—能源与环境系统工程—
第一章 绪论
1.1 引言 1.2 开环控制系统与闭环控制系统 1.3 自动控制系统的分类和组成 1.4 控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统的应用实例 1.6 自动控制理论发展简史
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1.1 引言
一、基本概念
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• 人工水位调节过程
观测水位--大脑确定如何开阀门-- 调节进水阀门 (观测偏差) (决策，控制规律)
• 方框图
希望液面高度h0
大脑
手与阀门 眼睛
水箱
实际液面高度h1
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的函数关系变化。
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3.按信号的传递是否连续分
自动控制理论主要研究闭环控制系统
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三、复合控制系统 在系统中同时引进开环控制和闭环控制，这种 系统称为复合控制系统。
复合控制系统原理图：
参考 输入
控制器 控制器
扰动
控制量 被控 被控量 对象
反馈 环节
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课程内容 第1章 绪论 第2章 数学基础 第3章 控制系统的数学模型 第4章 时域分析 第5章 根轨迹法 第6章 频域分析法 第7章 控制系统的校正 第8章 状态空间分析法
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系的控制系统。
开环控制系统可用下图表示：
输
控制
入
控 信号
量
制
器
扰动 因素
被控
对 被 制量 象控
制
只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回
来影响输入量的控制作用。
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➢开环系统的优点 结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低.
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1.3自动控制系统的分类和组成
一、自动控制系统的分类 1.按描述系统的动态方程分
• 线性系统：可以用线性方程式描述的系统。
特点在于组成系统的各环节的输入输出特性都是 线性的，系统的性能可用线性微分方程(或差分 方程)来描述。
• 非线性系统：必须用非线性方程式描述的系统.
控制系统。即，设定值取决于某些外来因素而 不是预先拟定的。
如锅炉送风量调节，是根据燃料量的变化而变化 ，而燃料量则随负荷需要而变化，其变化规律 不能预定。
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• 程序调节系统：给定值是预定的时间函数的控
制系统。 如，汽轮机启动过程中，希望转速随时间成一定
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液面高度自动控制系统：
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液面高度自动控制系统图：
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1.2开环控制系统和闭环控制系统
控制系统根据信息传送的特点或系统的结 构特点可分为：
开环控制系统
闭环控制系统
复合控制系统（同时具有开环结构和闭环 结构）
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一、开环控制系统
开环控制系统（Open-Loop Control System）：控 制装置与对象之间只有顺向作用，没有反向联
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课程内容 第1章 绪论 第2章 数学基础 第3章 控制系统的数学模型 第4章 时域分析 第5章 根轨迹法 第6章 频域分析法 第7章 控制系统的校正 第8章 状态空间分析法
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6 人工控制(Manual Control)：由人直接或间接操 作执行装置的控制方式。
7 自动控制(Automatic Control)：无需人去直接 或间接操纵执行机构，利用控制装置来控制被 控量，使其自动地按预定的规律变化的过程。
8 控制系统(Control System)：就是通过执行规定 的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单 元的组合。由控制装置和被控对象组成。
参考输入
扰动
控制器 控制量
被控 被控量 对象
反馈 环节
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➢ 闭环控制的优点
抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化 不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。
➢ 闭环控制的缺点
引入反馈增加了系统的复杂性，如果闭环系统参 数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系 统失稳而无法正常工作。
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1 被控对象：要求实现控制的机器、设备或生产 过程。
2 被控量：要求实现控制的物理量。 3 设定值：被控量的希望值。 4 扰动：使被控量偏离希望值的因素。
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5 控制(Control)：根据某种原理或方法，使特定 对象（被控对象）的某些物理量（被控量）按 照预期规律变化的操纵过程。
特点在于系统中含有一个或多个非线性环节。
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2.按给定值的特点分
• 恒值调节系统：设定值为常数的控制系统。
如水位控制系统，扰动使被控量偏离设定值而出 现偏差，利用偏差该系统可使被控量回复到设 定值或接近设定值。
• 随动调节系统：设定值是时间的不确定函数的
➢开环控制的缺点 抗扰动能力差
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二、闭环控制系统
闭环控制系统(Close-Loop Control System)：控 制装置与对象之间既有顺向作用，又有反向联 系的控制系统。
又称反馈控制系统(Feedback Control System)