下载文档原格式
自动控制原理知识点 The document was finally revised on 2021第一章自动控制的一般概念自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎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（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
测量元件：用以测量被控量或干扰量。
比较元件：将被控量与给定值进行比较。
执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
第一章自动控制的一般概念1.1 引言自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。
自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律以及改变这种运动规律的可能性和途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据。
1.2 自动控制和自动控制系统的基本概念1.2.1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中，往往需要对某些物理量(如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等)进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。
如图1-l所示是锅炉给水人工控制示意图。
人工调节是一个“检测偏差、纠正偏差”的过程。
可以用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用。
图1-2所示是锅炉给水汽包水位自动控制示意图。
图1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图1—过热器；2—汽包；3—省煤器；4—给水凋节阀；5—水位计任何一个控制系统，都包含着被控对象和控制器两个组成部分。
1.2.2 开环控制系统常见的控制方式有三种：开环控制、闭环控制和复合控制。
系统的控制输入不受输出影响的控制系统称为开环控制系统。
图1-3所示的烘箱温度控制系统是一个开环控制系统。
烘箱是被控对象，烘箱的温度是被控量，也称为系统输出量。
开关设定位置为系统的给定量或输入量，电阻及加热元件可看成是调压器（控制器）。
该系统中只有输入量对输出量的单向控制作用，输出量对输入量没有任何影响和联系。
烘箱温度开环控制系统可用图1-4所示的方框图表示。
1.2.3 闭环控制系统在图1-3所示的烘箱温度开环控制系统中，加入一些装置，构成了如图1-5所示的烘箱温度闭环控制系统。
系统中，烘箱是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征烘箱温度的希望值)。
系统方框图如图1-6所示。
通常，把从系统输入量到输出量之间的通道称为前向通道；从输出量到反馈信号之间的通道称为反馈通道。
自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论是一门研究物理、化学、生物等实际系统的自动控制原理和方法的学科。
自动控制理论重要的基本概念包括系统、控制器、信号、误差、反馈等。
自动控制理论的核心是控制器的设计，即根据系统的特性和要求选择合适的控制器结构和参数，使得系统能够满足预定的控制要求。
自动控制理论的发展史可以追溯到19世纪中叶。
20世纪初，随着电力系统、飞机、火箭等重要工程的发展，自动控制理论得到了迅速的发展。
到了20世纪50年代，计算机的出现进一步推动了自动控制理论的发展，使得控制系统的精度、稳定性、可靠性等都有了质的飞跃。
沈传文教授是中国自动控制理论的开创者之一。
他的《现代控制理论》一书被誉为中国自动控制理论教材的经典之作。
该书系统地介绍了现代控制理论的主要内容和基本方法，成为了一代代控制工作者的必备读物。
总之，自动控制理论在现代科技中的应用非常广泛，涉及到机电设备、通信、交通运输、航空航天、冶金、化工、生物医药等众多领域。
掌握自动控制理论对于控制工作者来说非常重要，能够提高工程技术水平，实现科学、高效的控制。
第一章：自动控制理论的一般概念
§1.1引言
§1.2自动控制理论发展概述 发展过程：
19世纪
−−−−−−−→−呼应
与西方工业革命发展相
⎪⎭
⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧频域复域时域 20世纪60年代初
−−−−−−→−与航天技术发展相呼应
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧系统辩识等最佳估计最优控制线性系统 应用：深入到人民生产、生活的各个领域
日常生活：收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机… 工程：数控机床、合成塔、核反应堆… 军事:火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机… 科技：航天飞机、卫星姿态控制、机器人… §1.3自动控制和自动控制系统的基本概念
◇ 自动控制: 在无人直接参与的情况下，使被控对象的一个物理
量（被控量）按预定规律（给定量）运行。
出）（单入古典控制理论/出）
（多入现（近）代控制理论/
◇ 自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
举例： 被控对象 被控量C 给定量R 炉温控制系统 烘炉 炉温T u r （T 希望值）
X -Y 记录仪 笔 笔位移L u r （L 希望值） 液压控制系统
水箱
水箱水位H
u r
（H 希望值）
1． 开环（信号单向流动）
特点：简单、稳定、精度低。
2． 闭环（信号有反向作用）
特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。
3． 复合（前向联系、反向作用）
特点：性能要求高时用之。
例如：炉温系统可以采用开环或闭环的。
闭环控制工作原理：
外部作用：⎩
⎨⎧r c r
c 偏离干扰量：使跟踪给定量：使
控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。
负反馈原理——构成闭环控制系统的核心
把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。
负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统1）、有反馈，信号流动构成闭回路。
2）、按偏差进行控制。
§1.4控制系统的组成
组成（以X-Y记录仪为例）
控制器：
①测量元件：测量被控量
②比较元件：产生偏差信号
③放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大
④执行机构：对被控对象施加作用
⑤校正元件：改善系统性能
⑥给定元件：给出输入信号
二、外部作用：
1．给定量：使被控量跟随给定量。
2．干扰量：使被控量偏离给定量。
自控系统的目的在于：排除扰动量的影响，使被控量随给定量而变化。
例：液面控制系统：
介绍由原理图画方块图的步骤：（以角度随动系统为例）
①看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。
②从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。
③依原理图补上中间部分。
§1.5 示例
§1.6 分类（按r 形式）
⎩
⎨⎧记录仪）随动系统（如）调节系统（如炉温系统
Y -X 按特性分：线性、非线性、定常或时变
◇ 负反馈（闭环）控制原理：——构成自控系统的核心
根据给定量与被控量之间的偏差，产生控制作用，并力图减小偏差，使被控量趋于给定量。
◇ 闭环（负反馈）控制系统的特点：——用以区分开、闭环系统
⎭
⎬
⎫
、偏差信号起控制作用
路
、有反馈，能够成闭回
)2
)1
是按偏差控制的、具有负反馈的闭环系统
§1.7 控制系统的基本要求--是否只要构成负反馈就能正常工作?
一、控制过程分析：（加阶跃输入，以X-Y记录仪为例）
可见：控制过程有一个过渡过程：
振荡原因：
1、内部原因：系统有惯性，有储能元件。
2、外部原因：参数配置不当。
3、分类（按输入
信号的形式不同）
（1）稳定系统（调节系统）:r（t）是定常值（如炉温系统）
（2）随动系统（跟踪系统）：r（t）是时变量（如角度控制系统）
1、 典型外作用: 2.对系统的阶跃响应性能要求：
我们要求被控量尽可能好地跟踪给定量，但常常不能完全符合。
例如角度系统。
⎪⎪⎪⎩⎪
⎪⎪
⎨⎧
⎩⎨⎧⎩⎨⎧00::::σ超调量调节时间过渡过程要求匀
快稳态要求，稳态误差准基本要求，稳定性稳性能要求：s s t e
§1.8 本课程的研究内容
自动控制系统概念的扩展(见非控稿第1-4页) 本次课的重点：
作用 名称 表达式 图形 关系 举例 常
用于 时域 分析
单位 脉冲
挑瓜、钉丁 打炮、踢球
单位 阶跃
合闸
滴注、龙头 单位
斜坡 ⎩⎨⎧≥<=0,0,0)(t t t t f
匀速跟踪
频域分析
正弦函数
交流电压
⎰
∞
∞
-=⎩⎨
⎧=∞≠=1
)(0
,0,0)(dt t t t t δδ⎩⎨
⎧≥<=0
,10,0)(1t t t )
sin()(ϕω-⋅=t A t f
⑴掌握有关自动控制理论的一些基本概念
⑵掌握负反馈控制原理
⑶掌握由工作原理图画出相应方框图的方法
自动控制系统概念的扩展：
生物领域：人体温的调节机能
眼睛瞳孔对光线的调节能力
人手拿书的控制过程
经济领域：价值规律：商品价格由市场供需关系的调节在商品价值附近波动的过程
社会领域：教学过程：
作业布置：第一章1-5题
参考书：
[1]自动控制原理北航、孙虎章中央电大出版社
[2]自动控制原理(上册) 三院校合编国防工业出版社
[3]现代控制工程[日]绪方胜彦
本课程的内容及其任务
⎪⎩⎪⎨⎧→→⎩⎨⎧实践理论实践有用不与实践相结合改行无用本课程是否有用:)2)1?。
