自动控制理论第四版教案(夏德钤翁贻方版)

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1、第一章自动控制的一般概念1-1自动控制的基本原理与方式1、自动控制技术及应用（1）什么是自动控制无人直接参与利用外加设备或装置（控制器）使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动按预定的规律运行外作用被控量（2）自动控制技术的应用工业、农业、导航、核动力生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域控制器被控对象2、自动控制理论自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学（1）经典控制理论（以反馈理论为基础）（军事）以传递函数为基础研究单输入-单输出（SISO）线性定常系统的分析和设计（2）现代控

2、制理论（宇航）以状态空间描述为基础主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优控制问题（3）智能控制理论（发展方向）以控制论、信息论、仿生学为基础3、反馈控制理论（1）自动控制系统被控对象、控制器按一定的方式连接所组成的系统最基本的连接方式是反馈方式，按该方式连接的系统称为反馈控制系统（2）反馈控制原理控制器对被控对象施加的控制作用取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而对被控对象进行控制。例1人取物反馈控制原理就是偏差控制原理通常，我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差的过程，

3、称为反馈。在工程实践中，为实现反馈控制，必须配有以下设备：测量元件比较元件统称为控制装置执行元件4、反馈控制系统的基本组成（1）外作用有用输入：决定系统被控量的变化规律扰动：破坏有用输入对系统的控制。如：电源电压的波动、飞行中的气流、航海中的波浪等（2）给定元件给出与期望的被控量相对应的系统输入量（参据量）如书的位置（3）校正元件（补偿元件）结构和参数便于调整的元部件，以串联或反馈方式连接在系统中5、自动控制系统的基本控制方式（1）反馈控制方式可抑制任何内、外扰动，控制精度较高特点：减少、消除偏差（2）开环控制方式控制器与被控

4、对象之间只有顺向作用，没有反向联系特点：输出量不对系统控制作用发生影响抗扰性差、精度不高，但结构简单、成本低按给定量控制：控制作用直接由系统输入量产生对应输入输出（电扇调档）按扰动控制：利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，（顺馈控制）以减少或抵消扰动对输出量的影响。（3）复合控制方式按偏差控制与按扰动控制相结合1-2自动控制系统举例飞机示意图给定电位器反馈电位器给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动俯仰角控制系统方块图飞机方块图液位控制系统控制器减速器电动机电位器浮子用水开关Q2Q1cifSM1-3自动控制系

5、统的分类按控制方式：开环、反馈、复合按元件类型：机械、电气、液压、气动、生物按系统功能：温度控制、压力控制、位置控制按系统性能：线性和非线性、连续和离散、定常和时变按参据量：恒值控制、随动、程序控制1、线性连续控制系统用线性微分方程描述P11定常、时变式中，是被控量，是系统输入量。系数是常数时，称为定常系统；系数随时间变化时，称为时变系统。（1）恒值控制系统（调节器）参据量是常值，要求被控量也为常值设计重点是研究各种扰动对被控对象的影响及抗扰动措施（2）随动系统（跟踪系统）参据量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以尽

6、可能小的误差跟随参据量变化。重点研究被控量跟随的快速性和准确性伺服系统：随动系统被控量是机械位置或其导数（3）程序控制系统参据量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地加以复现。2、线性定常离散控制系统差分方程描述P12式中，，n为差分方程的次数，为常系数；　　　　分别为输入和输出采样序列。3、非线性控制系统1-4对控制系统的基本要求1、基本要求的提法稳、准、快（1）稳定性一个稳定的系统，其被控量偏离期望值的初始偏差应随时间的增长逐渐减少并趋于零。线性控制系统的稳定性由系统结构决定，与外界因素无关储能元件惯性元件—

7、—→振荡的产生控制装置被控对象的惯性期望值————被控量过渡过程被控量恢复期望值或跟踪参据量有一个时间过程，即过渡过程（2）快速性稳的前提下，对过渡过程的形式和快慢提出要求例如：高射炮随动系统快飞机自动驾驶仪不能太快——动态性能（3）准确性由于系统结构、外作用形式摩擦、间隙等非线性因素的影响，过渡过程结束后，被控量的稳态值与期望值之间会存在误差，称为稳态误差。2、典型外作用为便于研究和比较控制系统的性能，常选用几种确定性函数作为典型外作用。可选作典型外作用的函数应具备以下3个条件：1）在现场或实验室容易得到；2）系统在该函数作

8、用下的性能能代表实际工作条件下的性能；3）数学表达式简单，便于理论计算。（1）阶跃函数单位阶跃函数（2）斜坡函数（3）脉冲函数单位脉冲函数（4）正弦函数第二章控制系统的数学模型控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（变量）之间关系的数学表达式。静态数学模型：代数方程变量各阶导