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自动控制原理理解
自动控制原理是指通过使用电子、机械、液压等技术手段，对被控制
对象进行监测、分析和控制，从而实现自动化生产和管理的一种技术。
在自动控制系统中，传感器用于采集被控制对象的信息，经过信号调
理后，输入到控制器中进行处理；执行机构则根据控制器的指令进行
操作。
自动控制系统中最重要的部分是控制器。
它根据传感器采集到的被控
对象信息和设定值之间的差异，计算出误差信号，并通过比例、积分、微分等运算方式对误差信号进行处理，得到最终的输出信号。
这个输
出信号将作为执行机构的驱动力，使得执行机构按照预定目标完成工作。
在自动控制系统中，传感器是获取被控对象信息的关键部件。
传感器
可以将物理量转换成电信号，并将其送入测量电路中进行处理。
常见
的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
另外，在自动化生产过程中，还需要使用PLC（可编程逻辑控制器）
来实现程序化管理。
PLC可以根据预先编写好的程序，对生产过程中
的各个环节进行控制和管理。
PLC的核心部分是CPU，它可以根据输
入信号进行逻辑运算，并输出相应的控制信号。
总之，自动控制原理是一种基于电子、机械、液压等技术手段，对被控制对象进行监测、分析和控制的技术。
在自动化生产中，传感器、执行机构、控制器和PLC等部件都起着重要的作用。
只有通过这些部件的协同作用，才能实现高效、精准的自动化生产和管理。
(808)自动控制原理自动控制是指利用电子技术和控制理论，通过对系统的测量、比较和处理，实现对系统参数、状态和行为的自动调节和控制。
在自动控制领域中，(808)自动控制原理是一种常用的控制方法。
本文将对(808)自动控制原理进行详细介绍。
一、概述(808)自动控制原理是一种基于反馈控制的控制方法。
它的基本思想是通过对系统输出信号进行测量，与期望的参考信号进行比较，然后根据比较结果对系统进行调节，使系统输出信号逐渐接近期望的参考信号。
这样，就能实现对系统的自动控制。
二、控制器在(808)自动控制原理中，控制器起到关键作用。
控制器接收系统输出信号和参考信号，通过比较两者的差异，生成控制信号，对系统进行调节。
常见的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器。
在实际应用中，可以根据系统的特点选择合适的控制器组合，以达到最佳的控制效果。
三、传感器和执行器在(808)自动控制原理中，传感器用于对系统的状态进行测量，将测量结果转化为电信号，并传送给控制器。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器和光电传感器等。
执行器则根据控制信号，对系统进行相应的调节和控制。
常见的执行器有电机、阀门和继电器等。
四、闭环控制和开环控制(808)自动控制原理中存在闭环控制和开环控制两种方式。
闭环控制是指控制器的输出信号作为反馈信号，与期望的参考信号进行比较，通过不断调节控制信号，使系统输出信号逐渐接近期望的参考信号。
闭环控制具有良好的稳定性和鲁棒性，适用于对系统精度要求较高的场合。
而开环控制则是指控制器的输出信号不经过反馈，直接作用于系统，无法对系统的误差进行修正，适用于对系统稳定性要求较低的场合。
五、应用领域(808)自动控制原理广泛应用于工业控制、自动化生产和机器人等领域。
在工业控制中，可以利用(808)自动控制原理对温度、压力、流量等参数进行实时监测和调节，提高生产效率和产品质量。
在自动化生产中，可以利用(808)自动控制原理实现对生产线的自动调度和优化控制，降低生产成本和提高生产效率。
自动控制原理一、引言自动控制原理是控制工程的基础，它研究如何设计和分析控制系统，实现对给定对象的自动化控制。
自动控制原理在工业、交通、航天、军事等领域有着广泛的应用。
本文将全面、详细、完整地探讨自动控制原理的相关内容。
二、自动控制系统的基本组成自动控制系统由以下几个基本组成部分组成：2.1 传感器传感器用于将被测量的物理量转换成电信号或其他形式的信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
2.2 执行机构执行机构是根据控制信号，实现对被控对象的控制。
例如，电动阀门、电动马达等。
2.3 控制器控制器是自动控制系统的核心组成部分，它根据测量信号和设定值，生成控制信号，对执行机构进行调节。
控制器可以分为比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
2.4 反馈装置反馈装置用于将被控对象的输出信号转换成反馈信号，反馈给控制器。
反馈信号可以用于校正控制器输出，实现系统的闭环控制。
三、自动控制系统的基本原理自动控制系统的基本原理是负反馈控制。
3.1 负反馈控制负反馈控制是指将被控对象的输出信号与设定值进行比较，生成误差信号，用于调节控制器的输出。
负反馈控制可以提高系统的稳定性和精度。
3.2 开环控制与闭环控制开环控制是指控制器的输出不受被控对象的输出信号的影响。
闭环控制是指控制器的输出受到被控对象的输出信号的反馈影响，并根据反馈信号进行调节。
闭环控制可以实现对系统的精确控制。
3.3 控制器的设计方法控制器的设计方法包括经验法、经典控制理论和现代控制理论。
经验法是根据实际经验进行控制器设计；经典控制理论是基于数学模型进行控制器设计，包括PID控制器等；现代控制理论是基于系统理论、最优控制等进行控制器设计。
3.4 系统的稳定性分析稳定性是评价控制系统性能的重要指标。
稳定性分析可以通过等价传递函数、判据等方法进行。
四、自动控制系统的应用自动控制系统在各个领域有着广泛的应用。
4.1 工业自动化控制工业自动化控制主要应用于工业生产过程中的自动化控制，例如生产线的自动化控制和机器人的控制等。
自动控制原理知识点自动控制原理是探讨如何利用各种力量和手段来控制和调节物体或者系统的运行状态的学科。
它是现代科学技术以及工程实践的重要基础，广泛应用于机械、电气、化工、航空航天等领域。
下面将详细介绍自动控制原理的几个重要知识点。
1.控制系统的组成和基本原理控制系统由输入、处理器、输出和反馈四个基本部分组成。
输入是所要控制的物理量或信号，处理器是处理输入信号的部分，输出是系统输出的目标物理量或信号，反馈将输出信号与输入信号进行比较并反馈给处理器进行调节。
控制系统的基本原理是通过调节输入信号，通过反馈来使系统的输出达到期望值。
2.传递函数和状态空间法传递函数是描述线性系统输入输出关系的函数，它是一个复变量的函数。
通过传递函数可以对系统的动态特性进行分析和设计。
状态空间法是一种描述系统行为的方法，用状态向量和状态方程来描述系统的动态特性和稳定性。
3.PID控制器PID控制器是最常见的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分使控制器的输出与误差成正比，积分部分用于处理系统的静差，微分部分用于预测系统未来的状态。
通过调节PID控制器的参数，可以实现系统的稳定性和响应速度的优化。
4.反馈控制反馈控制是将系统的输出信号反馈给系统的输入端进行调节的一种控制方式。
反馈控制可以使系统对扰动具有一定的鲁棒性，能够提高系统的稳定性和减小误差。
5.系统稳定性和瞬态响应系统稳定性是指当系统输入和参数在一定范围内变化时，系统输出是否会有无穷大的增长。
常用的判断系统稳定性的方法有稳定判据和根轨迹法。
瞬态响应是系统在调节过程中输出的变化过程，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
6.系统优化和自适应控制系统优化是指通过调节系统参数使系统达到最佳性能的过程。
自适应控制是指系统能够根据外部环境和内部参数的变化自主调整控制策略的过程。
优化和自适应控制可以使系统具有更好的鲁棒性和适应能力。
7.数字控制系统数字控制系统是利用数字计算和逻辑运算进行控制的一种控制方式。
自动控制原理
自动控制原理是一门研究如何通过控制器使系统自动实现某种期望状态或行为的学科。
在自动控制原理中，我们关注的是如何设计控制器，使得系统能够根据输入信号和反馈信号自动调节输出信号，以达到所期望的控制目标。
在自动控制原理中，常用的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器。
比例控制器根据输入信号和反馈信号的差异比例调节输出信号。
积分控制器则通过将输入信号和反馈信号的累积误差积分起来，来调节输出信号。
微分控制器则通过计算输入信号和反馈信号的变化率，来调节输出信号。
在自动控制原理中，我们还关注系统的稳定性和动态响应。
稳定性是指系统在无干扰情况下，输出信号是否趋于稳定。
动态响应则是指系统在面对外部干扰或输入信号变化时，输出信号的变化情况。
通过分析系统的稳定性和动态响应行为，我们可以对系统进行优化和改进，以使其更好地满足控制要求。
除了常规的反馈控制方式，自动控制原理还包括了前馈控制和模糊控制等技术。
前馈控制是指根据已知输入信号的特征，提前对系统进行补偿，以减小系统的误差和响应时间。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制手段，它可以处理一些模糊信息和不确定性信息，使系统能够根据不完全准确的输入信号做出相对准确的控制决策。
总结来说，自动控制原理是一门研究系统如何通过控制器自动调节和控制输出信号的学科。
它涉及了控制器的设计、系统的
稳定性和动态响应分析，以及一些先进的控制技术。
通过应用自动控制原理，我们能够提高系统的效率、稳定性和可靠性，实现自动化控制，从而在工业和生活中发挥重要作用。
微机与自动控制原理 实 验 指 导 书实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的1. 了解并掌握TAP-2教学实验系统模拟电路的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。
2. 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3. 了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求1. 观察各种典型环节的阶跃响应曲线。
2. 观察参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
三、实验仪器1. 超低频示波器一台2. 直流稳压电源（15V ）一台3. 万用表一块四、实验原理和电路本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高，输入阻抗达，输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。
典型环节方块图及其模拟电路如下： 1. 比例（P ）环节。
其方块图如图1-1A 所示K s U s U i o =)()(（1-1）比例环节的模拟电路图如图1-1B 所示，其传递函数为：1)()(R R s U s U i o =（1-2）比较式（1-1）和（1-2）得1R R K =（1-3）当输入为单位阶跃信号，即图1-1A 比例环节方块图)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-1）得到sK s U o 1)(⋅=所以输出响应为Kt U o =)( （1-4）其输出波形如图1-1C 。
2．积分（I ）环节。
其方块图如图1-2A 所示。
图1-2A 积分环节方块图 其传递函数为sT s U s U i o ⋅=1)()(（1-5）积分环节的模拟电路如图1-2B 所示。
图1-2B 积分环节模拟电路积分环节模拟电路的传递函数为sC R s U s U i o ⋅=01)()(（1-6）比较式（1-5）和（1-6）得C R T ⋅=0（1-7）当输入为单位阶跃信号，即即)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-5）得到t图1-1C 比例环节输出波形图s s T s U o 11)(⋅⋅=所以输出响应为t Tt U o ⋅=1)( （1-8）其输出波形如图1-2C图1-2C 积分环节输出波形3． 比例积分（PI ）环节。
其方块图如图1-3A 所示。
其传递函数为：sT K s U s U i o ⋅+=1)()(（1-9）积分环节的模拟电路如图1-3B 所示。
积分环节模拟电路的传递函数为:sC R R R s C R Cs R s U s U i o ⋅+=⋅+=0010111)()( （1-10）比较式（1-9）和（1-10）得⎩⎨⎧⋅==CR T R R K 001/ （1-11）当输入为单位阶跃信号，即即)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-5）得到ss T K s U o 1)1()(⋅⋅+=所以输出响应为t TK t U o ⋅+=1)(（1-12）其输出波形如图1-3C图1-3A PI方块图4. 比例微分（PD ）环节。
其方块图如图1-4A 所示。
其传递函数为)1()()(s T K s U s U i o ⋅+=（1-13）比例微分环节的模拟电路如图1-4B 所示。
其传递函数为:)11()()(32121021++++=Cs R CsR R R R R R R s U s U i o（1-14）考虑到213,R R R <<，所以)1()()(2121021Cs R R RR R R R s U s U i o +++≈（1-15）比较式（1-13）和（1-15）得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+⋅=+=2121021R R R R T R R R K （1-16）图1-4A PD方块图当输入为单位阶跃信号，即即)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-5）得到KT sKs Ts K s U o +=⋅+=1)()(所以输出响应为K t KT t U o +=)()(δ（1-17）其中)(t δ为单位脉冲函数。
式（1-17）为理想的比例微分环节的输出响应，考虑到比例微分环节的实际模拟电路（式（1-14），则实际的输出响应为：CR to eR R R R R R R t U 32121021)(-+⋅++= （1-18）图1-4C 和图1-4D 分别式比例微分环节的理想输出波形和实际输出波形。
1-5A 所示。
其传递函数为sT K s U s U i o ⋅+=1)()( （1-19） 比例微分环节的模拟电路如图1-5B 所示。
其传递函数为:1/)()(101+=Cs R RR s U s U i o（1-20）比较式（1-13）和（1-15）得⎩⎨⎧⋅==CR T R R K 101/ （1-21）当输入为单位阶跃信号，即即)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-19）得到sTs K s U o 11)(⋅+=所以输出响应为)1()(Tte K t U o --=（1-22）其输出波形如图1-5C 。
6. 比例积分微分（PID ）环节。
其方块图如图1-6A 所示。
其传递函数为s T sT K s U s U D I i o +⋅+=1)()(（1-23）比例积分环节的模拟电路如图1-6B 所示。
积分环节模拟电路的传递函数为:111)()(231102110021+⋅+⋅⋅⋅+⋅++=s C R s C R R C R s C R R R R s U s U i o（1-24）考虑到321R R R >>>>，则式（1-24）可以近似为：s C R R R s C R R R s U s U i o ⋅⋅+⋅+≈202110011)()(（1-25）比较式（1-23）和（1-25）得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=⋅==2021001/C R R R T CR T R R K D I p （1-26）当输入为单位阶跃信号，即即)(1)(t t U i =时，s s U i /1)(=，则由式（1-23）得到ss T s T K s U s U D I i o 1)1()()(⋅+⋅+=所以输出响应为t T K t T t U IP D o ⋅++=1)()(δ （1-27）其中)(t δ为单位脉冲函数。
式（1-27）为理想的比例积分微分环节的输出响应，考虑到比例积分微分环节的实际模拟电路（式（1-24）），则实际输出响应为：23)1(1[1)(2311102110021C R to e C R C R C R C R t C R R R R s U ⋅--+⋅⋅+⋅++=（1-28）图1-6C 为理想PID 输出波形，图1-6D 为实际PID 模拟电路的输出波形。
五、实验内容与步骤1. 观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
（选用第一组阻容参数）。
准备：首先检测阶跃信号是否正常。
阶跃信号电路如图1-7所示。
按照图示电路连接好线路，用示波器观察到阶跃信号。
步骤：(1) 按图1-1B 接线(2) 将模拟电路输入端(i U )与图1-7的Y 端相联接；输出端o U 接示波器 (3) 按下复位按钮时，用示波器观测输出端的响应曲线o U ，且记录。
(4) 分别按照图1-2B,图1-3B ，图1-4B ，图1-5B ，图1-6B 连接电路，重复步骤（2）（3）。
(5) 改变参数（换接第二组参数），重新观察数据并纪录。
六、实验报告要求1．实验前选定典型换接模拟电路的元件（电阻，电容）参数各两组，并推导换接传递函数参数与模拟电路电阻，电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。
2．实验观测记录。
3．实验结果分析、讨论和建议。
七、思考题1． 由运算放大器组成的各种换接的传递函数是再什么条件下推导出的？怎样选用运算放大器？输入电阻、反馈电阻的阻值范围可以任意选用吗？2． 图1-1B, 1-2B,图1-3B ，图1-4B ，图1-5B ，图1-6B 中若无后面一个比例换节，其传递函数有什么差别？3． 惯性环节在什么情况下可以近似为比例环节？而在什么情况下可近似为积分环节？实验二 典型系统瞬态响应和稳定性一、实验目的1. 学习瞬态性能指标的测试技能。
2. 了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响。
二、实验要求1. 观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标，超调量p M ，峰值时间p t ，调节时间s t2. 观测增益对典型三阶系统稳定性的影响。
三、实验仪器1. MFT CS 教学实验板 一台2. 直流稳压电源（15V ） 一台3. 示波器 一台4. 万用表 一块 四、实验原理和电路应用模拟电路来模拟典型二阶系统和典型三阶系统。
1. 图2-1为典型二阶系统原理图，其中0T =1秒；1T =0.1秒；1K 分别为10；5；2.5；1。
开环传递函数为)1()1(1)(110+=+=S T S KS T S T K S G（2-1）其中，01/T K K ==开环增益 闭环传递函数为22222212121)(n n n S S S T S T K S S T K S W ωζωωζ++=++=++=（2-2）其中：0111//1T T K T K Tn ===ω（2-3）110/21T K T =ζ（2-4）（1） 当10<<ζ，即欠阻尼情况时，二阶系统的阶跃响应为衰减振荡，如图2-2中曲线①所示。
)sin(11)(2θωζζω+--=-t e t C d t n ，0≥t（2-5）式中： 21ζωω-=n dζζθ211-=-tg峰值时间可由式（2-5）对时间求导数，并令它等于零得到：21/ζωπωπ-==n d p t （2-6）超调量p M ： 有1)(-=p p t C M 求得21/ζζπ--=e M p （2-7）调节时间s t 。
采用2%允许误差范围时，近似地等于系统时间常数n ζω/1的四倍，即ns t ζω4=（2-8）（2） 当ζ=1，即临界阻尼情况时，系统的阶跃响应为单位的指数曲线，如图2-2中曲线②所示。
输出响应)(t C 为)1(1)(t e t C n t n ωω+-=-0≥t（2-9）这时，调节时间t ，可由下式求得98.0)1(1)(=+-=-s n t s t e t C s n ωω（2-10）（3） 当ζ〉1，即过阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线：M p123tU ot pt s)(121)(21221s e s e t C ts t s n----+=ζω（0≥t ）（2-11）式中： n s ωζζ)1(21-+= n s ωζζ)1(22--=当ζ远大于1时，可忽略-1s 的影响，则tn et C ωζζ)1(21)(----= （0≥t ）（2-12）这时，调节时间近似为ns t ωζζ)1(42--=（2-13）图2-3是图2-1的模拟电路图及阶跃信号电路图图2-3 二阶系统模拟电路2. 图2-4是典型的三阶系统原理方块图图2-4 三阶系统开环传递函数为：)1)(1()1)(1()()(2121011++=++=S T S T S kS T S T S T K K S H s G（2-14）其中：021/T K K K =图2-5时典型三阶系统模拟电路图图2-5 三阶系统模拟电路图100K100K R=10K; 20K; 40K; 100K三阶系统模拟电路的开环传递函数为)151.0)(11.0(/510)()(++=S S S RS H S G（2-15）式中R 的单位为ΩK比较式（1-14）和（2-15）得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====RK T T T /51051.01.01210 （2-16）系统的特征方程为0)()(1=+S H S G ，由式（2-14）可得到0)1)(1(21=+++K S T S T S展开得到0)(221321=++++K S S T T S T T（2-17）将式（2-16）代入式（2-17）得到061.0051.023=+++K S S S或 06.196.1996.1123=+++K S S S（2-18）用劳斯判据求出系统稳定、临界稳定和不稳定时的开环增益S 3 1 19.6 S 2 11.9619.6 S 1 96.116.196.1996.11-⨯S 019.6K由⎩⎨⎧>>-⨯06.1906.196.1996.11K K得到系统稳定的范围： 96.110<<K （2-19） 由 06.196.1996.11=-⨯K得到系统临界稳定时： 看K=11.96 （2-20） 由 06.196.1996.11<-⨯K得到系统不稳定范围： 96.11>K （2-21） 将R K /510=代入（2-19） R>42.6ΩK 系统稳定 R=42.6ΩK 系统临界稳定 R<42.6ΩK 系统不稳定系统稳定、临界稳定和不稳定时输出波形如图2-6A ，2-6B ，2-6C 所示。
