生物控制论（周萍）控制论第二讲.pptVIP

生物控制论 首都医科大学生物医学工程学院 计算机教研室　　　周萍 第二讲：控制论基本知识 反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。 反馈控制系统不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学中，也存在着反馈控制系统。 随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。因此，随动系统这个术语，与位置（或速度或加速度）控制系统是同义语。在现代工业中，广泛采用着随动系统。 在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，称为过程控制。 例： 闭环控制与开环控制 反馈控制系统 开环控制系统 闭环与开环控制系统的比较 反馈控制系统 1 反馈 3 闭环控制 凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都称为闭环系统。输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误差，并使系统的输出量趋于所希望的值，换句话说，“闭环”这个术语的涵义，就是应用反馈作用来减小系统的误差。 反馈控制系统的基本组成 被控对象 控制装置(由具有一定职能的各种基本元件组成 ) 测量元件：其职能是测量被控制的物理量; 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（即参据量）。 比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。 用“○”号代表比较元件，“-”号代表两者符号相反，“+”号代表两者符号相同。信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。 开环控制 闭环与开环控制系统的比较 控制系统的分类 开环控制 闭环控制(反馈控制) 复合控制 稳定性： 准确性： 图（a）是一个液位控制系统原理图。在这里，自动控制器通过比较实际液位与希望液位，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位不变。图（b）是该控制系统的方框图。 参考书 《生物控制论的研究方法》 汪云九 顾凡及著 科学出版社 《生物系统的房室建模与仿真》赵似兰等编著 科学出版社 首都医科大学 生物医学工程学院 计算机教研室　周萍 * LOGO 第二讲：控制论基本知识 第一节： 常用术语 第二节： 闭环控制与开环控制 第三节： 控制系统的分类 第四节： 对自动控制系统的基本要求 扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。 常用术语： 常用术语： 常用术语： 例： 把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。 能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为反馈控制系统。由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制。 2 反馈控制系统 闭环控制系统的特点 偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。 开环控制系统的特点 顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。 按控制方式分 线性系统 非线性系统 连续系统 定常系统 时变系统 确定性系统 不确定性系统 按系统性能分 离散系统 恒值控制系统 随动系统 程序控制系统 按参据量变化规律分 对自动控制系统的基本要求 对自动控制系统性能的基本要求 可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。 稳 准 快 1 对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。 2 对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现