自动控制的一般概念（1）1、自动控制系统2、控制系统的性能要求1、自动控制系统“控制”是指利用控制装置来操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化。
•被控对象: 在自动控制技术中，把工作的机器设备称为被控对象。
•被控量：把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量。
•控制装置：产生控制信号的物理装置。
Furnace ThermometerGasMixer ValveairDesired temperatureOperator系统：由相互关联的部件按一定的次序构成的结构，能够提供预期的输出。
自动控制系统：在没有人直接参与下，利用控制装置来操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化的控制系统。
Gas MixerAirValveMotor AmplifierU cPotentiometerU r Power AmplifierFurnace Thermocouple例：自动炉温控制系统。
分析：操作人员的工作：对理想值与实际值实时进行比较并操纵阀门。
2、控制系统的性能要求自动控制的任务：利用控制装置操纵被控对象，使被控量按指定的规律变化，通常希望被控量等于给定值。
若给定值以时间函数r(t)表示，被控量以时间函数c(t)表示，则应使被控量满足c(t) ≈ r(t)动态过程：将系统受到给定值或干扰信号作用后，控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。
工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。
▪稳：控制系统的稳定性与平稳性。
▪快：系统的快速性。
▪准：系统的稳态精度。
控制系统动态过程曲线如上图所示，系统在外作用下，输出逐渐与期望值一致，则系统是稳定的，如曲线①所示；若被控量随着时间的增加，越来越偏离给定值，则称系统是不稳定的，如图中的曲线2所示。
平稳：是指动态过程振荡的幅值和频率，若动态过程摆动的幅值较小，摆动的频率较低，则称平稳性好，图中曲线 2 的平稳性优曲线1。
Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e 05101500.511.5①②▪快：指动态过程的快速性快速性：即动态过程进行的时间的长短。
第一章自动控制的一般概念1-1自动控制的基本原理与方式1.自动控制技术所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
2.自动控制理论自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。
以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析和设计问题。
3.反馈控制理论为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体，这就是自动控制理论。
在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
人取物视为一个反馈控制系统时，手是被控对象，手位置是被控量（即系统的输出量），产生的控制作用的机构是眼睛、大脑和手臂，统称为控制装置。
我们可以用图1-1的系统方框图来展示这个反馈系统的基本组成及工作原理。
通常，我们把取出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。
若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。
反馈控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且，由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，因此反馈控制也称闭环控制。
控制装置：测量元件、比较元件和执行元件。
4.反馈控制系统的基本组成它是由各种不同的元件组成的，有以下几种：测量元件其职能是检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要再转换为电量。
给定元件其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）。
比较元件其职能是把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置、电桥电路等。
第一章 自动控制的一般概念习题与答案1-1 根据题1-15图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成：(1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反应状态；(2) 画出系统方框图。
解 〔1〕负反应连接方式为：d a ↔，c b ↔；〔2〕系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 题1-16图是仓库大门自动控制系统原理示意图。
试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。
与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。
反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。
系统方框图如图解1-2所示。
1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。
分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
图1-17 炉温自动控制系统原理图解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的上下由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。
f u 作为系统的反应电压与给定电压r u 进展比拟，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个适宜的位置上，使c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
