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自动控制系统基本知识;引 言; 随着自动控制技术的广泛应用和迅猛发展，出 现了许多新问题，这些问题要求从理论上加以解决。 自动控制理论正是在解决这些实际技术问题的过程 中逐步形成和发展起来的，它是研究自动控制技术 的基础理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。 按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为经典 控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论也就是自动控制原理，是20世纪 40年代到50年代形成的一门独立学科。; 50年代开始，由于空间技术的发展，各种高速、 高性能的飞行器相继出现，要求高精度地处理多变 量、非线性、时变和自适应等控制问题，60年代初 又形成了现代控制理论。从60年代至今40多年来， 现代控制理论又有巨大的发展，并形成了若干学科 分支，如线性控制理论、最优控制理论、动态系统 辨识、自适应控制、大系统理论等。 ;自动控制理论; 自动控制的基本概念;2、自动控制：; 在此：浮子测水位，由连杆和电位器进行比较：浮子低则电位器上得到正电压，经放大后使电机向进水阀门开大的方向旋转；反之，当浮子高时，电位器上得到负电压，电机向阀门关小的方向旋转；若水位正好，则电位器上电压为零，电机不转，阀门不动。;控制系统中的常用术语 ;(4) 被控量—表征被控对象工作状态的物理参量，也叫输出量。 (4) 给定量—要求被控量所应保持的数值。也叫输入量或叫参考输入。 (5) 干扰量—系统不希望的外作用，也叫扰动输入。 ;输入量;1给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对 应的系统输入量。一般为电位器。 2比较元件：其职能是把测量到的被控量实际值 与给定元件给出的输入量进行比较，求出他们 之间的偏差。常用的有差动放大器、机械差动 装置、电桥电路、计算机等。 3测量元件：其职能是检测被控制量的物理量。 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。;4放大元件：其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大，用来推动执行元件去控制受 控对象。如：晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。 5执行元件：其职能是直接推动受控对象，使 其被控量发生变化。如：阀门、电机、液压 马达等。;自控系统的特点： 1从信号传送看：c(t)经测量后回到输入端，构成闭环，具有反馈形式，且为负反馈。 2从控制作用的产生看：由偏差产生的控制作用使系统沿减小或消除偏差的方向运动—偏差控制。;自动控制的基本方式;图1－7 开环直流调速系统; 给定电压放大后得到电枢电压ua，从而控制 转速n。 改变ug→ua改变→n改变，ug与n一一对 应。但是，当负载变化时（干扰量），会使n改 变，即使ug不变，n 也改变。∴ua（ug）与n的关 系不精确，抗扰动能力差，系统控制精度难以保 证，应用少。;二、闭环控制系统：;图1－8 闭环直流调速系统; 负载↑→TL↑→(TeTL)→n↓→un↓→△u↑→u1↑→ua↑ n↑ 或温度T↑→Ra↑→E↓→n↓→un↓→△u↑→u1↑→ua↑ n↑ △系统精度高、抗干扰能力强、应用广泛。;复合控制系统（续）;负载突增TL↑→IdL↑→Us↑→ΔU2=U1+Us必↑→ua↑→n↑;§1. 3 自动控制系统的分类;一、恒值系统： 定义——r(t)为常值的系统。 目的——保证c(t)恒定。 例如：调速系统（当ug不变时），水池水位控制系统，空调、冰箱、恒温箱及炉温控制系统等。;图1－12 电阻炉微机温度控制系统; 如图1－12所示为电阻炉微机温度控制系统，电阻丝通过晶闸管主电路加热，炉温期望值用计算机键盘预先设置，实际炉温由热电偶检测，并转换成电压（mv），经放大滤波后，由模/数转换器（A/D）将模拟信号→数字信号送入计算机。在计算机中与所设置的期望值比较后产生偏差信号。计算机便根据预定的控制算法（即控制 规律）计算相应的控制量，再经D/A转换变为;4. 优点: 计算机温度控制系统，具有精度高、功能 强、经济性好、无噪声、显示醒目、读数 直观、打印存档方便、操作简单、灵活性 和适应性好等一系列优点。 ; 例如：跟踪目标的雷达系统、火炮群控 制系 统、导弹