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3.3.2 不同输入信号下的控制
（1）恒值控制（或称自动调节、自动镇定）
控制系统的特点：参据量是一个恒定的数值（常值），要 求被控量也是一个常值。
f (t )
典型参考输入信号：一般采用阶跃信号。 典型应用：工业生产中的恒温、恒 压、恒液位等过程控 制系统。
R
0
t
分析与设计的重点：各种扰动对被控对象的影响及抗扰动的 措施。
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3.3.2 不同输入信号下的控制
（2）随动控制（如被控量为机械量，又称伺服控制）
控制系统的特点：参据量是一个预先未知的随时间任意变化的函 数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参据量 的变化 。 典型参考输入信号：一般采用斜坡信号。
E (42 t )
VG
U (g )
测温计 干扰
SO (t )
人工控制：对温度感知和对阀门的操作完全由洗浴者自己完成。 自动控制：没有人直接参与，从测量到操作阀门等全部过程都 用相关装置（设备）代替人来完成。
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（2）脉冲信号
f (t ) f (t ) f (t ) f (t )
R t0
0
R t0
t
(t )
t0
0
t
t0

0
t
t0
0
t
R t0
f(t)
lim
t0 0
R t0
1(t)
1(t t 0 )
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h0
U (w)
h
• 其信号是沿箭头方向单方面流动 ，不存在反馈，是典 型的开环控制。 • 优点：结构简单、功耗小、动作快。 • 缺点：对干扰无能为力，会使系统存在不允许的误差， 控制精度低
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按扰动控制的开环控制方式（顺馈控制）
检测元件 操纵量 执行机构
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2、连续信号的离散化
引例：信号数字处理（了解！） F(j)
S(j)
抽样(采样、sampling)：
开关 信号
利用开关信号s(t)从连续信号f(t)中“抽取”一系列离散样本值的过程。
f s (t ) f (t ) s (t )
Fs ( j )
1 2
F ( j ) * S ( j )
在信号处理中，傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值分量和频率分量
需解决的问题： f s ( t )能 否 包 含f ( t )的 全 部 信 息 ？
F s ( j )与 F ( j )的 关 系 ？
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干扰
S I (42, 60)
期望值
E(42t,60 h)
阀门 偏差
U ( w, g )
浴盆 操纵量
SO (t , h)

控制过程的模型化！
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单独考虑温度控制
干扰 希望水温 干扰 操纵量 阀门 实际水温 浴盆

偏差
S I (T 42 )
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1、连续与离散控制系统
A/D 转换器
滤波 电路
热电偶
电炉 嵌入式计算机
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D/A 转换器 继电器
南京大学工程管理学院控制与系统工程系
电阻丝
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典型的离散控制系统结构
A/D 转换器 滤波 电路 热电偶
电炉 嵌入式计算机 D/A 转换器 继电器 电阻丝
2012年6月5日星期二
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3.3.1 自动控制系统的典型输入信号
（1）阶跃信号
f (t )
f (t )
R
R
0
t
0
t0
t
0 f (t ) R
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t 0 t 0
0 f (t t 0 ) R
t t0 t t0
3.4.1 连续与离散控制
从控制信号的特性角度，我们可以简单地将所有控 制系统分为连续控制系统和离散控制系统两大类。
连续控制系统：指系统中所有传递的信号都是时间上的连续函数。 离散控制系统：指在系统的局部或全部是时间上的断续信号。 （即离散信号）
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《自动化导论》
《Introduction to Automation》
南京大学工程管理学院
周献中
zhouxz@
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第三章 自动控制系统的基本控制过程
3.1 人工控制和自动控制
3.2 自动控制系统的基本控制方式
3.3 不同输入作用下的控制
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（3）斜坡信号
f (t )
R
0
t
0 f (t ) Rt
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t 0 t 0
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（4）正弦信号
f (t )
t
0
f ( t ) A sin( t )
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3.2 自动控制系统的基本控制方式
控制的目的？
要求系统状态（以水温表征）向期望状态（理想的水温）转移！
有哪些控制的方式？
开环控制方式 反馈控制方式 复合控制方式
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3.2.1 开环控制方式
一种液位控制系统方块图：
希望液位 阀门 Vw 操纵量 储液槽 实际液位
3.2.2 反馈控制方式
• 复习：什么叫反馈？ • 示例：手动控制液位过程：
希望液位 大脑 决策 手或脚及 阀门 V 操纵量 浴盆 实际液位
G
U (w)
实际液位的测量值
测量装置
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如果能用一些相应的元部件来代替人工控制时各 部分的功能 ，可以组成仿人液位控制系统：
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2、连续信号的离散化
保持
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3.4.2 数字计算机控制
典型的计算机控制系统结构
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几点说明
数字计算机控制系统是典型的离散控制系统， 因此类控制系统的主要信息处理设备是数字 计算机，故常称其为计算机控制系统。
线性元件的特性（a）方块图；（b）特性图
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B. 非线性特性
如元件（环节）的输入/输出特性不满足叠加原理，则称该元件（环节） 具非线性特性，或称该元件（环节）是非线性的。 非线性元件特性举例： （a）方块图
（b）饱和非线性；
（c）死区非线性； （d）磁滞非线性；
3.4 不同特性信号下的控制
3.5* 控制系统中的非线性现象 本章小结
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3.1
实例：
人工控制和自动控制
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抽象 模型（方块图） 抽象
含物质、能量 的流动过程
干扰
仅含信息的 流动过程
扰动量
思考3-3：那么多扰动该怎么办？
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3.2.3 复合控制方式
检测元件 扰动量 给定装置 给定量 偏差 控制器 扰动量 决策 执行机构 扰动量 操纵量 被控对象 扰动量 输出量


测量装置
控制装置
扰动量
复合控制系统中的补偿控制（顺馈控制）能及时地抵消 可测扰动量对被控量的不利影响，而反馈控制能保证系 统的高精度。这是一种得到广泛应用的控制方式。
计算机控制系统的硬件组成
1）计算机主机 2）输入输出设备 3）人机接口设备
计算机控制系统的软件组成
1）系统软件 2）应用软件
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3.5* 控制系统中的非线性现象
思考3-6：实际控制系统中的所有环节都呈线性特性吗？
本节学习提示
（e）继电型非线性；
（f）带有死区的继电 型非线性； （g）具有磁滞的继电 型非线性
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3.5* 控制系统中的非线性现象 3.5.1 线性与非线性控制系统
线性控制系统： 如控制系统中各元件的输入/输出特性均是线性的，则该 控制系统被称为线性控制系统，其动态过程可以用线性微分 方程描述。 非线性控制系统： 如控制系统中有一个或一个以上元件的输入/输出特性是非 线性的，则该控制系统被称为非线性控制系统，其动态过程就 要用非线性方程来描述。