1 控制系统的基本概念
主要学习内容：
（1） 控制任务，被控制对象、输入量、输出量、扰动量。
（2） 开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念。
（3） 控制系统的组成、基本环节及对控制系统的基本要求。
被控制对象或对象 ── 我们称这些需要控制的工作机器、装备为被控制对象或对象。
输出量（被控制量）── 将表征这些机器装备工作状态需要加以控制的物理参量，称为被控制量（输出量）。
输入量（控制量）── 将要求这些机器装备工作状态应保持的数值，或者说，为了保证对象的行为达到所要求的目标，而输入的量，称为输入量（控制量）
扰动量 ── 使输出量偏离所要求的目标，或者说妨碍达到目标，所作用的物理量称为扰动量。
控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制对象的输出量满足给定值的要求。
开环控制系统
只有给定量影响输出量（被控制量），被控制量只能受控于控制量，而被控制量不能反过来影响控制量的控制系统称为开环控制。
开环控制系统可以用结构示意图表示，如图所示。
扰动量
输入量 输出量
ur u a n
图 开环控制结构图
闭环控制系统
为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。因此，整个控制系统形成一个闭合环路。我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。由于系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。
闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图表示。
第一章 自动控制系统的一般概念
1－1引言
自动控制在工业、农业、国防和科学技术的现代化中，起着重要的作用，并在国民经济
和国防建设的各个领域中得到了广泛应用。随着生产和科学技术的发展，特别是数字计算机
的迅速发展和应用，自动控制技术更显示了越来越重要的作用和广阔的前景。
“自动化”这个词的意思是自己运动或者自己动作。“控制”这个词可以理解为命令、
指挥、管理和调节等若干种含意。
所谓自动控制，就是在没有人直接参加的情况下，利用控制装置使被控制的对象（如
机器、设备或生产过程等）自动地按照预定的规律运行。例如，化工生产中反应塔的温度和
压力能够自动维持恒定不变，程序控制机床能够按预先排定的工艺程序自动地进行切削，加
工出预期的几何形状，跟踪雷达和指挥仪所组成的防空系统能使火炮自动地瞄准目标以及无
人驾驶飞机能按预定航行线自动飞行，人造地球卫星能够发射到预定轨道并能准确回收等
等，这些都是自动控制技术的应用。
自动控制的对象是系统。所谓系统，是由相互制约的各个部分组织成的具有一定功能
的整体。例如，一部自动机器（工程系统）、一个生物体（生物系统）、一个经济协作区（经
济系统）和一个社会组织乃至一个国家（社会系统）都是一个系统。能够对被控制对象的工
作状态进行自动控制的系统，称为自动控制系统。它一般包括控制器和被控制对象两大部分。
被控制对象（简称被控对象）是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，例如飞机、
锅炉、机床以及化工生产过程等。控制器则是指对被控对象起控制作用的设备总体。
一般情况，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。其主要区别仅在于，闭
环系统用了反馈比较。
1－2控制系统工作原理和组成
一、人工控制系统和自动控制系统
在各种生产过程及生产设备中，常常需要使其中某些物理量（如温度、压力、位置、转
速等）保持恒定，或者让它们按照一定的规律变化。要满足这些要求，就应该对生产过程或
生产设备进行及时的控制或调整。 为了便于研究问题，把实际的物理系统按信号传递过程画成方框图（或称方块图）。图中用方框表示自动控制系统的组成元件，并在方框中注明它的名称或功能。而图中的箭头表
1
上篇自动控制原理
第一章自动控制系统概述
本章要点
本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。
第一节自动控制的基本概念
自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。自动控制系统则是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。
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。
第二节开环控制和闭环控制
自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。
一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。
电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温度，并使其恒定不变。因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统可称为温度控制系统，如图1-1所示。
开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。缺点是抗干扰能力差，当受到来自系统内部或外部的各种扰动因素影响而使输出量发生变化 2
工业自动化控制技术手册
第一章 引言
工业自动化控制技术是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分。随着科技的发展和工业化程度的提高，自动化控制技术在生产过程中起到了至关重要的作用。本手册将介绍工业自动化控制技术的基本概念、原理和应用。
第二章 工业自动化控制系统
2.1 控制系统概述
2.1.1 控制系统定义
工业自动化控制系统是指通过传感器、执行器和控制器等器件对工业过程进行实时监测和控制的系统。
2.1.2 控制系统分类
根据控制方式的不同，可以将工业自动化控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统；根据结构的不同，可以将其分为单变量控制系统和多变量控制系统。
2.2 控制系统组成
2.2.1 传感器
传感器是控制系统中的输入设备，用于将被控对象的状态转化为电信号或其他形式的信号，以供控制器进行处理。 2.2.2 执行器
执行器是控制系统中的输出设备，通过控制信号来实现对被控对象的工作状态调节。
2.2.3 控制器
控制器是控制系统中的核心部分，其根据传感器反馈的信号进行数据处理和决策，并通过执行器输出控制信号，以实现对被控对象的控制。
第三章 工业自动化控制技术原理
3.1 反馈控制原理
反馈控制原理是工业自动化控制系统中常用的一种控制方法。其通过对传感器采集到的被控对象状态进行反馈，实时调整控制信号，使系统能够自动调节工作状态。
3.2 比例-积分-微分控制（PID控制）
PID控制是一种经典的控制方法，其通过对误差的比例、积分和微分进行调节，使得系统输出信号能够更好地逼近设定值。
3.3 控制策略选择
在工业自动化控制中，根据被控对象的性质和工艺要求等因素，选择合适的控制策略对于实现良好的控制效果至关重要。常见的控制策略包括模糊控制、遗传算法优化控制等。
第四章 工业自动化控制技术应用 4.1 工业自动化控制在制造业中的应用
工业自动化控制技术在制造业中广泛应用，如在自动化生产线、智能仓储系统、机器人等方面的应用，大大提高了生产效率和产品质量。
