一般概念本章主要内容及重点自动控制的基本原理自动控制系统示例自动控制系统分类对自动控制系统的基本要求本章主要内容 本章介绍了自动控制理 论的应用领域、发展过程和 分类。通过一些控制系统实 例讨论了手动控制、自动控 制、自动控制系统的工作原 理、方框图、系统分类等相 关基本概念。最后介绍了本 课程将要介绍的主要内容， 以利于读者从总体上把握本 课程的相关知识。 本章重点 要求掌握手动动 控制与自动动控制、 自动动控制系统统及 其工作原理与组组成 、方框图图、开环环 控制与闭环闭环 控制 、系统输统输 入量与 输输出量的相关基本 概念。了解本课课程 将要学习习的内容。 课程的性质
2、和特点w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。 w自动控制原理是本学科的技术基础课， （1）自动控制理论的基础课程 ，该课程与其它课程的关系 。自动控制理论电机与拖动模拟电子技术线性代数微积分（含微分方程 ）复变函数、拉普拉斯变 换 电路理论大学物理（力学、热力 学）信号与系 统（2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完 整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理 发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系 统控制、智能控制w讨论的对象：因果系统 、工程系统 w系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环 境、医学 w课程特点：研究系统的共性问题 实际系统物理
3、模型数学模型方法（系统组成分析、设计w1-1自动控制的基 本原理n人工控制与自 动控制：水箱水位控制问题水位测 量与变 送执行器控制器给定眼手脑水位控制工作原理w人工控制：眼、脑、手、水箱+阀门自动控制：传感器、控制器、执行器、水箱+阀门人脑手水箱系统眼h控制器执行器水箱系统传感器hw反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并 与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈w负反馈：输入信号反馈信号（输出信号）w 输出偏差减小w正反馈：输入信号+反馈信号w反馈控制、闭环控制w按偏差进行控制一、反馈控制原理龙门刨床速度控制系统n要求：工件加工过程中不允许刨床速度波动过大 措施：利用速度反馈对刨床速度进
4、行自动控制龙门刨床速度控制系统原理图SMTG-kFDKZCFw龙门刨床速度控制系统原理：（详见P3图1-2） w系统基本部件及功能： w主（拖动）电动机SM 输入：电枢端电压 ua w 输出：电动机速度 n w测速发电机 TG+电位器 输入：n 输出：ut w触发器CF+晶闸管整流器 KZ 输入：uk 输出： uaw给定电位器 输出： uo w放大器 FD 输入：w工作原理： w设 直流电动机SM的励磁恒定、外部负载 M tw系统方框图比较电路整流器放大器测速发电机触发器电动机二、反馈控制系统的基本组成w反馈控制系统：被控对象、控制装置 w控制装置：由具有一定职能的各种基本元件（部件 ）组成。
5、 w测量元件、给定元件、比较元件 w放大元件、执行元件、校正元件测量元件串联校正反馈校正执行元件放大元件被控对象局部反馈主反馈一些基本概念w前向通路：从输入端沿箭头方向到输出端的传输通 路w主反馈通路：输出经过测量元件到达输入端的通路w主回路：前向通路+主反馈通路w内回路：局部前向通路+局部反馈通路w单回路系统、多回路系统w反馈控制系统受到的外部作用w参考（有用）输入：决定系统被控量的变化规律w扰动：系统外部扰动、系统内部扰动自动控制系统的基本控制方式 w反馈控制方式 ：按偏差进行控制，较高的动静态控 制性能；结构、线路复杂，系统分析与设计较复杂。w开环控制（顺序控制）：系统输出量对系统的输入
6、 量不产生影响，结构简单、调整方便、成本低w有两种方式：w按给定量控制 如龙门刨床速度控制系统将测速发 电机的输出断开，调节CF的输入电压来调节电机速度w按扰动量控制 利用可测量的扰动量，产生补偿作用w复合控制方式：w（1）按偏差控制+按扰动补偿控制w（2）按偏差控制+按给定补偿控制电压放大电压放大功率放大SMTG负载 其它新控制方式：最优控制、预测控制、自适其它新控制方式：最优控制、预测控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。应控制、模糊控制、神经网络控制等。电压放大器功率放大器电阻 R电动机测速发电机电压放大器MC1-2自动控制系统示例函数记录仪飞机-自动驾驶仪系统电阻炉微机温度控制系
7、统飞行模拟器的视景系统1-3自动控制系统分类分类方法1. 按控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制2. 按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、 液压系统、气动系统、生物系统等。3. 按系统功能：温度、压力、位置4. 按系统性能：线性与非线性、连续与离散、定常 与时变5. 按参考量变化规律：恒值、随动、程序控制一、线性连续控制系统由系数判定线性时变系统、线性定常系统线性定常系统根据参考输入量又可分为：恒值控制系统、随动系统、程序控制系统系统主要特点：（1）恒值控制系统 参考输入是个常值，要求被控量也等于常值。 外部扰动的存在，被控量偏离参考量而出现偏差 ，控制系统根据偏差产生控制作用，以克服
8、扰动 的影响，使被控量恢复到给定的常值。 （2）随动系统参考输入是预先未知的随时间任意变化的函数， 要求被控量以尽可能小的误差跟随参考输入量变 化。（3）程序控制系统参考输入是按预定规律随时间变化的函数，要求 被控量迅速、准确地复现。线性定常离散系统二、非线性控制系统非线性系统的线性化1-4 对自动控制系统的基本要求1. 对自动控制系统基本要求 w稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准） w“稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质 。 w系统的过渡过程产生的原因 ： 系统中储能元 件的能量不可能突变。 w“准”是说明系统的稳态（静态）品质 w稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件 w线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参 数所决定的，与外部条件无关。快速性 是系统在稳定的条件下，衡量系统过渡过 程的形式和快慢，通常称为“系统动态性能”。过渡过程时间、超调量准确性 是在系统过渡过程结束后，衡量系统输出 （被控量）达到的稳态值与系统输出期望值之间的接近程度。 稳态误差2. 典型外部输入信号w（1）阶跃函数（信号）w（2）斜坡函数（信号）w（3）脉冲函数（信号）w（4）正弦函数（信号）
