第1讲-控制系统的构成和分类

1、例例1 串联型稳压电源串联型稳压电源交流整流整流滤波滤波稳压稳压恒定直流tttt脉动直流又称为电压调节器又称为电压调节器 voltage regulatorvoltage regulator+A + OUiUR3R1R2RzU比较比较放大放大基准基准电压电压输出输出采样采样OUiU例例2 热水供应系统的自动控制热水供应系统的自动控制 自自动动控控制制器器热热水水冷冷水水蒸蒸汽汽温温度度测测量量装装置置 排排水水图图1 1- -2 2 热热力力系系统统的的自自动动反反馈馈控控制制控控制制阀阀飞船靠其发动机产生一与月球重力方向相反的推力u(t)，以使飞船在月球表面实现软着陆，要求发动机推力的控制规

2、律，并使燃料的消耗最少。设飞船质量为m(t)，高度为h(t)，垂直速度为v(t)，发动机推力为u(t)，月球表面的重力加速度为常数g。设不带燃料的飞船质量为M， 初始燃料的总质量为F初始高度为h0，初始的垂直速度为v0，那么飞船的运动方程式可以表示为：)()()()()()()(tkutmtmtugtvtvth初始条件 FMmvvhh)0()0()0(00终端条件终端条件 0)(0)(fftvth约束条件约束条件)(0tu)(ftmJ 达到最大值达到最大值 例例3 3 月球软着落问题月球软着落问题 0速度到地面速度到地面 1.2 自动控制系统的基本结构：自动控制系统的基本结构：四部分五个量四部

3、分五个量自动控制系统的基本结构自动控制系统的基本结构设定值设定值r控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量、变送测量、变送被控变量被控变量y反馈量反馈量 偏差偏差e控制变量控制变量u 控制系统的基本组成控制系统的基本组成 被控对象：被控制的目标对象部分被控对象：被控制的目标对象部分 控制器控制器 : 根据一定的控制规律得出控制量的部分根据一定的控制规律得出控制量的部分 执行器：执行器： 按控制量直接推动被控对象的部分。按控制量直接推动被控对象的部分。 测量反馈：测量被控制的量并转换和送回与要求比较测量反馈：测量被控制的量并转换和送回与要求比较; 给定量：给定量： 给出的与期望被控量相对应的

4、系统输入量。给出的与期望被控量相对应的系统输入量。 被控制量被控制量 期望按照目标要求变化的系统输出量。期望按照目标要求变化的系统输出量。 偏差：偏差： 实际测量值和期望值之间的误差。实际测量值和期望值之间的误差。 控制量：控制量： 控制器输出的量值。控制器输出的量值。 反馈量：反馈量： 经测量和变换送回输入端的量值。经测量和变换送回输入端的量值。 比较环节：把测量元件检测的被控量实际值与给定比较环节：把测量元件检测的被控量实际值与给定 元件给出的参量进行比较，求出偏差。元件给出的参量进行比较，求出偏差。给定值给定值输出量输出量控制器控制器被控制被控制对象对象扰动扰动输出量输出量 受控对象受控

5、对象控制装置控制装置 (电源电源 )输入量输入量( (温度温度) )扰动量扰动量开关开关电炉恒电炉恒温箱温箱加热电加热电阻丝阻丝炉温开环控制系统方框图炉温开环控制系统方框图1.3 开环和闭环控制开环和闭环控制控制方式控制方式： 按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传按给定值操纵。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。多用于系统结构精度取决于系统事先的调整精度。多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合参数稳定和扰动信号较弱的场合. .开环控制系统特点：开环控制系统特点： 信号从输入到输出

6、无反馈信号从输入到输出无反馈, ,单向传递单向传递. . 结构简单结构简单. . 控制精度不高控制精度不高, ,无法抑制扰动无法抑制扰动. .反馈控制任务：控制任务：保持工作机械恒速运行保持工作机械恒速运行. .控制过程的一种描述：控制过程的一种描述：fanuuun 典型闭环系统方框图典型闭环系统方框图特点特点: 输出影响输入，所以能削弱或抑制干输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要瓦特瓦特(James wat)发明的飞球调节器，控制蒸汽机的转速发明的飞球调

7、节器，控制蒸汽机的转速（1769年）年） 神舟神舟六号回收六号回收过程的过程的：测控技术测控技术汽车内的测量与控制汽车内的测量与控制1.4 1.4 自动控制系统的分类自动控制系统的分类开环控制闭环控制(反馈控制)复合控制 机械系统机械系统恒张力系统恒张力系统电气系统电气系统机电系统机电系统全自动照相机，光机全自动照相机，光机 电结合电结合液压系统液压系统伺服液压缸，汽车发伺服液压缸，汽车发动机，大型的仿真模拟台动机，大型的仿真模拟台气动系统气动系统 生物系统生物系统 按系统功用分 也称镇定系统。输出量以一定的精度等于也称镇定系统。输出量以一定的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，给

8、定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。恒温系统，石油部门的恒压系统等。恒值系统：恒值系统： 系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定的目的。整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定的目的。 输出量能以一定精度跟随

9、给定值输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统（伺服系统），变化的系统称随动系统（伺服系统），又称为跟踪系统。又称为跟踪系统。这类系统的特点是这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。系统，卫星控制系统等。随动系统：随动系统： 自动控制系统的被控制量如果是根自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系统。序控制系统。例如，炼钢炉中的微机控例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统制系统，洲

10、际弹道导弹的程序控制系统等。等。程序控制系统：程序控制系统： 过程控制过程控制 在许多工业生产过程中，诸如对在许多工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率等热压力、温度、湿度、流量、频率等热工量以及原料、燃料成分比例等化工工量以及原料、燃料成分比例等化工量方面的控制，称为过程控制。量方面的控制，称为过程控制。 1.5 1.5 资源和财富资源和财富 一切具有（现实的或潜在的）使用价值的事物称为一切具有（现实的或潜在的）使用价值的事物称为资源。目前人类应用的三类基本资源是材料、能源和资源。目前人类应用的三类基本资源是材料、能源和信息。其中许多材料、能源资源属于自然资源。信息。其中许多材料

11、、能源资源属于自然资源。 人类一切财富是由资源转化而来的。直接拥有自然资人类一切财富是由资源转化而来的。直接拥有自然资源源( (如土地、矿产等如土地、矿产等) )就直接拥有了财富。但一切非自就直接拥有了财富。但一切非自然资源要通过其它资源转化而来，企业的经营过程就然资源要通过其它资源转化而来，企业的经营过程就是把资源转化财富的过程。是把资源转化财富的过程。 资源转化为财富的过程主要是其资源转化为财富的过程主要是其集成度和柔性集成度和柔性的增强的增强过程。其中可货币量化的集成度和柔性的增强过程就过程。其中可货币量化的集成度和柔性的增强过程就是增值过程是增值过程物质物质信息信息能量能量动力动力材料

12、、工具材料、工具知识、智慧知识、智慧三类基本资源三类基本资源社会发展与对资源认识 决策与控制是人类的重要活动，而管决策与控制是人类的重要活动，而管理的核心问题是对复杂事物的决策和理的核心问题是对复杂事物的决策和控制。控制。自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、智能控制、智慧控适应控制、优化控制、鲁棒控制、智能控制、智慧控制制 讨论的对象：因果系统 、工程系统 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 课程特点：研究系统的共性问题 实际实际系