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2020/11/20
控制工程基础
1.5 自动控制系统的分类
•4. 按端口关系划分 •SISO系统
•MIMO系统
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控制工程基础
1.6 自动控制系统基本要求
•1. 对自动控制系统基本要求
•稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准）
•“稳”是指系统的稳定性。 • 稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件。
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•1.3 自动控制的基本概念和原理
• 2 闭环控制： 该系统中，给定炉温通过一个电位器
的电压值Ug反映。实际炉温通过热电耦测量，并将 温度值转换为一个电压值Uf。通过Ug与Uf的反向串 接，实现与给定电压Ug的比较：Ug－Uf＝△ U。 •△ U的大小反映 了实测炉温与给 定炉温的差别， 它的正负决定了 执行机构—电机 的转向。进而改 变电位器滑杆的 位置，以达到调 节温度的目的。
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1.1 课程介绍
• 自动控制技术是人类在认识世界和发明创新的过程中 发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，可以完成 许多人类自身无法完成的工作，对于提高精度、质量、 性能及效率起到关键性的作用。同时还可以使人类从 笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的 工作
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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1、绪论
1.1 课程介绍 1.2 自动控制理论与技术的产生与发展
1.3 控制系统的基本概念和原理 1.4 控制系统的组成和基本环节
1.5 自动控制系统的分类 1.6自动控制系统基本要求
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控制工程基础
本章学习要点
➢ 了解自动控制的起源和发展； ➢ 了解闭环控制系统的组成和基本环节； ➢ 了解反馈控制的工作原理； ➢ 掌握反馈控制系统的基本要求； ➢ 掌握相应的概念及技术术语；
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教材与主要参考书
1、胡寿松.自动控制原理简明教程(第一版 ），北京：科学出版社，2005
2、刘豹.现代控制理论（第三版），北京 ：机械工业出版社，2006
3、吴麒.自动控制原理-上、下册（第二版 ），北京：清华大学出版社，2006
4、董景新.控制工程基础，北京：清华大 学出版社，2006
控制工程基础
1. 开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自 动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产 生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采 用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控 制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭 环控制。
2. 闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环 节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。 闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环 使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。
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1.3 自动控制的基本概念和原理
• 自动控制
1 通过热电耦测量温度——代替眼观测，并转换成电 压信号Uf。
2 Uf与给定电压Ug比较，得到偏差电压。代替人脑
3 偏差电压通过放大 器进行电压及能量 的放大，控制电机 旋转。代替人手
来调节电位器滑杆， 从而达到控制炉温 的作用。
•闭环控制系统的结构框图：
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1.3 自动控制的基本概念和原理
• 什么是自动控制？
自动控制是指：不需要人的直接参与，而 控制某些物理量按照指定的规律变化。
• 手动控制
1（眼）观测温度
2 （与要求）比较
3（作出）决定
4（手）调节
•1
•~220V
•uc
•2
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• 有差系统（图b）：若稳态误差为零，则系统称为 无差系统。
• 无差系统（图a）：若稳态误差不为零，则系统称 为有差系统。
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小结
➢自动控制的基本概念 ➢开环控制与闭环控制 ➢负反馈的闭环控制系统的工作原理 ➢专用术语及控制系统的组成
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道 • (10) 期望输出 • (11) 实际输出 • (12)检测量
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1.5 自动控制系统的分类
•1.按照信号传输特性划分
•线性系统：由线性元件组成的系统，主要特征是满 足叠加原理和齐次定理，即当系统在输入信号u1(t)的 作用下产生系统的输出y1(t)，当系统在输入信号u2(t) 的作用下产生系统的输出y2(t)。如果系统的输入信号 为au1(t)+bu2(t)时，系统的输出满足ay1(t)+by2(t)， 系数a,b可以是常数，也可以是时变参数。 •非线性系统：由非线性元件组成的系统，不满足叠 加原理和齐次定理。
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3.自动控制系统通常由给定环节、检测环节、
比较环节、效正环节、执行机构、被控对象 等部件组成。系统的作用量和被控量有：给 定量、反馈量、扰动量、输出量和各中间变 量。
4.结构图（又简称框图）可直观地表达系统各 环节（或各部件）间的因果关系，可以表达 各种作用量和中间变量的作用点和信号传递 情况以及它们对输出量的影响。
• 自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩 目的高新技术之一，是推动新的技术革命和新的产业 革命的关键技术。
• 自动控制理论则是研究自动控制共同规律的技术科学。 • 控制工程基础是一门专业基础课程，主要介绍系统的
建立、分析与设计等基本理论及方法的课程；是本学 科的技术基础课。
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1.1 课程介绍
•过程控制 •通讯技术 •电力电子技术 •计算机技术
•自动控制原 理
•自动控制理论
•古典控 •制理论
•现代控 •制理论
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•复变函数 •积分变换 •微积分 •线性代数
2020/11/20Fra bibliotek控制工程基础
1.2 自动控制技术的产生与发展
•自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener • 给出的定义为： •“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance”
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1.3 自动控制的基本概念和原理
• 自动控制—不需要人的直接参与，而控制某些 物理量按照指定的规律变化。。
• 系统—由内部互相联系的部件按照一定规律组 成，能够完成一定功能的有机整体。
• 自动控制系统—在没有人的直接干预下，为实 现某一控制目标，由内部互相联系的部件按照 一定规律组成，能够完成自动控制功能的有机 整体。一般由控制器，控制对象，测量元件， 比较环节等组成。
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•1.3 自动控制的基本概念和原理
工作原理分析
1、开环系统
信号流程图
•扰动量
•给定量
•1
•输出量
•2
•图中•：•
1 - 控制器(自耦变压器) 2 - 被控对象(电阻炉)
该图也称为系 统方框图
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•1.3 自动控制的基本概念和原理
线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所 决定的，与外部条件和初始状态无关。
•“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。
• 系统的过渡过程产生的原因 ： 系统中储能元 件的能量不可能突变。
•“准”是说明系统的静态品质。
• 表明了系统的精确性和准确性。
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1.6 自动控制系统基本要求
工作原理与特点
（1）开环控制：只有输入量对输出量产生控制作 用，输出量不参与对系统的控制。 （2）开环控制特点
➢ 结构简单、维护容易、成本低、不存在稳定 性问题 ➢ 输入控制输出 ➢ 输出不参与控制 ➢ 系统没有抗干扰能力
•适用范围：输入量已知、控制精度要求不高、 扰动作用不大。
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控制工程基础
•1.4 控制系统的组成和基本环节
•3.闭环控制系统中的基本术语
(1) 被控对象 (2) 被控量或输出量 (3) 控制量 (4) 设定量或输入量 (5) 扰动量 (6) 反馈量
• (7) 偏差量 • (8) 前向通道或正向通
道 • (9) 反馈通道或反向通
– 这种控制方式称为反馈控制方式！
– 反馈控制是通过偏差信号产生控制作用，并试图 去消除偏差来达到控制目的。
– 反馈信号与给定信号极性相反为负反馈,反之为 正反馈。
– 信号从前向通道传递到输出再经过反馈通道到比 较环节形成了一个闭合路经，故也称为闭环控制。
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输出量—检测元件—比较环节
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•1.3 自动控制的基本概念和原理