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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Hu 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 rc 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。
1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。
6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。
设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。
6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。
七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。
