（乃至消除）偏差
.
13
• 7 反馈控制系统
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。
应当指出，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。
.
14
• 8 随动系统
.
7
• 19世纪40年代，频率响应法为 闭环控制系统提供了一种可行 方法，Evans提出并完善了根轨 迹法。
• 19世纪50年代末，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，转到设计 在某种意义上的最佳系统。
.
8
• 20世纪60年代，数字计算机的出现为 复杂系统的基于时域分析的现代控制 理论提供了可能。
现代化的化工厂
.
18
The Seagate Barracuda 36ES2 disk drive
.
19Байду номын сангаас
热力系统的人工反馈控制
.
20
热力系统的自动反馈控制
.
21
1.3 开环控制与闭环控制
1.3.1 反馈控制系统
1 反馈
负反馈与正反馈——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
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。
• 9 过程控制
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。
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之. 一。
12
• 6 反馈控制
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（也称参考量）（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。
反馈本质——
测量偏差，利用偏差，减少
值
与给定元件给出的参考量进行
.
26
比
• 控制装置（续）
• 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。
其结构为马拉的双轮独辕车，车箱上立一个 伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。
当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向 移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放 落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方 向转动，恰好抵消车子转弯产生的影响。
车辆 转弯
齿轮系
车身
.
木人
方向
4
指 南 车
原 理
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。
.
15
1.2 自动控制系统示例
The Boeing 77.7 fly-by-wire aircra1f6t
The F-18 aircraft, one of the first production military fighters to use “f. ly-by-wire” technolo17gy.
自动控制原理
第一章
自动控制的一般概念
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1
• 1.1 引言 • 1.2自动控制系统示例
• 1.3闭环控制和开环控制 • 1.4自动控制系统的分类 • 1.5对自动控制系统的基本要求
.
2
1.1 引言
历史的回顾
指 南 车复原模型
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3
指南车是中国古代用来指示方向的一种具有
能自动离合的齿轮系装置的车辆。
以状态空间法 为基础，研究多 输入-多输出、时 变、非线性一类 控制系统的分析 与设计问题。系 统具有高精度和 高效能的特点。
.
10
自动控制原理中的一些术语 • 1 自动控制
在无人直接参与的情况下，通过控制器使 被控对象或过程自动地按照预定要求进行。
• 2 对象
是一个设备，它是由一些机器零件有机 地组合在一起的，其作用是完成一个特定的 动作。
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。
.
22
2 反馈控制系统
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。
.
23
• 从1960年到1980，确定性系统、随机 系统的最佳控制，及复杂系统的自适 应和学习控制，都得到充分的研究。
• 从1980年到现在，现代控制理论进展
集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课
题。
.
9
经典控制理论 现代控制理论
以传递函数为 基础，研究单输 入-单输出一类定 常控制系统的分 析与设计问题。 这些理论由于其 发展较早，现已 臻成熟。
在下面的讨论中，称任何被控物体（如加 热炉、化学反应器或宇. 宙飞船）为对象。11
• 3 过程
称任何被控制的运行状态为过程，其具 体例子如化学过程、经济学过程、生物学 过程。
• 4 系统
完成一定任务的一些元、部件的组合。
• 5 扰动
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
.
5
• 18世纪，
James Watt 为控制蒸汽 机速度设计 的离心调节 器，是自动 控制领域的 第一项重大 成果。
.
6
• 1932年，Nyquist提出了一种根据 系统的开环频率响应(对稳态正弦 输入)，确定闭环系统稳定性的方 法。
• 1934年，Hezen提出了用于位置控 制系统的伺服机构的概念，讨论 了可以精确跟踪变化的输入信号 的机电伺服机构。
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24
闭环控制系统
控制器
输入量
对象 或过程
输出量
测量元件
1.3.2 反馈控制系统的基本组成
• 被控对象（或过程）
.
25
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（即参考量）；
• 比较元件：把测量元件检测的被控量实际