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自动控制原理 第一章 引论 一.控制及自动控制 自动控制 控制系统的构成： * * 主讲教师 赵琳 教材： 《自动控制原理》，谢克明主编 电子工业出版社 参考书：《自动控制原理》，刘祖润主编 机械工业出版社 《自动控制原理》，梅晓榕主编 科学出版社 平时成绩（作业＋出勤＋实验） 期末考试成绩 成绩评定： 控制及自动控制 控制的分类 控制系统的性能要求 本课程的任务安排 人工控制 水位控制系统 眼 手 脑 给定水位 流入 流出 实际水位 给定水位 给定水位 流入 流出 实际水位 浮子 传感器 控制器 控制信号 执行器 被控对象 控制装置 检测器 控制器 执行器 控制 —— 利用控制装置，使被控对象的 某个物理量按照一定的要求来动作。 被控量 给定量 自动控制 ——在无人参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象。使被控量等于给定量的过程。 给定水位 流入 流出 实际水位 浮子 传感器 控制器 控制信号 执行器 水位信号 为了简明地反映控制系统各部分之间的关系，通常采用方框图： 输入 输出 控制器 执行机构 被控对象 检测 装置 给定量 反馈信号 偏差 信号 控制 信号 被控量 干扰 自动控制系统 1. 输入信号r(t)：由外部加到系统中的变量, 不受系统中其他变量的影响和控制。 2. 输出信号c(t)：由系统产生的变量。 给定量 被控量 由某一个输入信号产生的输出信号又称为该输入信号的响应。 3. 控制信号：控制器输出的信号。作用在执行元件及控制对象上，影响和改变被控量。 自动控制系统中的信号总结 4. 反馈信号b(t)：被控量经由传感器等元件变换，并返回到输入端的信号。 5. 偏差信号e(t)：输入信号与反馈信号之差。 6. 扰动信号n(t)：加于系统上的不希望的外来信号，对被控变量产生不利影响。 二.控制系统的分类 1.闭环控制系统和开环控制系统 将系统的输出量反馈到输入端，与给定值进行比较，以偏差作为控制器的输入。信号流线按箭头方向形成闭合回路，称为闭环控制系统，也称为反馈控制系统。 控制器 被控对象 检测环节 给定量 被控量 r c b e 执行器 优点：闭环控制系统是利用偏差量去减小和消除偏差，可以明显减弱因系统参数变化及外部干扰对被控量产生的不利影响，对元部件的要求不是很严格。 缺点：闭环控制系统结构复杂，设计和调试技术也复杂。闭环控制系统还会产生一种失控现象——不稳定。 开环控制系统 信号由给定量到被控量是单向传递。无被控量的反馈。 控制器 被控对象 给定量 控制 信号 被控量 执行 元件 输出受系统各环节元件精度及外界干扰影响较大，不能根据给定值自动校正输出。 优点：开环控制系统结构简单，造价低，调试容易。 缺点：当工作环境和系统本身的元部件性能参数发生变化时，开环系统的被控量会受到较大影响，即抗干扰能力差，对元件和环境的要求比较严格。 说明 本门课主要讨论闭环控制系统。 2.线性系统和非线性系统 控制系统各环节的输入/输出关系都可以用线性微分（或差分）方程模型描述，则称为“线性系统”。 反之，当系统中存在非线性环节，系统的输入/输 出关系只能用非线性微分（或差分）方程模型描述，则称为“非线性系统”。 自动控制系统 r(t) 输入 输出 c(t) 线性系统 非线性系统 非线性系统 3.定常系统和时变系统 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。 特点：只要输入信号的形式不变，在不同时间输入下的输出响应形式是相同的。 自动控制系统 r(t) 输入 输出 c(t) r2(t)＝ r1(t－t0) c2(t)＝c1(t－t0) r1(t) c1(t) 系统特性的微分方程中，只要有一项系数是时间的 函数，则系统为时变系统。 特点：输入信号的形式不变，在不同时间输入下的输出响应形式是不同的。 自动控制系统 r(t) 输入 输出 c(t) r1(t) c1(t) r2(t)＝ r1(t－t0) c2(t)＝c1(t－t0) 时变系统 定常系统 时变系统 说明 本门课主要讨论线性定常系统 4.连续系统和离散系统 当控制系统各组成环节的输入/输出信号是t的连续函 数时，则称为连续时间系统。 连续时间系统可以用微分方程来描述。 当控制系统各组成环节的输入/输出信号是离散时刻 kT(k=0,1,2,…)的函数时，则称为离散时间系统。 离散时间系统可以