反馈
一、反馈的概念
反馈(信息反馈)：将系统的输出部分或全 部地返回到系统的输入端并共同作用于系统的 过程，称为反馈。
二、正反馈和负反馈 三、内反馈和外反馈
无反馈 有反馈
内反馈与外反馈
2 控制系统的基本工作原理
输入
偏差
控制器
执行器
反馈信号 检测器
干扰信号
受控对象
输出
工工作作原原理理 检检测测输输出出
5 基本控制策略 开开环环控控制制 闭闭环环控控制制 复复合合控控制制
汽车的恒速控制
能量流
道路坡度等 的影响
偏差
大脑 期望
脚踏油门 驱动系
汽车
实际
车速
反馈信号
车速
车速表
汽车的路线控制
能量流
横风等的 影响
偏差
大脑 期望
方向盘
转向系
汽车 实际
轨线
反馈信号
轨线
眼睛
3 控制过程的物理本质
输入 偏差信号
控制器
控制 规律
能量流 物质流 信息流
执行器
反馈信号
检测器
干扰信号
输出
受控对象
信信息息寓寓于于 信信号号之之中中 信信号号是是 传传输输信信息息 的的载载体体
信信号号是是 含含有有能能量量 的的物物质质，，
具具有有 可可观观测测性性
工工程程领领域域 中中使使用用的的 物物理理变变量量 就就是是信信号号
控控制制工工程程就就是是从从信信息息的的角角度度，，研研究究不不同同物物理理本本质质 的的控控制制系系统统所所具具有有的的共共同同的的控控制制规规律律的的学学科科。。
1t
电电
ei (t) 1(t), eo (t) 1 e T
容容
当t T时 eo (T ) 1 e 1 0.632
充充
电电 动动
i(t)
1 R
ei (t) eo (t)
d dt
eo
(t
)
1 T
1t
eT
t 0
1 T
态态 过过
eo
(t)
1 C
t
i(t)dt
0
程程
T
d dt
eo (t)
eo (t)
无论何种类型的控制系统都由三个基本部分组成
控制目标 输入
控控制制系系统统
控制结果 输出
由控制器和被控对象组成
二 控制系统的组成和工作原理
现代控制系统的基本组成
输入
能量流 控制 物质流 偏差信号 规律 信息流
控制器
执行器
干扰信号
输出 受控对象
反馈信号 检测器
控制器：现代控制系统一般采用计算机，完成比 较、放大、变换等信号处理工作；输出控制规律；比较 器就是最简单的控制器。执行器和受控对象合称受控系 统，它一般是一个能量传动系统，一个动态系统。
ei (t)
T RC
5 控制和控制系统
Control/Manipulate/Regulate/Constraint
控控制制就就是是按按照照预预先先给给定定的的目目标标，，改改变变系系统统行行为为或或性性能能的的 方方法法学学。。所所谓谓自自动动控控制制，，是是指指在在没没有有人人直直接接参参与与的的情情况况下下，， 利利用用外外加加的的设设备备或或装装置置((称称控控制制装装置置或或控控制制器器))，，使使机机器器、、设设 备备或或生生产产过过程程((统统称称被被控控对对象象))的的某某个个工工作作状状态态或或参参数数((即即被被控控 量量、、输输出出))自自动动地地按按照照预预定定的的规规律律运运行行。。
3 输入（激励）和输出（响应）
原因将称为 激励或输入
输入
动动态态系统统
任何一组存在某种因果 关系的物理元件的集合
效果将叫做 响应或输出
输出
通常，将施加于系统的作用称为系统的输 入（激励）；而将要求系统完成的功能称为系 统的输出（响应）。
4 动态系统和动态响应
阶阶跃跃输输入入响响应应与与时时间间常常数数
1 系统要素：物质、能量和信息
从信息论的观点出发，任何系统的组成都包括物
质、能量、信息三个要素。物质构成系统的形体，系统 的运动离不开能量，而信息则是系统的灵魂，因为信息 反映了系统运动的状态和特征。
系系统统构构成成三三要要素素
物物质质
能能量量
信信息息
构构成成系系统统 的的形形体体
系系统统的的运运动动 离离不不开开能能量量
控控制制过过程程 的的
物物理理本本质质
从从物物理理本本质质上上看看，，控控制制过过程程是是一一种种信信 息息处处理理及及控控制制能能量量（（物物质质、、信信息息））转转 移移的的过过程程。。
4 控制的核心问题：最优控制
提高信息处理能力，以最短的时间和 （或）最小的代价，实现系统按预定的规 律进行能量转移，这就是控制系统设计所 要解决的中心问题。不论控制理论如何发 展，最优控制始终是控制的核心问题。
信信息息则则是是 系系统统的的灵灵魂魂
2 信息的概念与信号
信信息息的的概概念念与与信信号号（（IInnffoorrmmaattiioonn//SSiiggnnaall））
信信息息既既 不不是是物物质质 也也不不具具有有
能能量量
信信息息是是 事事物物客客观观 存存在在或或 运运动动状状态态 的的特特征征
基基于于负负反反馈馈基基础础上上的的““检检测测 偏偏差差用用以以纠纠正正偏偏差差””的的控控制制原原理理称称 为为反反馈馈控控制制或或闭闭环环控控制制原原理理。。
比比较较得得偏偏差差 纠纠正正偏偏差差
控制的目的？——输入是什么？ 受控对象是谁？
输出？描述对象特征的某个物理量 输出如何检测？
例1 汽车的控制
1 控制系统的基本组成
前向通道
反馈通道
(1)给定环节：根据系统输出量的期望值，产生系统的给定输入信号 (2)反馈环节：对系统的实际输出量进行测量，将它转换成反馈信号 并使反馈信号成为与给定输入信号同类型、同数量级的物理量 (3)比较器：将给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号 (4)控制器：根据输入的偏差信号，按一定的控制规律，产生相应的 控制信号 (5)执行环节：用控制信号控制传动功率的转移过程，直接推动被控 对象，使被控制量发生变化 (6)被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出量就 是被控制量
一 系统的基本概念
系统的概念
什么是系统(system)？广义地说，系统是由若干相互 作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。 在工程领域，系统可以是电的、机械的、液压的、气动的 、热的、生物医学的，或者这些系统的某种组合。
对于实际工程应用来说，系统一般可以定义为任何一 组存在某种因果关系的物理元件。原因称为激励或输入； 效果叫做响应或输出。通常，输入和输出都是物理变量， 例如，温度、压力、液位、电压、位移、速度等等。