自动控制原理第一章

控制理论与仿真I讲授：李秀娟合肥学院电子信息与电气工程系（第1讲）第一章自动控制的一般概念

§1.1引言

§1.2自动控制理论发展概述

§1.3自动控制和自动控制系统的基本概念

§1.4自动控制系统的基本组成

§1.5控制系统示例控制理论与仿真I控制理论发展简史经典控制理论(19世纪初)

时域法复域法(根轨迹法)

频域法

现代控制理论(20世纪60年代)

线性系统自适应控制最优控制鲁棒控制最佳估计容错控制系统辨识集散控制大系统复杂系统智能控制理论(20世纪70年代)

专家系统模糊控制神经网络遗传算法控制理论与仿真I自动控制理论是研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论是研究自动控制过程共同规律的技术学科自动控制在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）的某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。控制理论基本概念自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。控制器：对被控对象起控制作用装置的总体.被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。控制器：对被控对象起控制作用装置的总体，称做控制装置或控制器。输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。扰动：所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素，称为干扰量或扰动量。基本控制方式1.开环控制

2.闭环控制

3.复合控制

开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；系统的稳定性不是主要问题；主要特点：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,如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。

开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。主要特点：开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；系统的稳定性不是主要问题；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,如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。

开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；系统的稳定性不是主要问题；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,如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。

开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用

,而没有反向联系的控制过程。控制器被控制对象给定值输出量按给定值控制的原理方框图按扰动补偿

：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。对于不可测扰动以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。控制器被控制对象输出量测量装置扰动按扰动补偿的原理方框图闭环控制：是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向

联系的控制过程。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；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。主要特点：控制方式：反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反馈，负反馈。我们所讲述的反馈系统如果无特殊说明，一般都指负反馈。控制器被控制对象输出出量扰动扰动闭环控制典型方框图输入量例1炉温控制系统

炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图由上述举例表明，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。放大整形串联校正-并联校正变换放大执行元件被控对象测量元件-闭环系统的组成:方框图中各符号的意义

元部件方框（块）图信号（物理量）及传递方向中的符号比较点引出点表示负反馈

例2函数记录仪

函数记录仪方框图

控制系统的组成(1)

被控对象控制系统

测量元件比较元件

控制装置

放大元件执行机构

校正装置

给定元件控制系统的组成(2)

控制系统的分类1、按给定信号的形式恒值系统/随动系统2、按系统是否满足叠加原理线性系统/非线性系统3、按系统参数是否随时间变化定常系统/时变系统4、按信号传递的形式连续系统/离散系统5、按输入输出变量的多少单变量系统/多变量系统对控制系统的基本要求1.稳：（基本要求）要求系统要稳定2.准：（稳态要求）系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应