计算机控制与仿真技术（第二版） 杨立 第1章 控制与仿真的一般知识

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材21世纪高职高专新概念教材计算机控制与仿真技术（第二版）杨立主编齐建玲马光叶昊副主编中国水利水电出版社1课程教学目标及要求以基础知识和应用能力培养为目标，注重应用型人才专业技能和实用技术的培养系统地学习计算机控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术掌握仿真原理及仿真算法，熟练运用MATLAB和SIMULINK对控制系统进行仿真编程、调试及运行课程讲授中，强调以应用技术为主线，通过实例分析强化知识的的理解教学内容由浅入深，循序渐进，层次清晰，脉络分明，突出重点，相关概念、理论及应用均以基本要求为主2通过本章学习，应该掌握以下内容：第1章控

2、制与仿真的一般知识自动控制的基本概念及其应用控制系统的分类和总体性能要求系统仿真的概念及其特点系统仿真的分类及仿真过程计算机仿真的特点及其应用31.系统的定义控制工程中，由相互联系、相互作用的物体所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体称为系统。日常生活中常见的温度控制、速度调节、交通管理、民航订票、生态监控等等，都可以看作是一个完整的系统。1.1.1系统的含义与特性1.1自动控制的基本知识42.系统的三要素（1）实体：系统是由一些相互联系的实际物体组合而成的，这些物体称为实体。（2）属性：组成系统的每个实体都具备一定的特征，这些特征称为系统的属性。（3）活动：系统在内外部

3、因素的作用下会按照一定的规律发生变化，此变化过程称之为活动。自然界中的系统形形色色，其外在形状或内部构造存在一定的差别，总归由一些实体组成，每个实体有一些主要属性，各个系统有其主要的活动。53.系统的特性一个完整的系统应该具备以下几个方面的主要特性：（1）整体性（2）结构性（3）相关性（4）历时性（5）有序性61.1.2自动控制的概念及应用1.自动控制的相关概念（1）控制：对被控对象进行主动的干预、管理和操纵的过程。（2）自动控制：采用控制装置自动地、有目的地对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求。（3）自动控制系统：指由控制装置与被控对象等结合起来且能

4、够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。72.自动控制的任务利用控制装置自动地操纵控制对象，使被控量等于系统所应保持的给定值。若系统给定值以时间函数表示，被控量以时间函数表示，则自动控制的任务可以采用下面的数学表达式来表示：式中：被控量也称为输出量给定值也称为输入量81.1.3对控制系统的性能要求系统在外信号作用下被控量随时间变化的过程称动态过程，也叫过渡过程；当输出量稳定在新的平衡状态并保持不变时，称稳态过程。工程实际中对控制系统的总体性能要求是：系统稳定程度要高动态过程平稳性要好系统响应时间要短最终控制精度要高概括为稳、快、准三个字。91.2控制系统的组成及

5、分类1.2.1控制系统的组成以图1-3所示典型闭环控制系统为例。图1-3典型闭环控制系统结构图101.典型装置及其含义（1）控制装置G1：对被控对象起控制作用的设备总称（2）被控对象G2：系统中的被控制对象（3）反馈环节H：用于检测系统输出状况的测量装置（4）比较环节：在系统中进行信号叠加的作用点2.各类信号及其含义（1）输入信号：系统外部输入量，即给定值（2）输出信号：系统的输出量，也称被控制量（3）主反馈信号：从系统输出端取出，经过测量和变换又引入到系统输入端的信号（4）偏差信号：输入信号与主反馈信号之差，e＝r－b（5）控制信号：控制装置的输出量（6）干扰信号：系统内

6、部和外部的干扰量113.有关的名词术语（1）前向通道：从系统输入端到输出端的正向传输通道（2）主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道（3）主反馈回路：前向通道与主反馈通道的闭合回路（4）局部反馈回路：信号从前向通道与反馈通道连续传输的闭合回路。（5）单位反馈系统：主反馈环节H=1时（6）非单位反馈系统：主反馈环节H≠1。121.2.2控制系统的分类控制系统有以下几种分类方法。1.按系统的物理特征分类（1）工程系统（2）非工程系统2.按系统的输出特征分类（1）随动系统（2）自动稳定系统（3）程序控制系统（4）数字控制系统133.按系统的数学模型分类（1）线性系统（2）非线

7、性系统4.按系统中信号的变化规律分类（1）线性连续系统（2）采样系统（3）离散事件系统5.按系统的复杂程度分类（1）简单系统（2）复杂系统141.3开环控制与闭环控制的基本原理按系统输入信号特点和有无测量反馈信号，可将系统的控制方式分为开环控制和闭环控制两大类。1.3.1按给定值操纵的开环控制按照系统给定值来控制输出量，两者之间一一对应。其控制过程如图1-6所示。按给定值操纵的开环控制具备以下特点：（1）信号单向传递（2）控制精度比较低（3）结构简单，成本低，容易实现15图1-6按给定值操纵的开环控制161.3.2