近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控 制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用 取得了长足进展。
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工业自动生产线
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现代化的工厂
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一、自动控制的基本原理与方式
2、自动控制理论
(1)、最早的稳定性研究 J.C.Maxwell（麦克斯韦尔），1868年发表《论
调节器》，研究调节器的微分方程，线性化处 理，系统稳定性取决于微分方程的特征根是否 都具有一对负的实部，针对二阶和三阶系统讨 论了使特征根具有负实部时，特征多项式系列 应满足的条件。 (2)、系统稳定准则 由Hurwitz（霍尔维茨）和 E.J.Routh（劳斯） 提出的劳斯－霍尔维茨稳定判据。
如人取桌上书的过程（见下图）：
输 入 信 号 眼 睛
（ 书 位 置 ）
大 脑
被 控 对 象 手 臂 、 手 测 量 元 件
被 控 量 输 出 量
（ 手 位 置 ）
眼 睛
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一、自动控制的基本原理与方式
下图为反馈控制原理方框图
系统方框图符号组成：“
”
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一、自动控制的基本原理与方式
在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反 馈控制原理进行工作的。当负载波动时，必然会引起速 度变化，由于龙门刨床不允许速度变化过大，因此必须 对速度进行控制。
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一、自动控制的基本原理与方式
(5)、现代控制理论的发展
从50年代末期开始，控制系统设计问题的重点从设计许多可行 系统中的一种系统，转变到设计在某种意义上的一种最佳系统。
大约从1960年开始，数字计算机的出现为复杂系统的时域分析 提供了可能性，利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应 运而生。
从1960年到1980年，确定性系统的最佳控制，随机系统的最 佳控制，乃至复杂系统的自适应和学习控制，都得到了充分的研 究。
从1980年到现在，现代控制理论的进展集中于鲁棒控制、H∞ 控制及其相关的课题。
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Байду номын сангаас
一、自动控制的基本原理与方式
3、反馈控制原理
反馈控制是这样的一种控制过程，它能构在存 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）之间的偏差，而其工作正是基 于这一偏差基础之上的，这就是反馈控制的原理。
并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起
的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视和侦察整个
天空的状况，天线就要不停地转动，用一个驱动马达使
天线作360度的旋转，这样它就能在360度范围内进行
“搜索”。
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一、自动控制的基本原理与方式
自动控制技术应用于其他领域
由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制 技术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个 领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等 领域，控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成 部分。
输入量
－
串连补偿 元件
放大 元件 －
执行元 件
被控对 输出量 象
反馈补偿元件
局部反馈
主反馈
测量元件
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一、自动控制的基本原理与方式
微积分（含微分方程）
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一、自动控制的基本原理与方式
制导导弹 现代的高新技术让导弹长上了“眼睛”和 “大脑”，利用负反馈控制原理去紧紧盯住目标
我国研制的地空导弹
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一、自动控制的基本原理与方式
雷达技术
雷达操作时，天线就要不停地转动。天线的作用是把
雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去，
龙门刨床速度控制系统原理图
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一、自动控制的基本原理与方式
注意： 龙门刨床速度控制系统是一个有精差系统。速度
最终达到的稳态值与原始给定速度之间始终有一 个差值存在，这个差值是用来产生一个附加的电 动机电枢电压，以补偿因增加负载而引起的速度
下降。这个差值的存在是保证系统正常工作所必 需的，一般称为稳态误差。如果从结构上加以改 进，可以消除这个稳态误差。
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一、自动控制的基本原理与方式
(3)、根轨迹方法 W.R.Evans（伊万斯）提出的方法和规则是当系 统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。 (4)、经典自动控制理论 以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成 比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平 较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一， 要求达到的预期效果（性能指标）也不高。主要 研究对象为单输入，单输出的单变量系统（属于 线性定常时不变系统）。
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一、自动控制的基本原理与方式
4、反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统是由各种不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的 系统输入量（即参据量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际 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。
课程的性质和特点
课程的性质和特点
• 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来 研究系统的建立、分析与设计。
• 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是 自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程 的关系如下。
信号与系统 电路理论
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
电机与拖动
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
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一、自动控制的基本原理与方式
A.M.Lyapunov（李雅普诺夫）提出了李雅 普诺夫第一法与第二法 H.Nyquist（奈魁斯特）提出奈氏判据， Bode(波德）提出了对数频率特性的方法。 二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控 制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室 的科学家们将反馈放大器理论、 PID（比例积分-微分）控制以及N.Wiener（维纳）的随 机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称 为随动控制系统的设计方法。
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一、自动控制的基本原理与方式
d) 放大元件：偏差信号的放大，用以推动执行 元件。
e) 执行元件：直接推动被控对象，使被控量发生 变化。
f) 校正元件：也叫补偿元件以改善系统性能。
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一、自动控制的基本原理与方式
典型的反馈控制系统基本组成框图：
信号从输入端到达输出端的传输通路称为前向通路；系 统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈 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。只包含一个主反馈通路的系统称为单回 路系统，有两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系 统。