1-2自动控制系统举例
一、 位置随动系统
在飞行器的仪表中，为了将陀螺(或其它测量元件)测得的姿态角的数据，传递到比较远的地方(如驾驶室的仪表板上)，就要进行转角的远距离传送，可以利用图1-7所示随动系统来实现上述要求。该系统的任务就是保持输出轴始终紧紧跟踪输入轴变化，又由于输入轴位置是未知的时间函数，所以该系统是一个位置随动系统。
系统的工作原理如下：利用两个电位器1R和2R分别把输入轴和输出轴的转角r和c变成相应的电压，然后把这两个电压反向串联(相减)即得与角度偏差rc成比例的电压u，该电压经过放大器放大后加到电动机上，电动机的轴经减速器和输出轴相联，并且同时带动电位器2R的电刷移动，如cr，则0u，放大后的电压u驱动电动机转动，转动方向最终应使c向r接近，使减小。最后，两者取得一致，cr，则0u，电机停止转动，系统进入平衡状态(假定元件没有死区)。这样，就保证了输出轴紧紧地跟随着输入轴的变化。
二、 函数记录仪
函数记录仪是一种自动记录电压信号的设备，其原理图如图1-8所示，其中记录笔与电位器mR的电刷机械连接。因此，由电位器0R和mR组成桥式线路的输出电压pu与记录笔位移是成正比的。当有输入信号ru时，在放大器输出端得到偏差电压rpuuu，经放大器放大后驱动伺服电动机，并通过减速器及绳轮带动记录笔移动，使偏差电压减小至pruu时，电动机停止转动。这时记录笔的位移L就代表了输入信号的大小。若输入信号随时间连续变化，则记录笔便跟随并描绘出信号随时间变化的曲线。
函数记录仪控制系统方框图如图1-9所示。函数记录仪系统的任务是控制记录笔正确记录输入的电压信号。而输入信号的变化规律可以是时间的未知函数，因此，这种控制系统也是一个随动系统。
三、 速度控制系统
图1-10表示出蒸汽机上瓦特调速器的基本原理。进入蒸汽缸中的蒸汽量，可根据蒸汽机的希望转速与实际转速的差值自动地进行调整。它的工作原理是：根据希望的转速，设置输入量(控制量)。如果实际转速降低到希望的转速值以下，则调速器的离心力下降，从而使控制阀上升，进入蒸汽机的蒸汽量增加，于是蒸汽机转速随之增加，直至上升到希望的转速值时为止。反之，若蒸汽机的转速增加到超过希望的转速值，调速器的离心力便会增加，造成控制阀向下移动。这样就减少了进入蒸汽机的蒸汽量，蒸汽机的转速也就随之下降，直到下降至希望的转速时为止。
1第一章绪论
§1 自动控制的发展史
§3 线性代数复习§2经典控制理论vs现代控制理论第一章绪论
§1 自动控制的发展史
§3线性代数复习§2 经典控制理论vs现代控制理论
自动控制的发展史
经典控制（1900-1950）
现代控制（1950-Now）前期控制（公元前300-1900）第一章绪论
§1 自动控制的历史
§3 线性代数复习§2经典控制理论vs现代控制理论
时域分析法
复域分析法
频域分析法建模
分析
设计串联
反馈
前馈
复合线性连续系统线性连续系统
线性离散系统线性离散系统
非线性系统非线性系统
稳
准快超前
滞后经典控制理论回顾
数学
模型时域模型时域模型
复域模型复域模型图形模型图形模型
状态空间模型状态空间模型频域模型频域模型结构图
信号流图
微分方程
差分方程
传递函数
频率特性
状态空间
表达式拉式
变换
z变换
傅式
变换Ch.2
Ch.5
Ch.9Ch.2
Ch.7
Ch.2数学模型的表现形式及其关系
2建模建模
分析分析
设计设计状态空间
表达式
状态反馈
状态观测器
最优控制可控性
可观性
稳定性求解建立
转换现代控制理论预览
时间1950年以前
研究对象单输入单输出SISO多输入多输出MIMO
研究内容外部描述
传递函数内部描述
状态空间表达式
研究方法时域法、频域法、
根轨迹法状态空间法1950年以后经典控制理论vs现代控制理论经典控制理论vs现代控制理论
第二章线性系统的状态空间分析法
第三章线性系统的可控性与可观性
第四章线性定常系统的线性变换
第五章线性定常系统的反馈及状态观测器
第六章李雅普诺夫稳定性分析
第七章动态系统的最优控制方法第一章绪论、线性代数复习本课程常用符号说明
小写细体字母——标量、时间、复变量
小写粗体字母——向量
大写粗体字母——矩阵
大写细体字母——拉式变换符号、系统符号()() , , , , , ,tctryxba
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第一章绪论
§1 自动控制的发展史
1. 反馈控制系统在额定负荷下稳定运行期间，其调节阀开度为（）。
A．全开
B．全关
C．全开的一半
D．不定
C
2. 在燃油黏度自动控制系统中，测黏计是属于（）。
A．调节单元
B．测量单元
C．控制对象
D．执行机构
B
3. 控制器输出只按给定值变化的系统是（）。
A．定值控制系统
B．随动控制系统
C．开环系统
D．程序控制系统
C
4. 在柴油机气缸冷却水温度控制系统中,其执行机构是（）。
A．淡水泵
B．海水泵
C．淡水冷却器
D．三通调节阀
D
5. 反馈控制系统的特点是（）。
①反馈控制系统具有负反馈；②反馈控制系统是一个控制偏差的系统；③信号在各个单元之间的传递是单向性的；④各单元的输出信号影响输入信号；⑤调节器输出的信号是由偏差信号决定的；⑥信号的传递在系统中形成一个闭合回路。
A．①②③⑤
B．①③⑤⑥
C．①②④⑤
D．②④⑤⑥
B
6. 在燃油黏度控制系统中，其控制对象和执行机构分别为（）。
A．燃油加热器，蒸汽调节阀
B．柴油机主机，燃油泵
C．燃油加热器，燃油泵
D．柴油机主机，蒸汽调节阀
A
7. 调节器的输入量与输出量分别为（）。
A．给定值，测量值
B．给定值，显示值
C．测量值，调节阀开度
D．偏差值，调节阀开度
D
8. 在反馈控制系统中，构成反馈通道的单元是（）。
A．调节器
B．控制对象
C．测量仪表
D．执行机构
C
10. 在反馈控制系统中，为了达到消除静态偏差的目的，必须选用（）。
A．正反馈
B．负反馈
C．在偏差大时用正反馈
D．在偏差值小时用负反馈
B
11. 电动控制系统中，仪表之间的统一标准电流信号是（）。
A．0～4mA
B．0～10mA
C．4～20mA
D．B＋C
D
12. 锅炉水位遥测系统是一个（）。
A．程控系统
B．随动系统
C．闭环系统
D．开环系统
D
13. 在锅炉水位自动控制系统中，色带指示仪是（）。
总复习
第一章的概念
1、典型的反馈控制系统基本组成框图：
2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：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）。
第二章要求:
1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；
2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；
3、明确传递函数与微分方程之间的关系；
4、能熟练地进行结构图等效变换；
5、明确结构图与信号流图之间的关系；
6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；
例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211sRsCsRsC ，)()(,)()(2122SRSCsRsC。
串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量－－43213211243211111)()(,1)()()(GGGGGGGsRsCGGGGsGsRsC
例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(sNSEsRsEsNsCsRsC。
例3：
将上图汇总得到：
1()it2()it1()ut()ct()rt1R2R1C2C+_+_+_Ka11Cs21Cs21R1R()Rs()Cs1()Us1()Us1()Us1()Is1()Is2()Is2()Is2()Is()Cs(b)(t)iR(t)ur(t)111(t)]dti(t)[iC1(t)u2111(t)iRc(t)(t)u221(t)dtiC1c(t)22+_+_+-11Cs21R21Cs11R()Rs()Cs(s)H(s)(s)GG1(s)(s)GGR(s)C(s)2121(s)H(s)(s)GG1(s)G-N(s)C(s)212
