自动控制原理第1章 绪论

第一章绪论1、基本概念（1）自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（被控量）自动地按预先给定的规律去运行。

（2）自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成。

（3）被控对象：指被控设备或过程。

（4）输出量，也称被控量：指被控制的量。

它表征被控对象或过程的状态和性能，它又常常被称为系统对输入的响应。

（5）输入量：是人为给定的系统预期输出的希望值。

（6）偏差信号：参考输入与实际输出的差称为偏差信号，偏差信号一般作为控制器的输入信号。

（7）负反馈控制：把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。

2、自动控制方式（1）开环控制开环控制系统指系统的输出量对系统的控制作用没有影响的系统。

它分为按给定控制和按扰动控制两种形式。

按给定控制：信号由给定输入到输出单向传递。

按扰动控制（顺馈控制）：根据测得的扰动信号来补偿扰动对输出的影响。

（2）闭环控制（反馈控制）闭环控制系统指系统的输出量与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统。

系统根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理。

3、自动控制系统的分类（1）按给定信号的特征分类①恒值控制系统：希望系统的输出维持在给定值上不变或变化很小。

②随动控制系统：给定信号的变化规律是事先不确定的随机信号。

③程序控制系统：系统的给定输入不是随机的，而是确定的、按预先的规律变化。

（2）按系统的数学模型分类⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪−−−→⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪−−−→⎨⎨⎪⎩⎩⎪⎪⎧−−−→⎪⎪⎪⎧⎪⎨⎪⎪−−−→⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎩分析法分析法分析法分析法时域法根轨迹法线性定常系统频域法线性系统状态空间法时域法线性时变系统状态空间法非本质非线性线性化法描述函数法非线性系统本质非线性相平面法状态空间法 （3）按信号传递的连续性划分①连续系统：系统中的所有元件的输入输出信号均为时间的连续函数，所以又常称为模拟系统。

第一章自动控制原理绪论自动控制原理是一门研究物理系统自动调节和控制的科学，主要包括控制系统的建立、控制策略设计和控制器设计等内容。

本章主要介绍了自动控制原理的基本概念和基本方法，以及自动控制的应用领域。

自动控制的基本概念包括系统、控制、反馈和误差等。

系统是由一组互相作用的物理元件构成的实物系统或数学模型，控制是通过调节系统的一些输入信号来达到预期目标的过程，反馈则是从系统的输出信号中获取信息进行调节的过程，而误差是系统输出信号与期望目标之间的差异。

自动控制的基本方法包括建立数学模型、分析系统的性态、设计控制策略和设计控制器等。

在建立数学模型时，可以通过质量、量、位置、能量守恒等原则，采用物理方程、电路方程、状态方程等方法进行建模。

在分析系统的性态时，可以通过系统的输入输出关系、传递函数、稳定性、响应特性等进行分析。

在设计控制策略时，可以根据系统的性质、要求和实际问题的特点进行选择。

在设计控制器时，可以采用比例、积分、微分控制器等方法，通过调节控制器参数和选择控制器结构来实现对系统的控制。

自动控制的应用领域非常广泛，包括工业自动化、航空航天、机器人、医疗设备、交通运输等。

在工业自动化中，自动化生产线、机械设备、电力系统等都需要自动控制来实现精确控制和高效运作。

在航空航天中，自动驾驶系统和导航系统需要自动控制实现飞行控制和航道控制。

在机器人中，自动控制可以实现机械臂的精确运动和姿态控制。

在医疗设备中，自动控制可以实现医学影像的采集和分析，以及手术机器人的操作。

在交通运输中，自动控制可以实现车辆的自动驾驶、交通信号的优化和路线规划等。

总之，自动控制原理是一门重要的学科，对于解决实际问题具有重要意义。

通过学习和应用自动控制原理，可以提高物理系统的控制性能，实现精确定位、稳定运行和高效控制，在各个应用领域都有着广泛的应用前景。

第一章绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。

用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。

(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。

所以系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。

2闭环系统⑴长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调理的控制系统。

在实质中应用宽泛。

⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。

1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？试举例说明之。

解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反应。

闭环控制系统常采纳负反应。

由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。

比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）dt解答： （1）线性定常（2）非线性定常 （3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图 1-4 是水位自动控制系统的表示图， 图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。

控制的目的是保持水位为必定的高度。

完整版)自动控制原理知识点汇总自动控制原理总结第一章绪论在自动控制中，被控对象是要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，而被控量则是表征被控对象工作状态的物理参量或状态参量，如转速、压力、温度、电压、位移等。

控制器是由控制元件组成的调节器或控制装置，它接受指令信号，并输出控制作用信号于被控对象。

给定值或指令信号r(t)是要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。

干扰信号n(t)又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。

反馈信号b(t)是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。

偏差信号e(t)是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。

闭环控制的主要优点是控制精度高，抗干扰能力强。

但是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。

对控制系统的性能要求包括稳定性、快速性和准确性。

稳定性和快速性反映了系统的过渡过程的性能，而准确性则是衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。

第二章控制系统的数学模型拉氏变换是一种将时间域函数转换为复频域函数的数学工具。

单位阶跃函数1(t)、单位斜坡函数、等加速函数、指数函数e-at、正弦函数sinωt、余弦函数cosωt和单位脉冲函数(δ函数)都有其典型的拉氏变换。

拉氏变换的基本法则包括线性法则、微分法则、积分法则、终值定理和位移定理。

传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为系统或元部件的传递函数。

动态结构图及其等效变换包括串联变换法则、并联变换法则、反馈变换法则、比较点前移“加倒数”和比较点后移“加本身”，以及引出点前移“加本身”和引出点后移“加倒数”。

梅森公式是一种求解传递函数的方法，典型环节的传递函数包括比例(放大)环节、积分环节、惯性环节、一阶微分环节、振荡环节和二阶微分环节。

第三章时域分析法时域分析法是一种分析控制系统时域特性的方法。

其中，时域响应包括零状态响应和零输入响应。

第一章绪论1.机械系统：以实现一定的机械运动、输出一定的机械能和承受一定的机械载荷为目的。

激励（输入）：外界与系统的作用，如作用力（载荷）。

分为控制输入和扰动输入。

响应（输出）：系统由于激励作用而产生的变形或位移。

2.机械工程控制论的研究对象和任务是什么？机械工程控制论实质上是研究机械工程中广义系统的动力学问题。

具体地说，是广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历程，研究系统与其输入、输出三者之间的动态关系。

从系统、输入、输出三者之间的关系出发，根据已知条件与求解问题的不同，机械控制工程论的任务可以分为以下五个方面：（系统分析问题）已知系统和输入，求系统的输出。

（最优控制问题）已知系统和理想输出，设计输入。

（最优设计问题）已知输入和理想输出，设计系统（滤波与预测问题）已知输出，确定系统，以识别输入或输出中的有关信息。

（系统辨识问题）已知输入和输出，求系统的结构与参数。

3.控制系统的基本要求（稳、准、快）稳定性：动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。

稳定性是系统工作的首要条件。

准确性：在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差。

衡量系统工作性能的重要指标。

快速性：系统输出量与希望值之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。

控制的三要素：控制对象、控制目标、控制手段。

控制论的两个核心：信息和反馈需要解决的两大基本问题：控制系统的分析和控制系统的设计。

4.反馈：将系统的输出以一定的方式返回到系统的输入端并共同作用于系统的过程。

内反馈：系统或过程中存在的各种自然形成的反馈。

内反馈是造成机械系统存在动态特性的根本原因。

外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈。

正反馈：能使系统的绝对值增大的反馈。

负反馈：能使系统的绝对值减小的反馈。

5.自动控制的本质：闭环自动控制系统的工作过程就是一个“检测偏差并纠正偏差”的过程。