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自动控制原理 引 言 经典控制理论(古典控制理论) 现代控制理论 大系统及智能控制理论 课程学习要面临 数学基础宽而深 控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难 控制系统原理框图 控制系统中常用的名词术语 系统的输入：泛指对系统的输出量有直接影响的外界输入信号。通常有两种，即给定输入和扰动输入。 给定输入：根据生产要求，被控量需要达到的运行规律（数值）。给定输入又称参考输入、或给定值。 扰动输入：扰动也称干扰，指引起被控量偏离给定值的各种因素。 自动控制系统的原理方框图 自动控制系统的基本控制方式 2、开环控制 2. 按系统输入信号划分 3.按系统性能分（数学模型） 线性系统和非线性系统 定常系统和时变系统 连续系统和离散系统 单输入单输出系统与多输入多输出系统 1.4 自动控制系统的基本要求 1.稳定性(稳) 2.斜坡函数（等速度函数） 3.抛物线函数（等加速度函数） 矩形函数： 脉冲函数的表达式： 注意： 5.正弦函数 1-6自动控制系统分析与设计工具 函数记录仪原理示意图 若ur变化，在放大器的输入端得到偏差电压Δu＝ur-up，经放大后驱动电动机，并通过齿轮系和绳轮带动记录笔左右移动，同时减小电压偏差，当Δu＝0时，电动机停止转动，记录笔也静止不动。 局部反馈 主反馈 笔的位置 电阻炉微型计算机温度控制系统示意图 锅炉液位控制系统示意图 锅炉液位控制系统方框图 1-3 自动控制系统的分类 开环控制 反馈控制 复合控制等 1. 按制控制方式分 自动控制系统有多种分类方法。 （1）恒值控制系统 给定输入信号为一恒定值（常数值） 控制的目的： 尽可能的消除各种扰动因素的影响，使输出量维持在给定值(期望值)。 如工业过程中恒温、恒压、恒速等控制系统。 恒值控制系统、随动控制系统 和程序控制系统 （2）随动控制系统 给定输入信号是一个事先无法确定的任意变化的量。 控制的目的：要求系统的输出量能迅速平稳地复现或跟踪输入信号的变化。 如雷达天线的自动跟踪系统和高炮自动描准系统就是典型的随动系统。 （3）程序控制系统 系统的给定输入信号不是常值,而是事先确定的运动规律,编成程序装在输入装置中,即控制输入信号是事先确定的程序信号。 控制的目的：使被控对象的被控量按照要求的程序动作。 如数控车床就属此类系统。 线性系统和非线性系统 定常系统和时变系统 连续系统和离散系统 组成系统元器件的特性均为线性的,可用一个或一组线性微分方程来描述系统输入和输出之间关系。线性系统的主要特征是具有齐次性和叠加性。 (1) 线性系统 (2) 非线性系统 在系统中只要有一个元器件的特性不能用线性微分方程来描述,则称为非线性系统。 　　非线性系统还没有一种完整、成熟、统一的分析法。通常对于非线性程度不很严重,或做近似分析时,均可用线性系统理论和方法来处理。 线性微分方程： 指变量（包括输入变量、输出变量）及变量的各阶导数均为一次的（无高次方项及交叉相乘项及常数项） 例： （线性） （非线性） （非线性） （线性） 线性系统有两个重要特性： 叠加性：几个输入同时作用时，系统的输出等于各输入单独作用时所对应的输出之和。 齐次性：系统的输入增大或缩小K倍时，系统的输出也增大或缩小相同的倍数。 线性系统 线性系统 (1)定常系统 如果描述系统特性的微分方程中各项系数都是与时间无关的常数,则称为定常系统。 (2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。 (1)连续系统 系统中所有元件的信号都是随时间连续变化的信号,称为连续系统。 (2)离散系统 系统中有一处或数处的信号是脉冲序列或数码。 若系统中采用了采样开关,将连续信号转变为离散的脉冲形式的信号,此类系统称为采样控制系统或脉冲控制系统。 若采用数字计算机或数字控制器,其离散信号是以数码形式传递的,此类系统称为数字控制系统。 这类系统可用常系数线性微分方程来描述， 其一般形式为： 式中， 输出量 输入量 时，称为n阶线性微分方程。 线性定常连续系统 (1)单输入单输出系统(单变量系统) 系统的输入量和输出量各为一个,称为单输入单输出系统。 (2)多输入多输出系统(多变量系统) 系统的输入量和输出量多于一个,称为多输入多输出系统。对于线性多输入多输出系统,系统的任何一个输出等于数个输入单独作用下输出的叠加。 自动控制系统是否能很好地工作，是否能使被控量精确地按照预定的规律变化，这取决于被控对象、控制器及各功能元器件的特性参数是否计得当。 对控制系统进行分析和设计时，首先要有一个评价