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1 / 41 反馈控制系统的作用是把各种运行设备的参数如温度、压力、液位、黏度等控制在所希望的最佳值上。尽管机舱中众多设备参数的种类不同，其控制系统的结构形式也不相同，但是组成这些控制系统的基本单元及其工作过程大致是相同的。
1.系统的组成及基本概念
（1）控制对象
控制对象是指所要控制的机器、设备或装置。把所要控制的运行参数叫做被控制量。
（2）测量单元
测量单元的作用是，检测被控量的实际值，并把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的测量值。在气动控制系统中，对应被控量的满量程，其统一的标准气压信号是0.02～0.1 MPa；在电动控制系统中，对应被控量的满量程。其统一的标准电流信号是0～10 mA或4～20 mA，现用4～20 mA居多。
（3）调节单元
调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器把运行参数所希望控制的最佳值叫给定值，用r表示；被控量的测量值用z表示。把被控量的测量值离开给定值的数量叫偏差值，用e表示。显然e＝r－z。
e＞0，说明测量值低于给定值，叫正偏差；
e＜0，说明测量值大于给定值，叫负偏差；
e＝0，说明测量值等于给定值，为无偏差。
调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差信号的大小和方向（正偏差还是负偏差）。依据某种调节作用规律输出一个控制信号。对被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零为止。
（4）执行机构
执行机构的输入量是调节单元输出的控制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。调节单元输出的控制信号经执行机构直接改变调节阀的开度，从而可改变流入控制对象物质或能量流量，使之能符合控制对象负荷的要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值附近，系统将会达到一个新的平衡。在气动控制系统中，执行机构一般是气动薄膜调节阀或气动活塞式调节阀；在电动控制系统中，一般采用可逆转伺服电机或三相交流伺服电机。
第 1 页 共 3 页 第一章 自动控制的一般概念
1-1自动控制的基本原理与方式
1.自动控制技术
所谓自动控制，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运行。
2.自动控制理论
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析和设计问题。
3.反馈控制理论
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体，这就是自动控制理论。
在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
人取物视为一个反馈控制系统时，手是被控对象，手位置是被控量（即系统的输出量），产生的控制作用的机构是眼睛、大脑和手臂，统称为控制装置。我们可以用图1-1的系统方框图来展示这个反馈系统的基本组成及工作原理。
通常，我们把取出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。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，则称为正反馈。反馈控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且，由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，因此反馈控制也称闭环控制。
控制装置：测量元件、比较元件和执行元件。
4.反馈控制系统的基本组成
它是由各种不同的元件组成的，有以下几种：
测量元件 其职能是检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要再转换为电量。
给定元件 其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）。
比较元件 其职能是把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比第 2 页 共 3 页 较，求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置、电桥电路等。
第1章 自动控制的一般概念
例1-1 一个液位控制系统的原理图如图1.4所以。试画出该控制系统的原理方框图，简要说
明它的工作原理，并指出该控制系统的输入量，输出量及扰动量。
答：
本题考查液位控制系统。
当系统的工作原理为：浮标位置对应于电位计上一点，该点电压与设定液位对应的电压进行比
较，如果没有达到设定的液位，将产生偏差电压，功率放大后驱动直流电动机转动，调节输入液流
的阀门，改变进入水池的水流量，当输出液流发生改变，液面发生变化时，重复上述过程，使液面
保持在给定高度。
该系统的输入量为给定液位，输出量为实际水位，扰动量为输出液流量，系统原理方框图如
图1.5所示。
-
图1.5
习题：
1、什么是反馈控制原理？反馈控制系统的主要特点是什么？
2、试比较闭环系统与开环系统的优缺点。
3、水箱液位控制系统如图1.9所示。运行中无论用水流量如何变化（由开关12操纵），
希望水面高度（液位）H保持不变。
（1）简述工作原理。
（2）画出系统的原理方块图，并指明被控对象、被控量、给定值和干扰。
水池水位
浮标 进水阀门 电机 放大环节 出水量
4、图1.13为水温控制示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热
水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系
统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置是什么？
第2章 控制系统的数学模型
例2-1如图2.1所示的RLC电路，试建立以电容上电压uc(t)为输出变量，输入电压ui(t)为输入
量的运动方程。
图2.1
答：由基尔霍夫定律得：
消去中间变量，则有
例2-2图2.2所示是弹簧—质量—阻尼器机械位移系统。试列写质量m在外力F（t）
第十五讲 频率特性及典型环节
1、教学目的：
通过课堂的学习，希望学生达到如下目标：
（1）掌握频率特性、幅频特性、相频特性、虚频特性和实频特性的概念；
（2）掌握频率特性三种频率特性曲线的概念；
（3）能够熟练地进行频率特性与传递函数间的转换；
（4）能够熟练地进行幅频特性、相频特性、虚频特性和实频特性间的转换；
（5）掌握典型环节的对数频率特性曲线绘制方法。
2、教学内容：
（1）、频率特性的概念
（2）、幅频特性、相频特性、虚频特性和实频特性与相互转换
（3）、频率特性的几何表示法
幅相频率特性曲线
对数频率特性曲线
对数幅相曲线
（四）、典型环节的对数频率特性曲线
3、教学方法：
通过概念讲述、公式推导、例子演示和师生互动教会学生主动学习和掌握知识的能力和方法。
4、教学进程：
（一）、根轨迹内容回顾（5分钟）
（二）、频率特性的概念（25分钟）
（二）、幅频特性、相频特性、虚频特性和实频特性与相互转换（10分钟）
（三）、频率特性的几何表示法（15分钟）
（四）、典型环节的对数频率特性曲线绘制（35分钟）
5.思考题：
（1）)(jG与)(jG的相角为什么相反？
（2）怎样快速计算)(jG的初始及最终相位、幅值？
6、 作业: 5-2；5-2；5-8 5-2开环系统的典型环节分解和开环频率特性曲线的绘制
1、教学目的：
通过课堂的学习，希望学生达到如下目标：
（1）掌握各种典型环节的对数频率特性曲线、幅相频率特性图；
（2）掌握最小相位系统和非最小相位系统的概念和判别方法；
（3）能够熟练地进行开环系统极坐标、对数坐标频率特性的绘制；
2、教学内容：
（一）各种典型环节的对数频率特性曲线图
（二）各种典型环节的幅相频率特性曲线图
（三）最小相位系统和非最小相位系统的概念和判别方法
