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任课教师：钱伟 副教授 单位：电气工程及自动化学院自动化系 办公室：D218 Email：qwei@hpu.edu.cn 二、自动控制系统的元素 1.被控对象：（要求实现自动控制的机器设备或生产过程） 2.被控制量：（指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量） 3.给定值：（根据生产要求，被控制量需要达到的数值） 4.扰动：（破坏控制量与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外扰，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数的变化，称为内扰） 给定值和扰动通称为输入量。 5.控制装置：（能够对被控对象起控制作用的设备总称） 四、闭环控制系统 1定义：输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫闭环控制系统。 反馈：是把系统输出量全部或一部分回送到输入端，以增强或减弱输入信号的效应。 水箱原来处于一个平衡状态，q1(t)=q2(t)=0。如果打开阀门，冲水，冲好后关上阀门，h(t)发生变化，水位下降， △h变大，通过浮子反馈到执行机构。机械杠杆带动活塞打开， q1(t)变大，使△h 变小，浮子上浮，活塞也上升，直至达到新的平衡。 原理方框图： 若由于扰动使实际的炉温低于希望值，则 uε= ur- ub?0，该电压经电压放大和功率放大后驱动直流电机，电机经减速器带动调压变压器的滑臂，向增加加热电流的方向移动，于是反馈电压ub增加， uε下降，直至炉温达到给定值为止，此时uε= 0，电机停转，系统重新处于平衡状态，从而完成了自动调节炉温的任务，若由于干扰使实际的炉温高于希望值，整个调节过程反方向进行。 主反馈：直接取自系统输出端，经过测量和变换，又引入到系统输入端的信号叫主反馈信号，相应的反馈叫主反馈。 局部反馈：对应内回路。 前向通道：从系统输入端到输出量之间的通道称为前向通道。 主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道称为主反馈通道。 单位反馈系统：主反馈信号等于输出量的系统叫单位反馈系统。 非单位反馈系统：主反馈信号不等于输出量的系统叫非单位反馈系统。 主回路：主反馈闭合了除系统输入信号和干扰信号以外的其它所有信号，所形成的闭合回路称为主回路。 给定元件：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。 测量元件：测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化成与输入量相同。 比较元件：比较系统的输入量和主反馈信号，并给出两者之间的偏差。 放大元件：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。 执行元件：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，操作系统的输出量，使之按照输入量的变化规律而变化。 开环控制系统： 1.结构简单经济 2.调试方便 3.抗干扰能力差，控制精度不高。 闭环控制系统： 1.系统具有纠正偏差的能力。 2.抗扰性好，控制精度高。 3.包含元件多，结构复杂，价格高。 4.参数应选择适当。 开环＋闭环＝复合控制系统（兼有两者的优点，精度很高） 六、开环与闭环系统的比较 四、自动控制系统与控制理论的发展历史 [现代控制理论]：由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统，只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。因而在实际应用中有很大局限性。 随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。 在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量的信息。它无论对线性系统或非线性系统，定常系统或时变系统，单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。 现代控制理论数学工具 线性代数 状态空间分析法（矩阵运算） 研究对象 线性系统 非线性系统 时变系统 定常系统 多输入-多输出系统 现代控制(Modern Control) (1950- ) 二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现。 (2) 美国R. Bellman发表著名的Dynamic Programming，建立最优控制的基础(1957) (3) 国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发