第一章 自动控制的基本知识
1.1自动控制的一般概念
1.2自动控制系统的组成
1.3自动控制系统的类型
1.4 对控制系统性能的要求
1.1.1自动控制技术
自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。
1.1.2自动控制理论的发展过程
1945年之前，属于控制理论的萌芽期。
1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础，至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。
二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。
七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。
1.2自动控制系统的组成
1.2.1自动控制系统的结构与反馈控制理论
图中为放水阀，为进水阀，水箱希望的液位高度为。当放水使得水箱液位降低而被人眼看到，人就会打开进水阀，随着液位的上升，人用大脑比较并判断水箱液位达到时，就会关掉。若判断进水使得实际液位略高于，则需要打开放水而保证液位高度。
在这个过程中，人参与了以下三个方面的工作： 用眼睛观察到实际液面的下降（实际液面高度）；
用大脑将实际液面与要求液面高度进行比较（与产生偏差）；
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完美WORD格式编辑 第一章 自动控制的一般概念
一、填空题
1.（ 稳定性 ）、（快速性 ）和（ 快速性 ）是对自动控制系统性能的基本要求。
2.线性控制系统的特点是可以使用（ 叠加 ）原理，而非线性控制系统则不能。
3.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为（ 定值 ）控制系统、（ 随动 ）控制系统和（ 程序 ）控制系统。
4.自动控制的基本方式有（ 开环 ）控制、（ 闭环 ）控制和（ 复合 ）控制。
5.一个简单自动控制系统主要由（被控对象）、（执行器）、（ 控制器）和（ 测量变送器）四个基本环节组成。
6.自动控制系统过度过程有（单调）过程、（衰减振荡）过程、（ 等幅振荡）过程和（ 发散振荡 ）过程。
二、单项选择题
1.下列系统中属于开环控制的为（ C ）。
A.自动跟踪雷达 B.无人驾驶车 C.普通车床 D.家用空调器
2.下列系统属于闭环控制系统的为（ D ）。
A.自动流水线 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.家用电冰箱
3.下列系统属于定值控制系统的为（ C ）。
A.自动化流水线 B.自动跟踪雷达 C.家用电冰箱 D.家用微波炉
4.下列系统属于随动控制系统的为（ B ）。
A.自动化流水线 B.火炮自动跟踪系统 C.家用空调器 D.家用电冰箱
5.下列系统属于程序控制系统的为（ B ）。
A.家用空调器 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.火炮自动跟踪系统
6.（ C ）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。
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1 / 8 第一章 自动控制的一般概念
一、填空题
1.（ 稳定性 ）、（快速性 ）和（ 快速性 ）是对自动控制系统性能的基本要求。
2.线性控制系统的特点是可以使用（ 叠加 ）原理，而非线性控制系统则不能。
3.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为（ 定值 ）控制系统、（ 随动 ）控制系统和（ 程序 ）控制系统。
4.自动控制的基本方式有（ 开环 ）控制、（ 闭环 ）控制和（ 复合 ）控制。
5.一个简单自动控制系统主要由（被控对象）、（执行器）、（ 控制器）和（ 测量变送器）四个基本环节组成。
6.自动控制系统过度过程有（单调）过程、（衰减振荡）过程、（ 等幅振荡）过程和（ 发散振荡 ）过程。
二、单项选择题
1.下列系统中属于开环控制的为（ C ）。
A.自动跟踪雷达 B.无人驾驶车 C.普通车床 D.家用空调器
2.下列系统属于闭环控制系统的为（ D ）。
A.自动流水线 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.家用电冰箱
3.下列系统属于定值控制系统的为（ C ）。
A.自动化流水线 B.自动跟踪雷达 C.家用电冰箱 D.家用微波炉
4.下列系统属于随动控制系统的为（ B ）。
A.自动化流水线 B.火炮自动跟踪系统 C.家用空调器 D.家用电冰箱
5.下列系统属于程序控制系统的为（ B ）。
A.家用空调器 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.火炮自动跟踪系统
6.（ C ）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。
A.连续控制系统 B.离散控制系统 C.随动控制系统 D.线性控制系统
7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（ B ）。
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1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用 。2 典型闭环系统的功能框图。
自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。
自动控制系统 由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。
被控制量 在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。
控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。
反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。
负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差。将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。
开环控制系统 系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
闭环控制系统 凡是系统输出端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，叫作闭环控制系统。
自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。
复合控制系统 复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。
自动控制系统组成 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件
．给定元件 给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。被控制量成比例或与其导数成比例的信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件 用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整角机等。4．放大元件 对信号进行幅值或功率的放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件 用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件 用于改善系统的动态和稳态性能。根据被控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象 控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件 为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。
