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自动控制系统示例 磁盘驱动读取系统 基本设计目标：尽可能将磁头准确定位在指定的磁道上，位置精度为1um，并且磁头从1个磁道转移到另1个磁道所花的时间不超过10ms。 传感器 控制装置 激励电机和臂 磁头预期位置 磁头实际位置 偏差 — 自动控制系统示例 例1：炉温控制系统 自动控制系统示例 例1：炉温控制系统（续） 炉温控制系统方框图 自动控制系统示例 例2：函数记录仪 自动控制系统示例 例2：函数记录仪（续） 自动控制系统示例 例3：电阻炉微计算机温度控制系统 自动控制系统示例 例3：电阻炉微计算机温度控制系统 （续） D/A 晶闸管 触发器 电阻炉 电阻丝 热电偶 A/D 放大滤波 温度 计算机 自动控制系统的基本要求 基本要求 稳定性、快速性和准确性，即稳、快、准。 稳定性：保证系统正常工作的先决条件。被控量偏离期望值后，经过一个过渡过程，以回到期望值状态。线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件无关。 快速性：系统过渡时间的长，短和过渡形式。即系统的动态性能。如：过渡过程时间、超调量 准确性：是在系统过渡过程结束后，衡量系统输出（被控量）达到的稳态值与系统输出期望值（给定值）之间的接近程度。 如：稳态误差 “稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。 系统的过渡过程产生的原因 ： 系统中储能元件的能量不可能突变。 “准”是说明系统的稳态（静态）品质 自动控制系统的基本要求 过渡过程示例 过渡过程时间ts 系统达到给定△区所需的时间。这个指标反映系统的惯性，即响应速度。 上升时间 tr 从原始状态开始，第一次达到单位阶跃响应的时间，对系统要求概括一句话 为：稳定好，动作快，精度高。 1 +△ 1 -△ ts tp tr 典型外部输入信号 工程实践中，为使用统一的方法研究和比较控制系统的性能，通常选用几种典型函数（信号）作为外部作用，要求是： 现场或实验室容易得到； 作用性能能够代替实际工作条件下的性能； 数学表达简单，便于理论分析； 常用外部输入信号：阶跃函数、斜坡函数、加速度函数、脉冲函数、正弦函数，以及伪随机函数等。 典型外部输入信号 阶跃函数 A=1时为单位阶跃函数 t A r(t) 0 典型外部输入信号 脉冲函数 A=1时为单位脉冲函数 典型外部输入信号 斜坡函数 A=1时为单位斜坡函数 t A f(t) 0 典型外部输入信号 加速度函数 A=1时为单位加速度函数 t A f(t) 0 典型外部输入信号 正弦函数 A=1时为单位正弦函数 Next：控制系统的数学模型 自动控制原理 蓝 艇 曹光彪信息楼109室 lanting@nbu.edu.cn 自动控制的基本原理与方式 自动控制系统示例 设计自动控制系统的基本要求 自动控制原理 课程介绍 Contents 课程介绍 教材： 胡寿松《自动控制原理》第6版 科学出版社 参考书目： R.C.Dorf and R.H.Bishop. Modern Control Systems，10th Edition. Pearson Prentice Hall, 2004. (中译本：谢红卫等，现代控制系统（第８版），高等教育出版社，2001） 周雪琴 张洪才 编. 控制工程导论.西北工业大学出版社 黄家英 编著 . 自动控制原理(上下册). 东南大学出版社 邹伯敏 编著 . 自动控制理论. 机械工业出版社 教学方式： 课堂讲授+实验 答疑方式和时间： 课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。 本课程的重点在于系统科学，而不在于设备技术。因此，主要讨论自动控制的系统理论基础。 《自动控制原理》是本学科重要的技术基础课。 涉及的课程有：线性代数、微积分、复变函数和拉普拉斯变换、物理学、信号与系统、电子技术、电路理论、电机与拖动。 课程主要内容和学习目的 主要内容： 自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性控制系统的一般分析方法（时域分析法、根轨迹法、频域分析法）、线性控制系统的设计或校正以及线性离散系统分析与校正。 学习目的： 掌握关于自动控制系统的基本概念、基本理论和基本方法；掌握线性控制系统的数学模型建立、系统分析和综合方法。 自动控制概念 动态系统 动态系统表示信号处理和传输的一个功能（如：信号可以是能量、信息、资金及其他形式），其中系统的起因和由此引起的时间上的效果分别作为系统的输入量和输出量来考虑。 例：液位控制系统 自动控制概念 人工控制 眼 手 脑 控制对象：水箱系统 被控量： 水箱水位 希望状态：实际水位=希望值 人的作用：主要完成测量、比较和执行三种任务 人工闭环控制