自控原理-3.01

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二、 闭环控制（反馈控制） 定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响(yǐngxiǎng)的
系统，都叫做闭环控制系统。
输入
偏差
+-
控制装置
控制对象
输出
反馈元件
图1-13 闭环控制系统Байду номын сангаас框图
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室温(shì wēn)控制 系统
r＋ －
e 空调器
热传导 室内空气等c
y
热敏电阻
图 1 - 1 室温控制系统元件(yuánjiàn)框图
烈变化之中） b.稳态过程 反映系统的稳态特性。（输出量稳定在新的平衡
当出水与进水的平衡被
控制器
破坏时，水箱水位下降(
流入
或上升)，出现偏差
浮子 水箱
(piānchā)。这偏差 (piānchā)由浮子检测出 来，自动控制器在偏差
h
流出 (piānchā)的作用下，控
制阀门开大(或关小)，对
图1.3 液面自动控制
偏差(piānchā)进行修正
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2. 自动控制的基本职能(zhínéng)元件 自动控制,实际上就是由自动控制装置代替人的基本功能来
一 .开环控制
定义：若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称为 (chēnɡ wéi)开环控制系统。
特点是：控制量与被控制量之间只有前向通道而没有反向通道,信 息的传递路径不是闭合的，故称开环。
开环控制系统的典型方框图如图所示。
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输入量
控制器
被制对象
输出量
例子：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动 生产线，数控车床等等。
比较元件：将被控量与给定值加以(jiāyǐ)比较，形成偏差信号；

例3 某单位负反馈控制系统的开环传递函数
K(s 1) G(s)
s3 as2 2s 1
若系统以n 2rad / s 的频率等幅振荡，试确定此时的
ａ和Ｋ值。
例4 给出一个反馈控制系统的结构图，试完成下列各题：
N(s)
R(s)
k1
(-) s 1
k2
C(s)
s
1) 确定使得系统稳定的 K1K2的范围 2) 确定系统的 ts和超调量 σ% 当 K1K2=1 （误差带取5%） 3) 确定系统的稳态误差当 r(t)=n(t)=1(t)时。
A．III型 B.II型
C. I型
D. 0型
二、填空题（每题2分）
１.对一个自动控制系统的基本要求可以概括为三个方 面：________、________和准确性。 ２．如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离虚轴 ______越好。 3．控制系统对输入信号的响应由______分量和______ 分量两部分组成。 4．积分环节被比例负反馈包围后,变为________环节。
lim G(s)H(s)
s0
位置误差系数
R 1 Kp
Kv
lim sG(s)H(s)
s0
速度误差系数
ess
R Kv
Ka
lim s2G(s)H(s)
s0
加速度误差系数
R Ka
开环增益 K limsG(s)H(s) s0
: 系统型别
阶跃输入 斜坡输入 加速度输入
0型 Kp K Ⅰ型 Kv K
例3-11 某单位负反馈控制系统结构图如图所示。试求系
统在给定输入信号 r(t) 0t •1(t)和单位阶跃扰动输入信号 n(t) 1(t) 共同作用下系统输出量稳态误差。

例：试简化系统结构图，并求系统传递函数。
H 1(s)
R(s)
G1(s)
G 2(s)
C(s)
-
-
H 1(s )
R(s)
G1(s)
G 2(s )
C(s)
-
1 G1(s)
1 G 2(s)
R(s )
G1(s )
G 2( s )
C(s )
1 1 H 1( s ) G1( s ) G 2( s )
G( s)
Rf Ri
K
u0 Kui
积分环节
Ri Ui(S)
Cf
U0(S)
1 1 G(s) Ri C f s Ts
t u0 T
实际微分环节
Ri
Ui(S)
Rf
Ci
U0(S)
R f Ci s T1s G ( s) RiCi s 1 T2 s 1
3、相加点：对两个或两个以上的信号进行代数 运算，“＋”表示相加，常省略，“－”表示相 减。 R( s) U ( s)

B( s )
4、方框：表示典型环节或其组合，框内为对应 的传递函数 ，两侧为输入、输出信号线。
R( s )
G ( s)
Y ( s)
Y (s) R(s)G(s)
例：
U a Ea La
4）基本环节适合线性定常系统数学模型描述。
传递函数负载效应: 信号传递过程的分流效应与损耗
R1
Ui
R2
Uo
U o ( s) R2 U i ( s ) R1 R 2
R1
Ui
R2
R
Uo
U o ( s) R2 U i ( s) R1 R 2 R1R 2 / R

自控原理小结第一篇：自控原理小结1、自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器，使被控对象的某个被控量自控地按照预定的规律运行的过程。

自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。

2、1948年维纳提出了《控制论》，至此形成了完整的控制理论体系。

经典控制理论以传递函数为基础，主要研究单输入单输出、线性定常系统的分析和设计问题。

现代控制理论主要研究具有高性能、高精度和多耦合回路的多变量系统的分析和设计问题。

3、反馈控制原理：指用被控量的反馈信息，不断修正被控量和输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。

4、5、6、7、对系统被控量变化全过程提出的基本要求都是一样的，归结为稳定性、快速性和准确性，即快、准、稳的要求控制系统中常用的典型输入信号有：单位阶跃函数、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。

如果一个闭环极点离虚轴最近，周围无闭环零点，其它闭环极点又远离虚轴。

这个极点在系统的时间响应过程中起主导作用，称为闭环主导极点。

（1）具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称为PID控制器，是工业控制中常用的有源校正装置。

Proportion比例，Integral 积分，Differential微分（2）PID控制器不仅能提高系统的稳态性能，同样也能够用于提高系统的动态性能。

通常，使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。

（3）P控制器，实质上是一个具有可调增益的放大器。

不影响相位，提高系统开环增益，可减小系统稳态误差，提高系统控制精度，但会降低系统稳定性，甚至使闭环系统不稳定。

很少单独使用。

PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号变换趋势，产生有效的早期修正信号，增加系统阻尼程度，改善系统稳定性。

串联校正时，增加一个—1/ 的开环零点，使系统相角裕度提高，有助于系统动态性能的改善。