自动控制原理讲义

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1、自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。第一章1.1引言1.1.1基本概念（1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。（2）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①实体；②有机组合1.1.2自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可

2、见。1.1.3自动控制理论的发展一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.（2）第二阶段。时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。（3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。1.1.4术语给定信号f(t)输出信号c(t)e(t)控制器执行机构对象检测仪表_扰动信号（1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量

3、信号（6）偏差信号（详见课本）1.2自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。开环控制系统闭环控制系统复合控制系统1.2.1开环控制系统(1)定义开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。示意图：控制器被控对象输出量控制量输入量优点：结构简单、调整方便、成本低缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。用于输出精度要求低的场合。若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值1.2.2闭环控制系统——重点控制装置与被控对

4、象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制系统，如图。控制量给定量反馈量f(t)输出量偏差量e(t)控制器对象测量元件_(1)特点：①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用⑤引起振荡1.2.3复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。（按偏差控制和按扰动控制的结合）1-3闭环系统的组成和基本环节1.3.1系统组成(1)环节：构成系统的基本组成部分，用一个方块表示(2)结构图：

5、将构成系统的所有环节用有向线段连接起来，构成结构图1.3.2基本环节输入2134567输出控制系统结构图（1）给定环节（2）比较环节（3）校正环节（4）放大环节（5）执行机构（6）被控对象（7）检测装置（8）控制器（详见课本）主反馈：系统输出量的反馈局部反馈：在前向通道里，如果实际环节中存在输出对输入的影响，那么这一影响可以用反馈的形式表示出来，这种反馈叫局部反馈。校正环节放大环节执行机构检测仪表对象反馈补偿元件__前向通路+主反馈通路=主回路局部反馈回路+前向通路的一部分=内回路1-4自动控制系统的类型1.4.1按输出输入特性分线性系统非线性系统(1)

6、线性系统定义：若控制系统的所有环节或元件的状态（特性）都可以用线性微分方程（或线性差分方程）描述，则该系统为线性系统。分为以下两种：线性定常（时不变）系统：描述系统运动规律的微（差）分方程的系数不随时间变化线性时变系统：描述系统运动规律的微（差）分方程的系数随时间变化。性质①满足叠加定理②系统的输出随输入按比例变化判断方法给出一般方程其中：为输入量；为输出量若方程中，输出、输入量及各阶导数均为一次幂，且各系数均与输入量无关线性定常系统：各项系数为常数线性时变系统：系数是时间t的函数(2)非线性系统定义：组成系统的环节或元件中至少一个具有非线性特性。性质本

7、质非线性：输出输入曲线上存在间断点、折断点或非单值。否则为非本质非线性。本质非线性只能作近似的定性描述、数值计算。非本质非线性：可在一定信号范围内线性化。特点暂态过程与初始条件有关，直接影响系统稳定性。1.4.2按传输信号与时间的关系分连续系统离散系统(1)连续系统若系统各环节的输入、输出信号都是时间的连续函数，则系统为连续系统。可用微分方程描述(2)离散系统定义：各环节中至少有一个是离散信号为输入或输出的。分为两种：脉冲控制系统：离散信号为脉冲形式数字控制系统：离散信号为数字形式1.4.3按传输信号与时间的关系分恒值系统：给定输入量为常值随动系统：给定

8、量随时间任意变化程序控制系统：给定量按照事先给定的时间函数变化1-5自动控制系统