现代控制工程第一章(1)
按系统性能分
线性/非线性系统(Linear/Non-linear) 连续/离散性系统(Continuous/Discrete) 定 常 / 时 变 性 系 统 (Time-invariant/Time-
variant) 确定/不确定系统(Certainty/Uncertainty)
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（Basic requirements）
现代控制工程第一章(1)
Automatic Control
在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机 械（Controller）使被控制对象（Controlled object） 达到预期的目标 。
Research of AC
Classic control theory Modern control theory
现代控制工程第一章(1)
经典控制理论（Classic control theory）
主要研究的对象： 单输入、单输出线性定常系统的分析和设计问题
现代控制理论（Modern control theory）
现代控制理论研究对象: 多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的
分析和设计问题
现代控制工程第一章(1)
现代控制工程-第一章(1)
2020/11/23
现代控制工程第一章(1)
Significance
（课程意义）
n Control engineering is an exciting and challenging field.
n It is a multidisciplinary subject, and a core course in the engineering curriculum.
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1.4 对自动控制系统的要求
• 稳定性(Stability)
被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能 做到，我们就认为该系统是稳定的，这是对反馈控制系统提出的最基本要求。
• 快速性 (Quickness)
对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动 迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。
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。
初始
中子数 +
中子数 n
+
U235
能量
中子数 2.5n
有效中子率
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闭环控制:是指控制器与控制对象之间既有顺向 作用有反向联系的控制过程。
n It is widely applied to the field of industry and agriculture, even to the sociological, biological, ecological and economic systems.
n It is especially used in high-technology areas such as spacecraft control system.
• 准确性 (Accuracy)
用稳态误差来表示。 在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所 要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的 输出跟随参考输入的精度越高。
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稳定性示意图
并联校正
C(s)
被控 对象
测量元件
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三. 复合控制(Composite control)
补偿装置
控制装置
输入信号
(-)
按输入补偿
受控对象
被控量
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n 按扰动补偿(Disturbance compensation): 控制方式的原理是利用对扰动信 号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经 测量装置，控制器至被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制 方式。因此，控制精度有限.
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二、闭环控制
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控制任务：保持工作机械恒速运行.
控制过程： n uf @u ua
n
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n 反馈： 输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程
n 负反馈： 反馈的信号与输入信号相减而使偏差越来越小
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正反馈的例子
n Open-loop Control（开环控制）
An open-loop control system utilizes an actuating device to control the process directly without using feedback
n Composite Control（复合控制）
式中：r(t)—系统输入量； c(t)—系统输出量 主要特点是具有叠加性和齐次性。
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按系统性能分类
非线性系统 (Non-linear system)Байду номын сангаас
特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非 线性环节。 非线性的理论研究远不如线性系统那么完整，目前 尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。
术语
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输入量 (电源 )
开关
加热 电阻丝
控制装置
扰动量
电炉
输出量
恒温箱 (温度)
受控对象
•开环控制系统的方框图
扰动
输入量 控制装置
输出量 受控对象
(b) 方块图
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开环控制
控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有 反向联系的控制。
➢分析控制过程
u -> t t －－？
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Chapter 1 Introduction to Control Systems
（In Chinese） 1-1 Concepts of Control Systems 1-2 Basic Types of Control modes 1-3 Classes of Control Systems 1-4 Principles to the Control system Design
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1.2 Basic Types of Control modes
n Closed-loop Control（闭环控制）
A closed-loop control system uses a measurement of the output and feedback of this signal to compare it with the desired output(reference or command).
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风扇叶片 （Controlled Object）
开关或程序 控制电压
Controller
电机 （Actuators）
电风扇的控制
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一.开环控制 (Open-loop control)
例: 电炉温度控制系统
➢分析控制组成
输入量 (Input) 控制装置 被控对象 输出量 (Output)
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Contents
（课程内容）
n Introduction to Control Systems n Mathematical Modeling of Dynamic Systems n The Analysis of Linear Feedback Systems in the
(-)
b
(b)
c 引出点 c c
(c)
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闭环控制系统的组成
尽管控制系统不同，复杂各异，但基本组成是类同的，即闭环系统的基本组成 为：(1)比较元件；(2)放大元件；(3)执行元件；(4)校正元件；(5)被控对象； (6)测量元件。
R(s)
放大
串联
- 整形
校正
变换
执行
-
放大
元件
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闭环控制系统的方框图 扰动
给定 r(t)
e(t)
参考 输入信号
(-)偏 信差 号
控制 环节
放大 元件
调节器(或控制器)
u(t)
控制量
执行 机构
受控 对象
受控系统
反馈信号
反馈装置 (测量元件)
c(t)
被控量
•方框图的组成：
输入量 环节名称 输出量 (或特性)
(a)
r
e=r-b
开环控制系统特点：
信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制扰动.
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给定值
控制器
被控制 对象
控制的原理方框图
输出量
控制方式： 按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给
定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的 调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无 法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳 定和扰动信号较弱的场合.
按扰动补偿
测量装置 控制器
被控制 对象
扰动 输出量
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1.3 控制系统分类
按控制方式分
按给定值操纵的开环控制 按干扰补偿的开环控制 按偏差调节的闭环控制 复合控制：闭环反馈为主，开环补偿为辅
恒值系统(Constant-value) 按给定值变化规律分 随动系统(Servo)
