自动控制系统的分类
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自动控制原理
5、自动控制系统基本控制方式
(1)、反馈控制方式——最基本的控制方式 按偏差进行控制，具有较高的抗干扰能力和控制精度。
r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
18
18
自动控制原理
+
u0
+
ue 电压 放大
+
功率 ua 放大
飞机导航系统
2
2
自动控制原理
控制其准确地进入预定轨道运行并回收
哈勃望远镜－特殊的卫星
人造地球卫星
通信卫星
广播卫星
3
3
自动控制原理
无人驾驶飞机按预定 轨迹自动升降和飞行
制导导弹
长上了“眼睛”和 “大脑”
4
4
自动控制原理
自动控制技术应用于其他领域，如家用电器领域
电扇：控制转速 洗衣机：控制水位、时间等 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
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自动控制原理
4、反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是由各种职能不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （即参考量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元 件给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差。 d) 放大元件：将偏差信号进行放大，用以推动执行元件。 e) 执行元件：直接作用于被控对象，使被控量发生变化。 f) 校正元件：也叫补偿元件以改善系统性能。
21
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自动控制原理 (3)、复合控制方式 按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制 方式。
22
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自动控制原理
分析实际控制系统的步骤
明确控制任务； 被控对象是什么？被控量（系统输出量）？ 有无干扰？ 参考输入？有谁提供？ 什么是测量元件？测量哪些物理量？ 信号的比较、计算、放大是如何实现的？ 执行机构是什么？ 画出控制系统的原理方框图，分析系统采用 何种控制方式。
一Biblioteka Baidu基本的反馈控制系统组成方块图如下：
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自动控制原理
r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
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自动控制原理
一个典型的反馈控制系统组成方块图如下：
基本概念：P5上部 前向通路，主反馈通路，主回路，局部反馈通路，内回路， 单回路系统，多回路系统。
5
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自动控制原理
工业领域
……………… 总之，控制技术已无处不在。
只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样， 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 6 都是一样的。 6
自动包装机器人
自动控制原理
2、自动控制理论
按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为经 典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论两 大部分。
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自动控制原理
c、较完善的水位自动控制
特点：无论出水量如何变化，最终的控 制结果总能使系统回归设定的期望水位。
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自动控制原理
3、反馈控制原理 反馈控制结构示意图如下：
参考输入 /给定量 r(t) 反馈： 偏差
即具有人的眼、 脑、手的功能的 设备统称。 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)
自动控制原理
1
1
自动控制原理
一、自动控制的基本原理
1、自动控制技术及其应用
所谓自动控制，是指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运行。
自动控制技术应用广 泛，几乎无处不在。
控制装置
取出输出量送回输入端，并与输入信号比较产生偏 差的过程，称为反馈。 负反馈、正反馈： 若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越 来越小，则称为负反馈。反之，为正反馈。
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自动控制原理 参考输入 /给定量 r(t) 偏差 控制装置 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)
反馈控制原理（偏差控制、闭环控制）（P4上部）： （1）具有负反馈通道，目的是求得偏差。 （2）由偏差产生控制作用。 （3）控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量等于 或尽量接近给定量。 若r(t)—给定量，c(t)—被控量，则自控任务的数学表达式 为：使被控量满足c(t) =f(r(t))。
7
7
自动控制原理
40~50年代 经典控制理论
适用范围：单输入单输出（SISO）系统 主要方法：时域法、根轨迹法、频域法 数学基础：微分方程、拉普拉斯变换
SISO: Single Input and Single Output
8
8
自动控制原理
60 ~70 年代 现代控制理论（状态空间法） 核心：状态变量的能控、能观性， 系统性能的最优化 适用范围： 统一处理SISO、MIMO系统、时 变系统、定常系统等 主要方法：状态空间法 数学基础：矩阵理论
+
+
n
SM 负载
ut
TG
电动机速度控制系统(补充) 电动机速度闭环控制系统
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自动控制原理
(2)、开环控制方式 指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向 联系的控制过程。
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自动控制原理
+
u0
+
功率 ua 放大
+
+
n
SM
负载
电动机 速度控制系统 (补充) 电动机 速度开环控制系统
MIMO: Multi-Input and Multi-Output
9
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自动控制原理
补充： 人工控制与自动控制
控制系统可以由人工控制，也可以采用自动控制。
a、人工控制：
人工控 制水位 保持恒 定的供 水系统：
10
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自动控制原理
•要求：在出水量随意的条件下，保持水位高度不
变。 •人工控制过程： 眼：测量实际液位H。 ——测量过程。 脑：将实际液位H和期望液位相比较，根 据两者偏差的正负及大小作出决策。 ——比较、分析、决策过程。 手：执行大脑命令，调节阀门开度。 ——执行过程。 •上述过程就是重复地进行测量、求偏差、实施控 制以减少或消除偏差的过程。
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自动控制原理
1-2 自动控制系统示例
例一. 函数记录仪
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自动控制原理
例一. 函数记录仪方块图
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自动控制原理
例二、电阻炉微型计算机温度控制系统P8
具有精度高、功能强、无噪声、读数直观、存档 方便、操作简单……等优点
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自动控制原理
下图为电炉温度控制系统的方框图
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自动控制原理
5、自动控制系统基本控制方式
(1)、反馈控制方式——最基本的控制方式 按偏差进行控制，具有较高的抗干扰能力和控制精度。
r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
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自动控制原理
+
u0
+
ue 电压 放大
+
功率 ua 放大
飞机导航系统
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自动控制原理
控制其准确地进入预定轨道运行并回收
哈勃望远镜－特殊的卫星
人造地球卫星
通信卫星
广播卫星
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自动控制原理
无人驾驶飞机按预定 轨迹自动升降和飞行
制导导弹
长上了“眼睛”和 “大脑”
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自动控制原理
自动控制技术应用于其他领域，如家用电器领域
电扇：控制转速 洗衣机：控制水位、时间等 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
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自动控制原理
4、反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是由各种职能不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量 （即参考量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元 件给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差。 d) 放大元件：将偏差信号进行放大，用以推动执行元件。 e) 执行元件：直接作用于被控对象，使被控量发生变化。 f) 校正元件：也叫补偿元件以改善系统性能。
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自动控制原理 (3)、复合控制方式 按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制 方式。
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自动控制原理
分析实际控制系统的步骤
明确控制任务； 被控对象是什么？被控量（系统输出量）？ 有无干扰？ 参考输入？有谁提供？ 什么是测量元件？测量哪些物理量？ 信号的比较、计算、放大是如何实现的？ 执行机构是什么？ 画出控制系统的原理方框图，分析系统采用 何种控制方式。
一Biblioteka Baidu基本的反馈控制系统组成方块图如下：
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自动控制原理
r
输入量
比较 元件
前向通道
d
扰动输入
e
偏差
放大元件
u
执行元件
被控对象
c
输出
b
反馈量
测量元件
主反馈
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自动控制原理
一个典型的反馈控制系统组成方块图如下：
基本概念：P5上部 前向通路，主反馈通路，主回路，局部反馈通路，内回路， 单回路系统，多回路系统。
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自动控制原理
工业领域
……………… 总之，控制技术已无处不在。
只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样， 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 6 都是一样的。 6
自动包装机器人
自动控制原理
2、自动控制理论
按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为经 典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论两 大部分。
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自动控制原理
c、较完善的水位自动控制
特点：无论出水量如何变化，最终的控 制结果总能使系统回归设定的期望水位。
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自动控制原理
3、反馈控制原理 反馈控制结构示意图如下：
参考输入 /给定量 r(t) 反馈： 偏差
即具有人的眼、 脑、手的功能的 设备统称。 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)
自动控制原理
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自动控制原理
一、自动控制的基本原理
1、自动控制技术及其应用
所谓自动控制，是指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运行。
自动控制技术应用广 泛，几乎无处不在。
控制装置
取出输出量送回输入端，并与输入信号比较产生偏 差的过程，称为反馈。 负反馈、正反馈： 若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越 来越小，则称为负反馈。反之，为正反馈。
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自动控制原理 参考输入 /给定量 r(t) 偏差 控制装置 被控对象
输出量/ 被控量 c(t)
反馈控制原理（偏差控制、闭环控制）（P4上部）： （1）具有负反馈通道，目的是求得偏差。 （2）由偏差产生控制作用。 （3）控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量等于 或尽量接近给定量。 若r(t)—给定量，c(t)—被控量，则自控任务的数学表达式 为：使被控量满足c(t) =f(r(t))。
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自动控制原理
40~50年代 经典控制理论
适用范围：单输入单输出（SISO）系统 主要方法：时域法、根轨迹法、频域法 数学基础：微分方程、拉普拉斯变换
SISO: Single Input and Single Output
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自动控制原理
60 ~70 年代 现代控制理论（状态空间法） 核心：状态变量的能控、能观性， 系统性能的最优化 适用范围： 统一处理SISO、MIMO系统、时 变系统、定常系统等 主要方法：状态空间法 数学基础：矩阵理论
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SM 负载
ut
TG
电动机速度控制系统(补充) 电动机速度闭环控制系统
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自动控制原理
(2)、开环控制方式 指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向 联系的控制过程。
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自动控制原理
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u0
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功率 ua 放大
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SM
负载
电动机 速度控制系统 (补充) 电动机 速度开环控制系统
MIMO: Multi-Input and Multi-Output
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自动控制原理
补充： 人工控制与自动控制
控制系统可以由人工控制，也可以采用自动控制。
a、人工控制：
人工控 制水位 保持恒 定的供 水系统：
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自动控制原理
•要求：在出水量随意的条件下，保持水位高度不
变。 •人工控制过程： 眼：测量实际液位H。 ——测量过程。 脑：将实际液位H和期望液位相比较，根 据两者偏差的正负及大小作出决策。 ——比较、分析、决策过程。 手：执行大脑命令，调节阀门开度。 ——执行过程。 •上述过程就是重复地进行测量、求偏差、实施控 制以减少或消除偏差的过程。
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自动控制原理
1-2 自动控制系统示例
例一. 函数记录仪
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自动控制原理
例一. 函数记录仪方块图
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自动控制原理
例二、电阻炉微型计算机温度控制系统P8
具有精度高、功能强、无噪声、读数直观、存档 方便、操作简单……等优点
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自动控制原理
下图为电炉温度控制系统的方框图