量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行状态。
17
例1：A.温度——人工控制
温度计
炉子 电热丝
调压器
220
18
控制目标：
炉子的温度恒定 在期望的数值上。
温度计
炉子 电热丝
输入信号 （期望炉温）
脑 （计算、比较）
放大、执行 （手臂、手）
测量 （眼睛）
调压器
220
14
[反馈控制原理] 在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施
加控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不 断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，即反馈控制原理。
反馈控制本质是按偏差进行控制的过程。
15
三、反馈控制系统的基本组成
控制系统的组成：输入部分、控制系统部分和输 出部分。
根轨迹法和频率法
状态空间法
研究目标
系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律，实
输出情况下的系统综 现在一定意义下的最优控
合。
制与设计。
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《自动控制原理》主要内容
第一章 控制系统导论 第二章 控制系统的数学模型 第三章 线性系统的时域分析法 第四章 线性系统的根轨迹法 第五章 线性系统的频域分析法 第六章 线性系统的校正方法 第七章 线性离散系统的分析[MATLAB工具] 第八章 非线性控制系统分析
功率 放大器
电动机
+
减速器
_E
调压器
220
期望温度 + u
ur
_
ub
放放
电压放大器
功率放大器
放放
电机、减速器、 调压器
放放放放
炉子
实际温度
放放
热电偶
21
典型的反馈控制系统的结构图 扰
指令 输入
比较元件
参考输给定量
放大元件
入元件
-
调节元件
执行元件
动
被控量 控制对象
测量元件
反馈：取出输出量送回输入端，并与输入信号产生 偏差信号的过程。
25
例3：正反馈例子
已知铀235原子核在一个中子的撞击下，可发生核裂变反应， 放出大量的能量，同时释放大约2.5个中子，放出的中子有可能 再与铀235原子核发生核反应，这就是所谓核裂变的链式反应。
输入
输出
控制系统
从物理角度上看，自动控制研究的是特定激励作 用下的系统响应变化情况；
从数学角度上看，研究的是输入与输出之间的映 射关系。
16
控制系统的基本组成
输入信号
比较
放大
输出信号
执行
被控对象
测量（反馈）
输入信号——系统控制目标的反映，是人的意志的具体体现。 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制
正反馈、负反馈 开环控制、闭环控制
22
① 测量元件：测量被控量的实际值或对被控量进行物 理转换。
② 比较元件：将测量值和给定值进行比较，得到偏差。 ③ 放大元件：放大偏差信号。
根据偏差大小产生控制信号。通常包括放大器 和校正装置，控制信号和偏差信号具有一定关 系(称为调节规律)。 ④ 执行元件：由控制信号产生控制作用，从而使被控 制量达到要求值。阀、电动机、液压马达等。 ⑤ 给定元件：给出期望的被控量相对应的系统输入量。 ⑥ 校正元件：也叫补偿元件，改善系统的性能。
5、其他先进控制理论
鲁棒控制、自适应控制、预测控制、容错控制等等。
4
先进控制理论
经典控制理论 与 现代控制理论
项目
经典控制理论
现代控制理论
研究对象 描述方法 研究办法
线性定常系统 （单输入、单输出）
传递函数 （输入、输出描述）
线性、非线性、定常、 时变系统
（多输入、多输出）
向量空间 （状态空间描述）
《自动控制原理》参考教材
1. 《自动控制原理简明教程》 胡寿松， 科学出版社
2. 《自动控制原理习题集 》 胡寿松， 科学出版社
3. 《自动控制原理》（第一版） 张 莲，中国铁道出版社
4. 《自动控制原理的MATLAB实现》 黄忠霖，国防工业出版社
8
第一章
控制系统导论
9
本章主要内容
1-1 自动控制的基本原理 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
23
例2：火炮自动跟踪系统——“火炮打飞机”
+
+
受信仪
放大器
•
•
_
_
电机
减速器
校正装置Biblioteka 检测装置反馈控制系统基本组成
原理用方块图表示。负反馈“-”；“＋”号即正反馈。 信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称前向通 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， 还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。只包含一个主 反馈通路的系统称单回路系统；有两个或两个以上反馈通 路的系统称多回路系统。
3
4、智能控制
这是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能 在控制上的应用。它的指导思想是依据人的思维方式和 处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决 的复杂的控制问题。
学派：结构派和功能派 它是一门新兴的控制学科，有些问题尚存有争议，然 而由于它实用性强，能运用人们的经验与技巧解决许多 以往控制中难以解决的棘手问题（如建模等），因此得 到了人们极大的重视。
自动控制原理 Automatic Control Theory
河南理工电气学院
自动控制理论的内容
1、经典控制理论
研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如：调节电压改变电机的速度。
2、现代控制理论
研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如: 汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏
10
1-1 自动控制的基本原理
11
一、基本概念 [自动控制]
12
[自动控制理论] 研究自动控制共同规律的技术科学。
[自动控制系统] 由被控对象和自动控制装置按照一定的方式
连接起来，组成一个有机的整体，称为自动控制 系统。
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二、反馈控制基本原理
反 馈：取出输出量送回到输入端，并与输入 信号相比较产生偏差信号的过程。
板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。
2
3、大系统控制理论
研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、 目标多样、因素众多等特点。 是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体 温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制 等等。
大系统控制理论目前仍处于发展阶段。
被控对象 （电热丝、炉）
输出信号 （实际炉温）
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温度计
B.温度——自动控制
炉子 电热丝
调压器
220
炉子 热电偶 _ 电热丝 +
给定信号 _+
u
ub
ur
电压 放大器
电动机
功率 +
放大器 _E
减速器 调压器
220
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闭环控制系统的基本组成
炉子 热电偶 _ 电热丝 +
给定信号 _+
u
ub
ur
电压 放大器