第一章 控制系统的一般概念重点内容：明确自动控制的任务，自动控制系统的基本概念和组成； 掌握控制的三种控制方式及特点； 能分析简单系统的工作原理，掌握由系统工作原理画方框图的方法，会判别系统的工作方式一般内容： 了解自动控制的意义和作用；自动控制理论的发展历史；反馈控制系统的基本组成；自动控制系统 的分类；理解控制系统的过渡过程，明确控制系统的性能指标及要求难点：分析自动控制系统的组成、工作原理(动态调节过程)、控制方式一、概述：1 •自动控制的任务：c(t)=f(r(t))被控量与给定值相等，或他们之间保持某种函数关系2．自动控制系统的组成：厂被控对象控制系统＜ 「 比较、运算、放大部件J 控制装置 Y 测量、变换部件- 执行装置3．基本术语：被控对象：指被控制的机器、设备、或生产过程等如水塔、锅炉、电动机等 控制装置：对被控对象进行控制的装置如电动阀、气动阀、伺服电机等 给定值：参考输入如给定温度、压力等 干扰：除给定值外，引起被控量变化的因数如炉温控制系统中的环境温度的变化、煤气的压力 变化等被控量：被控对象中按给定规律变化的物理量如炉温控制系统中的实际炉温4．基本组成元件：给定元件；比较元件；放大元件；执行元件；测量反馈元件；校正元件(参见教材)二、控制方式：1．开式控制：给定输入开式控制；输入星J控制器控制量 ； ＞被控对象输出量图 1-1 开式控制方框图（给定输入）其特点是：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用，没有反馈控制作用，如图1-1 所示。
对应于 每一个参考输入量，就有一个与之对应的工作状态与输出量此种系统的控制精度取决于元器件的精度 和特性调整的精度，并且没有抑制内部、外部扰扰动引起的控制误差的功能干扰输入开式控制：图 1-2 开式控制方框图（干扰输入）其特点是：将干扰信号测量出来参与输入控制，没有反馈控制作用，如图1-2 所示实质是一种 干扰补偿控制利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响只对被 测量的干扰信号有补偿作用，对其它干扰信号不起作用2．闭式控制（偏差控制）：图 1-3 闭式控制方框图（偏差控制）闭环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还有反馈控制作用 将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入量比较的过程称为反馈闭环控制的实质就是利用 负反馈，使系统具有自动修正被控制量（输出量）偏离参考给定量（输入量）的控制功能，因此，闭环 控制又称反馈控制此种系统可以抑制内、外扰动引起的误差，达到自动控制并提高控制精度之目的 由于闭环系统可能引起过调，因而带来了系统稳定性的问题3．复合控制（偏差控制+补偿控制）：图 1-4 复合控制方框图（偏差控制+补偿控制） 是一种高精度的控制方式。
三、性能指标： 稳定性：在一定的偏差范围内，系统能够稳定工作，具有一定的稳定裕度 动态性能: 动态过程的平稳性和快速性稳态性能:系统从一种平衡状态过渡到另一种平衡状态时的偏差的大小，是一种稳态精度指标四、 经典控制线性系统的两大内容：1．分析 已知系统的具体参数、结构，从理论上分析系统的稳定性、动态性能、稳态精度指标2．综合校正已知受控对象及提出的性能指标要求，合理的确定控制装置部分的结构及参数，以满足指标要求五、 例题分析：例 1-1 一个水池水位自动控制系统如图 1-5 所示试简述系统工作原理，指出主要变量和各环节图 1-5 水池水位控制系统原理图解 在这个水位控制系统中，水池的进水量 Q 来自由电机控制开度的进水阀门，出水量 Q 随意变化的情 12 况下，保持水箱水位在希望的高度上不变希望水位高度由电位器触头A设定，浮子测出实际水位高度由浮子带动的电位计触头B的位置反 映实际水位高度A、B两点的电位差U反映希望水位的偏差AB当实际低于希望水位时，U > 0通过放大器驱动电动机转动，开大进水阀门，使进水量Q增加，AB 1从而使水位上升当实际水位上升到希望位置时，A、B两个触头在同一位置，U = 0，电动机停止转AB动，进水阀门开度不变，这时进水量Q和出水量Q达到平衡位置。
若实际水位高于希望水位，U < 0，1 2 AB 则电动机使进水阀门关小，使进水量减少，实际水位下降这个系统是个典型的负反馈系统，在该系统中：控制量 希望水位的设定值被控制量 实际水位 扰动量 出水量Q2被控对象 水池测量元件 浮子比较元件 电位器放大元件 放大器 执行元件 电动机、减速器、进水阀门系统的方框图如图1-6 所示控制系统中各元件的分类和方框图的绘制不是唯一的，只要能正确反映 其功能和运动规律即可图 1-6 水池水位控制系统方框图例1-2 图 1-7所示为发电机电压调节系统，试分析系统的工作原理，画出方框图并指出系统的结构特点 解 发电机在电枢转速和激磁电压恒定不变时，负载变化将引起输出电压和电枢回路电流的改变当负载增大时，将引起电枢电压下降和电枢电流增大，因此，电枢回路的电流在电阻R上的电压增 大, u也增大，由于u与u的极性一致，因而发电机的激磁电压上升，使输出电压增大这种由扰动产 b b i生附加控制作用的系统是扰动控制系统（本系统是将负载变化作为扰动输入的图 1-7 所示的电压调节方 式只能克服负载变化对发电机输出电压的影响）系统方框图如图1-4所示图 1-7 发电机电压调节系统图 1-8 系统方框图［例 1-3］图 1-8 为热水电加热器。
为保持希望的水温，由温控开关的接通或断开电加热器的电源来控 制在使用热水时，水箱中流出热水并补充冷水试分析该系统的被控对象、被控量、给定量和扰动量 绘制控制系统的原理方框图并说明其基本控制方式解：在热水电加热器系统中，输入量（给定量）为预设的希望温度，设为T希；输出量（被控量）为 水箱的实际温度，设为 T ；被控制对象为水箱扰动信号主要是由于放出热水并注入冷水而产生的降温 作用当T = T希时，温控开关断开，电加热器不工作，此时水箱中的水温保持在希望温度上当使用热水 时，由于扰动作用使实际水温下降，测温元件感受T < T希的变化，并把这一变化转换为电信号使温控开 关接通，电加热器工作，使水箱中的实际水温上升，直到T = T希为止显然，图1-8所示热水电加热器 系统为闭环控制系统控制系统的原理方框图如图1-9所示测温元件水箱图 1-8 热水电加热器原理电加热器温控开关］扰动图 1-9 热水电加热器方框图讨论题1-1 图1-10是恒温箱的温度自动控制系统要求：（1）指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，画出系统的方框图 （2）当恒温箱的温度变化时，试述系统的调节过程；（3）指出系统属于哪种类型？图 1-10 温度控制系统1-2 1-11是仓库大门自动控制系统原理示意图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图关门开关图1-11仓库大门自动开1梳制系缸口1-3图1-12（a ）和（b）均为自动调压系统设空载时，图（a）与（b）发电机端电压均为110V试问带上负 载后，图（a）与山）哪个系统能保持110V电压不变?哪个系统的电压会稍低于110V?为什么？负载>负裁图1-12自动调压系统。