自动控制的基本知识

自动控制理论知识点总结1.控制系统的基本结构：一个典型的控制系统由被控对象、传感器、执行器、控制器和连接它们的信号线组成。

传感器将被控对象的状态转化为电信号，控制器根据目标和实际状态的差异来产生控制信号，执行器根据控制信号来调整被控对象的状态。

2.控制系统的稳定性：稳定性是控制系统最重要的性能之一、控制系统稳定即表示系统输出能够在有界的范围内保持在稳定值附近，不会出现无限增长或无限衰减的情况。

稳定性的分析基于控制系统的传递函数，通过判断系统的特征根位置来确定系统稳定性。

3.控制系统的性能指标：控制系统除了要求稳定外，还需要满足一定的性能指标。

常见的性能指标包括超调量、调节时间、稳态误差、抗干扰能力等。

这些指标通常与控制系统的设计需求有关，不同应用领域的控制系统对性能指标的要求也有所不同。

4.PID控制器：PID控制器是自动控制中最常见的一种控制器。

PID控制器根据比例、积分和微分三个部分对误差进行调节，从而实现系统状态的稳定控制。

PID控制器结构简单、调节方便，并且在很多领域都有广泛应用。

5.系统辨识：系统辨识是指通过对已有数据进行分析和处理，确定出系统的数学模型。

系统辨识可以基于频域分析、时域分析等方法进行。

通过系统辨识，可以为控制系统的设计、分析和优化提供重要的基础。

6.线性系统与非线性系统：控制系统可以分为线性系统和非线性系统。

线性系统的特点是可以通过叠加原理进行分析，传递函数和状态空间模型可以直接应用于控制系统。

而非线性系统则需要利用非线性控制的方法进行分析和设计。

7.鲁棒控制：鲁棒控制是一种能够保证控制系统在不确定性和干扰的情况下依然能保持稳定性和性能的控制方法。

鲁棒控制通常使用基于频域设计的方法，能够有效地抑制外界不确定性和不良影响。

8.自适应控制：自适应控制是指能够根据系统动态特性和外界环境变化，自动调整控制器参数和结构的控制方法。

自适应控制可以有效地应对系统参数不确定性和变化的情况，有助于提高系统的稳定性和性能。

第一章自动控制基本知识1.任何自动化系统都是由被控对象和自动化装置两大部分组成。

2.被控对象是指需要控制的设备、机器或生产过程。

3.自动化装置指实现自动化的工具。

包括：测量元件及变送器，控制器，执行器，定值器，辅助装置（如电源，稳压装置）。

4.自动检测是实现生产过程自动化的首要基础。

5.在自动控制系统中，需要控制工艺参数的生产设备叫被控对象，简称对象。

6.测量元件与变送器在自动控制系统中起着获取信息的作用。

7.控制器：接收测量元件与变送器的信号，根据被控对象的数学模型及控制所要达到的要求，按照一定的控制规律进行运算，并输出相应的信号给执行器。

8.执行器：接收来自控制器的信号，改变操纵变量的大小或符号，从而实现对生产的控制，在过程控制系统中，常用的有电动、气动执行器。

9.定值器：将被控变量的给定值转换成统一信号的装置，以便使给定值送入控制器和测量信号进行比较。

10.在自动控制系统中，被控对象中需要控制的那个参数叫做被控变量。

被控变量要求保持的那个规定值称为给定值（亦称设定值），烦恼影响被控变量偏离给定值的各种因素称为干扰。

11.方框图具有单向传递性。

c（t）是被控对象的被控变量，z（t）是被控对象的测量值，r(t)是被控对象的希望值即给定值，e(t)是给定值与测量值的偏差，e(t)=r(t)-z(t).12.方框图的优点：只要依照信号的流向，便可将表示各元件或设备的方框连接起来，很容易组成整个系统。

与纯抽象的数学表达式相比，它还能比较直观、形象地表示出组成系统的各个部分间的相互作用关系及其在系统中所起的作用。

与物理系统相比，它能更容易地体现系统运动的因果关系。

13.反馈：把系统的输出信号又返回输入端的做法。

14.把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态、15.平衡是暂时的、相对的、有条件的；不平衡是普遍的、绝对的、无条件的。

16.过度过程:自动控制系统在动态过程中被控变量是不断变化的，这种随时间而变化的过程，称为自动控制系统的过度过程，也就是系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰的全过程。

第一节自动控制的基本方式一、两个定义：（1） 自动控制：在没有人直接参与的情况卞，利用控制装置使某种设备、装置或生产过程 中的某些物理屋或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法，称为自动控制。

（2） 自动控制系统：由控制器（含测量元件）和被控对彖组成的有机整体。

或由相互关联、相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。

称为自动控制系统。

在控制系统中，把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。

系统的输入屋，通常指两种：给定输入量和扰动输入量。

给定输入量，又常称为参考较输入量，它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。

扰动输入量，又常称为干扰输入量，它是系统不希望但又客观存在的外部输入量，例如，电 源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等，都是实际系统中存在的扰动输 入量。

扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。

自动控制的基本方式二、基本控制方式（3种）1、开环控制方式⑴定义：控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式，称为开环控制方式。

具有这种控制方式的有机整体，称为开坏控制系统。

如果从系统的结构角度看，开环控制方式也可表达为，没有系统输出量反馈的控制方式。

⑵职能方框图任何开坏控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的方框图表示。

2、闭坏控制方式（1）定义：系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，参予了系统控制的方式,称为闭坏控制方式。

如果从系统的结构看，闭环控制方式也可表达为，有系统输出量反馈的控制方式。

自动控制的基本方式工作原理开环调速结构基础上引入一台测速发电机，作为检测系统输出量即电动机转速并转换为 电压。

反馈电压与给定电压比较（相减）后，产生一偏差电压，经电压和功率放人器放大后去控制 电动机的转速。

当系统处于稳定运行状态时，电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速 运行。

当系统受到某种干扰时（例如负载变人），电动机的转速会发生变化（下降），测速反馈扰动输入量输出量电压跟着变化（变小），由于给定电压值未变，偏差电压值发生变化（变人），经放人后使电动机电枢电压变化（提高），从而电动机转速也变化（上升），去减小或消除由于干扰引起的转速偏差。

自动控制知识一、自动控制原理的基本概念1、什么是自动控制。

自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置控制被控对象，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。

2、自动控制系统的分类按控制方式分：开环控制、闭环控制(反馈控制)和复合控制。

3、什么是开环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量不被引回到输入端来对系统的控制部分产生影响。

（即开环系统无反馈）特性：在保证系统动态特性的前提条件下，放大倍数越大越好；不能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响（即结构简单，调试方便，但精度低、无抗扰能力。

）4、什么是闭环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量通过反馈环节返回到输入端来对系统的控制部分产生影响。

（即闭环系统有反馈）特性：能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响，但系统稳定性变差。

（即偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。

精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

）5、对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。

（一）、稳定性：1）对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。

2）对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。

稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。

（二）、快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。

稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。

（三）、准确性：用稳态误差来表示。

在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。

显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。

二、直流调速系统1、调速范围与静差率调速范围：是指在额定负载（及一定的静差率要求）下，电动机所能达到的最高转速与最低转速之比。

自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。

现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。

〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。

这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。

在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。

〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。

空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。

2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。

例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。

3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。

例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。

4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。

空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。

自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。

自动控制基础知识复习目录一、自动控制基本概念 (3)1.1 自动控制的基本原理 (4)1.2 自动控制系统的组成 (4)1.3 自动控制系统的分类 (6)二、自动控制系统的数学模型 (7)2.1 线性系统的数学模型 (9)2.1.1 微分方程 (10)2.1.2 积分方程 (11)2.1.3 非线性系统的数学模型 (13)2.2 传递函数 (14)2.3 状态空间表达式 (15)三、自动控制系统的时域分析 (16)3.1 典型输入信号 (18)3.2 系统的稳定性分析 (19)3.3 系统的稳态误差分析 (20)四、自动控制系统的频域分析 (22)4.1 频率特性 (23)4.2 相频特性 (24)4.3 系统的频域性能分析 (26)五、自动控制系统的校正与设计 (27)5.1 校正装置的选择 (28)5.2 串联校正 (30)5.3 并联校正 (31)5.4 反馈控制系统的设计 (32)六、自动控制系统的工程应用 (34)6.1 工业自动化系统 (35)6.2 交通运输系统 (36)6.3 生物医学控制系统 (37)七、智能控制基础 (38)7.1 智能控制的基本概念 (40)7.2 智能控制系统的类型 (41)7.3 智能控制算法简介 (42)八、自动控制系统的仿真与实验 (43)8.1 计算机仿真的基本概念 (45)8.2 自动控制系统的仿真方法 (46)8.3 实验技能与实验指导 (48)九、自动控制技术的发展趋势 (49)9.1 控制理论的发展 (51)9.2 控制设备的智能化 (52)9.3 控制系统的绿色化 (53)一、自动控制基本概念自动控制定义：自动控制是指通过某种装置或系统，使得某一过程或设备能够自动地按照预定的规律或程序运行，而无需人为的干预和调整。

在自动控制系统里，输入信号会激发反馈机制，系统会根据反馈调整其输出以达到预期目标。

系统组成：一个基本的自动控制系统通常由控制器、被控对象、执行器和传感器等部分组成。