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自动控制原理A

总览

2023.12

基本概念

自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使被

控对象的被控量自动地按照预定的规律变化运行。

自动控制系统：是由控制器和被控对象组成，能够自动地对被控

对象的被控量进行控制的系统。

自动控制系统一般由控制装置和被控对象组成。

控制系统分析：已知系统的输入信号和传递函数，通过求这个系统的输出信

号，分析系统的稳定性，求取系统的动态、静态性能指标，并据此评价系统

的过程称为控制系统分析。

控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，合理的确

定控制装置的结构参数，称为控制系统设计（或综合）。

被控量：是指被控对象工作状态的物理量。被控量又称输出量、输出信号。

给定量：是指对被控量的期望运行规律。也就是系统输出量应达到的数值。

扰动量：是引起被控量偏离预定运行规律的量。是一种对自动控制系统输出

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量起反作用的信号。

自动控制系统的控制方式

•开环控制

特点:输出不影响输入，对输出不需测量，易于实现；

组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；

系统的稳定性不是主要问题。

•闭环控制

特点：输出影响输入，故能削弱或抑制干扰；

低精度元件可组成高精度系统；

因为可能发生超调、振荡，故稳定性很重要。

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负反馈的概念

负反馈是指将系统的输出量直接或经过变换后送

回到系统的输入端，并与输入量相减，利用所

得到的偏差量去控制被控对象，达到减小偏差

或消除偏差的目的。

若反馈信号是与输入信号相加，而使偏差值越来越大，则

称为正反馈。

显然，负反馈控制是一个利用偏差进行控制并最后消除偏

差的过程，又称偏差控制。同时，由于有反馈的存在，

整个控制过程是闭合的，故也称为闭环控制。

自动控制技术的核心就是反馈控制或闭环控制。

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控制系统的性能指标

对控制系统的基本要求概括为三方面：稳，准，快

稳定——稳，稳定性

系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果

系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平

衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其输出量具有

非发散性；反之，系统是不稳定系统。

动态性能——快，快速性

当系统受到外部扰动的影响或者参考输入发生变化时，

被控量会随之发生变化，经过一段时间，被控量恢复到原

来的平衡状态或到达一个新的给定状态，称这一过程为过

渡过程。

在时域中，常用单位阶跃信号作用下，系统输出的超

调量%,上升时间t，峰值时间t,过渡过程时间（或调

rp

整时间）t和振荡次数N等特征量表示。

s

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稳态误差——准，准确性

指稳定系统在完成过渡过程后的稳态输出偏离希望

值的程度。开环控制系统的稳态误差通常与系统的增益

或放大倍数有关，而反馈控制系统（闭环系统）的控制

精度主要取决于它的反馈深度。稳态误差越小，系统的

精度越高，它由系统的稳态响应反映出来。