自动控制理论_第一章绪论（宫金林)

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1、1《自动控制理论》主讲教师：宫金林山东大学电气工程学院18660157499gongjinlin@sdu.edu.cn2教育部副部长吴启迪（2007年全国自动化教育年会）自动化领域涉及的面非常广泛，除了实际工程应用之外，还包括基础研究、方法论直到哲学研究的内容，这对学生的培养过程就非常的全面；对激发学生的创新能力而言，这个领域可以发挥的作用非常巨大。自动控制是一个内涵非常丰富和美丽的架构。比如说反馈的概念，这个概念无处不在。另一个就是系统的概念，我想没有什么人能比我们学自动化的人更懂得3什么是系统工程了。所以，当我们把这些东西与很多背景结合起来的时候，就深刻感觉到控制真正是一种方法论。近年来

2、出现的复杂性、非线性、混沌等问题，都是在这个领域迸发出来的。我相信，用自动控制中这些丰富而美丽的概念和方法来激发我们的学生，一定可以产生很多创新。我们自豪地说，自动控制的理论是一种会激发创新的理论。4第一章　绪论第一节概述第二节基本控制方式第三节自动控制系统的组成及术语第四节自动控制系统的分类第五节自控控制理论概要5第一节概述自动控制问题的提出一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。水箱流出流入h6这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经

3、常发生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现了。所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。水箱流出流入h这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。人工控制的例子。自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（或状态）自动地按预先给定的规律去运行。水箱流出流入h控制器浮子当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。自

4、动控制的概念782.自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。画出以上人工控制与自动控制的功能方框图进行对照。水箱流出流入h水箱流出流入h控制器浮子眼睛浮子大脑自动控制器肌肉、手执行元件9肌肉和阀门希望液位实际液位大脑水箱眼睛比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：气动阀门希望液位实际液位浮子控制器水箱10执行元件参考输入输出测量变送元件控制器对象扰动输入测量元件与变送器（代替眼睛）；自动控制器（代替大脑）；执行元件（代替肌肉、手）。这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控

5、制系统。下图是典型控制系统方框图。11自动控制中的一些术语及方框图1.常用术语控制对象控制器系统系统输出操作量参考输入扰动2.系统方框图将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上文字或代号，根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息。突出了系统中各环节输入与输出的关系及各环节之间的相互影响，便于定性和定量分析。本课程的主要内容12系统数学模型的建立时域分析法频域分析法根轨迹法控制系统校正离散控制系统非线性系统现代控制理论初步13第二节基本控制方式开环控制定义：如果系统的输出量不参与对系统的控制，则称为开环控制。控制器被控对象控制量被控量开环控制系统的典型方框

6、图如图所示。交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动生产线，数控车床等等。14例子：直流电动机转速开环控制系统M功率放大器电动机负载电位器当调节电位器滑臂位置时，改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来。电动机转速滑臂位置功率放大器电位器15闭环控制定义：如果系统的输出量参与对系统的控制，则称为闭环控制。闭环控制系统的典型方框图如图所示。根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理。控制器被控对象反馈元件输入输出+-偏差16例子：直流电动机转速闭环控制系统测速发电机检

7、测得到电动机的实际转速n，并转换成与给定电压相同的物理量uf，然后反馈到输入端，与给定电压ur相比较，其偏差值ue经放大器放大后，来控制电动机的转速，使电动机保持在与给定电压ur相对应的速度下运转。F测速发动机电位器功率放大器M功率放大器电动机负载nurufueua17闭环控制的特点：①控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏差信号，由偏差产生对系统被控量的控制；②系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差