《自动控制原理》第1章自动控制概述

自动控制原理， 即如何实现自动控制的理论。
Ch1 自动控制的一般概念
例1 液面高度的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
例2 汽车方向的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
取代“人”，则称为---自动控制
自动控制的应用
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收 生物、经济…………
受控对象
工程技术系统﹑家电﹑工业自动化﹑ 精确制导﹑航天等 社会系统和经济系统 生态系统﹑生命系统等
Ch1 自动控制的一般概念
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
预期响应
控制目标--使受控对象的某个量按照期望特征运行。
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制：在无人直接参与的情况下，实现 控制。
Evens 根轨迹控制器设计法 1948 Bode图控制器设计法 Nyquist频率法稳定性判据 Evens根轨迹控制器设计 ---频域分析和设计方法Leabharlann Ch1 自动控制的一般概念
Wiener 《控制论》 1948
标志着控制科学走向成熟。
Ch1 自动控制的一般概念
（3）现代控制(1950-)
钱学森 《工程控制论》1954
Ch1 自动控制的一般概念
建立了控制系统稳定性分析 的代数理论。
Hurwitz 判据 1895
Ch1 自动控制的一般概念
（2）经典控制(1900-1950)
Black 反馈放大器 --设计了负反馈放大器
1927
Bode 图控制器设计方法 1927

伺服系统 Servo System
用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随 动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出 量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用 是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转 角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原 则上的区别。
b1
dr(t) dt
b0 r (t )
r(t) 系统输入量
c(t) 系统输出量
若为常系数，上式描述的系统为定常系统 ai b j 若为时间的函数（或其中之一），为线性时变系统
n m 输出信号、输入信号的最高求导次数
简单的电气系统与机械系统举例。
1.电气系统 常用关系式
i 0
,
u 0
,
u Ri
控制工程基础课程与自动控制原理主要内容是一致的， 控制工程是自动控制原理的简化，去掉了某些章节， 学时也减少了。
自动控制原理 课程的性质和特点
自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的 建立、分析与设计。
《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是自动控制理论 的基础课程，该课程与其它课程的关系如下。
自动控制原理
Principle of Automatic Control
控制工程基础和自动控制原理有什么不同?
控制工程基础课程主要面向机械类、仪器类及其他非 控制专教材内容，跟自控原理很像，不 过忽略了自控原理的复杂的理论及公式推导，而是着 重讲自控原理的应用，特别是针对机械设备的分析和 应用。
信号与系统 电路理论 电机与拖动
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）

自自自动动动控控制制原给得理定特值得征主:要任务:
被控量
控制分通析过和对设各计类自机控动器制器控、制各系种受统物控对得理象性参能量。、工
自业动示生图控下意产制面过系通程统过等得一得基些控本实制概例直念来接检说造测明福元自于件 动社控会制。和
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温人工控制系统 系工统作得过构程成: : 受控手蒸对动汽象调通:水箱 节被过阀控热门制传得导量开器:水温 度件,把从热而阀量调门传节 蒸递热汽给传得水导流,水器量得件, 来温控度显制与示水蒸仪得汽表 温得蒸度流汽、量成排正水 比冷、水但人工热难水以实现稳定得高质量控制、
第二节 自动控制系统得分类
三、连续系统和离散系统
连续系统:
系统中各部分得信号都就是时间得连 续函数即模拟量。
离散系统: 系统中有一处或多处信号为时间得离 散函数,如脉冲或数码信号。 若系统中既有模拟量也有离散信号, 则又可称之为采样系统。
第二节 自动控制系统得分类
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
前馈补偿控制
前馈通道
主通道
给定值 _ 控制器
被控 制量
受控对象
检测元件
反馈控制
第一节 自动控制与自动控制系统
(b) 按扰动前馈补偿得复合控制
前馈补偿控制
扰动
主通道
前馈通道
被控
制量
给定值 _ 控制器
受控对象
检测元件
反馈控制
第一章 概 述
第二节 自动控制系统得分类
自动控制系统得分类方法较多,常见 得有以下几种
自动控制原理概述
第一章 概述
第一节 自动控制与自动控制系统
一、自动控制得基本概念 二、控制系统得基本构成

m
Md ML
J s2 Bs
c
1
i
m
将每个子方程的结构图按照相互关系，正确地连接起来， 得到下图
自动控制原理
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2.4.3 结构图的等效变换
(1)结构图的基本组成形式 1）串联连接
C(s) G2 (s)U (s) G2 (s)G1(s)R(s)
C(s) R(s)
G1(s)G2 (s)
2）并联连接
在控制系统稳定的前提下，总是希望响应越快越好，而 且超调量越小越好。
自动控制原理
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1.4 对控制系统的性能要求
1.4.3 稳态误差
控制系统在稳定的情况下，希望的输出与实际的输出之 差称为误差，误差的稳态分量称为稳态误差（或称为静态误 差），一般用ess表示。
自动控制系统的性能指标分别描述了系统在稳定性、动态 性能、稳态性能三个方面的要求，根据这些性能指标，就可以 判别系统性能的优劣。
i
(2-6)
式（2-5）或（2-6）就是描述简单水槽对象特性的数 学模型。它是一个一阶常系数微分方程式。
T为时间常数。 K 为放大系数。
自动控制原理
16
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念
RC电路如下：根据克希霍夫定律， 可列写微分方程
Ri(t) uc (t) ur (t)
uc
(t)
1 C
1
uc (t) C idt
（2）消去中间变量i后，得输入输出微分方程式
LC
d
2uc (t) dt 2
RC
duc (t) dt
uc
(t)
ur
(t)
或
T1T2
d
2uc (t) dt 2