第一章 绪论
§1.2 自动控制系统的基本概念 四、自动控制系统的基本类型
1．按给定量的运动规律分 (1)恒值调节系统： 输入量为常值，或者随时间缓慢变化。分析重点在克服扰动 对输出量的影响。 (2)程序控制系统：输入量为已知给定的时间函数，控制过程按预定程序进行。 (3)随动(伺服)系统：输入量是时间的未知函数，即给定量的变化规律事先无法 确定，要求输出量能够准确、快速地复现给定量，如火炮自动瞄准系统、轧机 板厚自动控制系统。
图1-1 人工控制的恒温箱
“检测偏差用以纠正偏差”
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§1.2 自动控制系统的基本概念
当温度偏高时，动触 头向着减小电流的方 向运动，反之加大电 流，直到温度达到给 定值为止。即只有在 偏差信号 时 电动机才停转。
图1-2 恒温箱自动控制系统 温度的偏差信号：
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§1.2 自动控制系统的基本概念
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§1.2 自动控制系统的基本概念
反馈(Feedback)就是指输出量通过适当的检测装置将信号 全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。 负反馈(Negative Feedback)是指反馈信号与系统的输入信 号的方向相反的反馈形式。 反馈控制原理：基于反馈基础上的“检测偏差用以纠正偏 差”的原理
2．按系统线性特性分 (1)线性系统系统： 系统的元器件特性均为线性(或基本为线性)，能用线性常微 分方程描述其输入与输出关系的系统。线性系统满足“叠加原理”，其时间响 应的特征与初始状态无关。 (2)非线性系统 ：只要有一个元器件特性不能用线性方程描述，即为非线性系 统。不能应用叠加原理，其时间响应的特征与初始状态有很大关系。
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§1.2 自动控制系统的基本概念 三、闭环控制系统的基本组成
扰动量 n 输入量 偏差 输出量
r
e 反馈量
b
控制装置
反馈元件
被控对象
y
给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号。 反馈元件：它测量被控量或输出量，产生主反馈信号，该信号与输出量存 在着确定的函数关系(通常为比例关系)。 比较元件：用来比较输入信号和反馈信号之间的偏差。可以是一个差接的 电路，它往往不是一个专门的物理元件，有时也叫比较环节。 控制装置：由校正装置、放大器、能量变换、执行等元件所组成。 控制对象：控制系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被控制量。 放大元件：对偏差信号进行信号放大和功率放大的元件。 执行元件：直接对控制对象进行操作的元件。
控制论(Cybernetics)是研究生物体、机器及各种不同系 统控制和调节规律的科学。它不仅是一门极为重要的科学， 而且也是一门卓越的方法论，具有适用于各门科学的思想和 方法。
将控制论同工程实践结合在一起形成了工程控制论，因 此，控制工程是一门研究控制论在工程中应用的科学。控制 工程基础主要阐述自动控制技术的基础理论。
板带出口厚度信息h由检测元件测 出并反馈到电液伺服系统中，伺服系 统发出控制信号以驱动液压缸，从而 调节轧制辊缝，使得板带出口厚度h保 持在要求的误差范围内。
图1-3 板厚控制简图
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§1.2 自动控制系统的基本概念
检测
反馈
输入
控制
输出
人工控制：人工控制的过程就是测量、求偏差、再控制以纠 正偏差的过程，即“检测偏差用以纠正偏差”。 自动控制：自动控制的过程与人工控制过程原理相同，即 “检测偏差用以纠正偏差”。
古典控制理论是基础，现代控制理论、智能控 制理论是古典控制理论的延伸和拓展。
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§1.2 自动控制系统的基本概念 一、自动控制系统工作原理
人工控制的恒温箱系统： 1、观测由检测元件(温度计)测 出的恒温箱的温度(被控制量)； 2、与要求的温度值(给定值)进 行比较，得出偏差的大小和方向； 3、根据偏差的大小和方向再进 行控制：当恒温箱温度高于所要 求的给定温度值时，就移动调压 器使电流减小，温度降低；若温 度低于给定的值，则移动调压器， 使电流增加，温度升高。
第一章 绪
论
§ 1.1 概 述
§1.2自动控制系统的基本概念
§1.3控制工程基础的主要任务与研究内容
第一章 绪论
§1.1 概 述
通讯
航空航天 军事
自动控制 应用领域广泛
自然
太空探索
工业
社会
第一章 绪论
§1.1 概 述 一、基本概念
控制工程基础：也称控制理论基础，主要阐述的是自动 控制技术的基础理论。
第一章 绪论
§1.2 自动控制系统的基本概念 二、开环控制与闭环控制
若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，即无反馈作 用，则系统称为开环系统。扰量 n输入量r
控制量
输出量
控制器
u
被控对象
y
特
点： 在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作 用。对于每一个参考输入量就有一个与之对应的工作状态和输出 量。系统精度取决于元器件的精度和特性。
第一章 绪论
§1.1 概 述
工程控制论
经济控制论
控制论
生物控制论 社会控制论
控制论被广泛的应用到现实生活中的各 个领域，是一门重要的方法论。
第一章 绪论
§1.1 概 述 二、控制论的发展历史
控制论的发展起源于18世纪英国第一次技术革命。
第一阶段：20世纪40~50年代为“古典控制理论”发 展时期。单输入单输出(SISO)控制系统，线性定常系 统。 第二阶段：二十世纪六、七十年代为“现代控制理论” 发展时期。多输入多输出(MIMO)、非线性及时变系统 。 第三阶段：二十世纪七十年代末至今，控制论向着 “大系统理论”和“智能控制论”发展。模糊控制、 神经网络控制和专家控制等 。
扰动量 n
输入量
r
偏差
e 反馈量 b
控制量
输出量
控制器
u
被控对象
y
检测元件
特点：利用负反馈的作用来减小系统的误差，具有自动修正被控量偏离给定 值的作用，因此可以抑制内扰和外扰所引起的误差，达到自动控制的目的。 系统精度主要取决于检测元件的精度和系统的内部结构。可以利用精度不高、 成本较低的元器件组成控制精度较高的闭环控制系统。 优点：精度高。对扰动及内部参量变化的影响具有抑制能力。 缺点：系统存在稳定性问题，干扰因素多。
适用范围：系统内部扰动和外部扰动的影响不大、输出与输入关系确定， 且控制精度要求不高的场合。 优 点： 结构简单，容易设计与调整 缺 点： 对扰动及内部参量变化的影响缺乏抑制能力，系统控制精度低。
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§1.2 自动控制系统的基本概念
若系统的输出量对系统的控制具有反馈作用，则系统称 为闭环系统。