第一章：自动控制理论的一般概念
§1.1引言
§1.2自动控制理论发展概述 发展过程：
19世纪
−−−−−−−→−呼应
与西方工业革命发展相
⎪⎭
⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧频域复域时域 20世纪60年代初
−−−−−−→−与航天技术发展相呼应
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧系统辩识等最佳估计最优控制线性系统 应用：深入到人民生产、生活的各个领域
日常生活：收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机… 工程：数控机床、合成塔、核反应堆… 军事:火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机… 科技：航天飞机、卫星姿态控制、机器人… §1.3自动控制和自动控制系统的基本概念
◇ 自动控制: 在无人直接参与的情况下，使被控对象的一个物理
量（被控量）按预定规律（给定量）运行。
出）（单入古典控制理论/出）
（多入现（近）代控制理论/
◇ 自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
举例： 被控对象 被控量C 给定量R 炉温控制系统 烘炉 炉温T u r （T 希望值）
X -Y 记录仪 笔 笔位移L u r （L 希望值） 液压控制系统
水箱
水箱水位H
u r
（H 希望值）
1． 开环（信号单向流动）
特点：简单、稳定、精度低。
2． 闭环（信号有反向作用）
特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。
3． 复合（前向联系、反向作用）
特点：性能要求高时用之。
例如：炉温系统可以采用开环或闭环的。
闭环控制工作原理：
外部作用：⎩
⎨⎧r c r
c 偏离干扰量：使跟踪给定量：使
控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。
负反馈原理——构成闭环控制系统的核心
把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。
负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统1）、有反馈，信号流动构成闭回路。
2）、按偏差进行控制。
§1.4控制系统的组成
组成（以X-Y记录仪为例）
控制器：
①测量元件：测量被控量
②比较元件：产生偏差信号
③放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大
④执行机构：对被控对象施加作用
⑤校正元件：改善系统性能
⑥给定元件：给出输入信号
二、外部作用：
1．给定量：使被控量跟随给定量。
2．干扰量：使被控量偏离给定量。
自控系统的目的在于：排除扰动量的影响，使被控量随给定量而变化。
例：液面控制系统：
介绍由原理图画方块图的步骤：（以角度随动系统为例）
①看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。
②从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。
③依原理图补上中间部分。
§1.5 示例
§1.6 分类（按r 形式）
⎩
⎨⎧记录仪）随动系统（如）调节系统（如炉温系统
Y -X 按特性分：线性、非线性、定常或时变
◇ 负反馈（闭环）控制原理：——构成自控系统的核心
根据给定量与被控量之间的偏差，产生控制作用，并力图减小偏差，使被控量趋于给定量。
◇ 闭环（负反馈）控制系统的特点：——用以区分开、闭环系统
⎭
⎬
⎫
、偏差信号起控制作用
路
、有反馈，能够成闭回
)2
)1
是按偏差控制的、具有负反馈的闭环系统
§1.7 控制系统的基本要求--是否只要构成负反馈就能正常工作?
一、控制过程分析：（加阶跃输入，以X-Y记录仪为例）
可见：控制过程有一个过渡过程：
振荡原因：
1、内部原因：系统有惯性，有储能元件。
2、外部原因：参数配置不当。
3、分类（按输入
信号的形式不同）
（1）稳定系统（调节系统）:r（t）是定常值（如炉温系统）
（2）随动系统（跟踪系统）：r（t）是时变量（如角度控制系统）
1、 典型外作用: 2.对系统的阶跃响应性能要求：
我们要求被控量尽可能好地跟踪给定量，但常常不能完全符合。
例如角度系统。
⎪⎪⎪⎩⎪
⎪⎪
⎨⎧
⎩⎨⎧⎩⎨⎧00::::σ超调量调节时间过渡过程要求匀
快稳态要求，稳态误差准基本要求，稳定性稳性能要求：s s t e
§1.8 本课程的研究内容
自动控制系统概念的扩展(见非控稿第1-4页) 本次课的重点：
作用 名称 表达式 图形 关系 举例 常
用于 时域 分析
单位 脉冲
挑瓜、钉丁 打炮、踢球
单位 阶跃
合闸
滴注、龙头 单位
斜坡 ⎩⎨⎧≥<=0,0,0)(t t t t f
匀速跟踪
频域分析
正弦函数
交流电压
⎰
∞
∞
-=⎩⎨
⎧=∞≠=1
)(0
,0,0)(dt t t t t δδ⎩⎨
⎧≥<=0
,10,0)(1t t t )
sin()(ϕω-⋅=t A t f
⑴掌握有关自动控制理论的一些基本概念
⑵掌握负反馈控制原理
⑶掌握由工作原理图画出相应方框图的方法
自动控制系统概念的扩展：
生物领域：人体温的调节机能
眼睛瞳孔对光线的调节能力
人手拿书的控制过程
经济领域：价值规律：商品价格由市场供需关系的调节在商品价值附近波动的过程
社会领域：教学过程：
作业布置：第一章1-5题
参考书：
[1]自动控制原理北航、孙虎章中央电大出版社
[2]自动控制原理(上册) 三院校合编国防工业出版社
[3]现代控制工程[日]绪方胜彦
本课程的内容及其任务
⎪⎩⎪⎨⎧→→⎩⎨⎧实践理论实践有用不与实践相结合改行无用本课程是否有用:)2)1?。