闭环控制系统课件

第一章自动控制的一般概念第一章自动控制的一般概念1第一章自动控制的一般概念第一章自动控制的一般概念1本章主要内容

自动控制理论发展概况；古典控制理论的基本内容；自动控制与自动控制系统的基本概念及对控制系统的基本要求。重点内容自动控制与自动控制系统的基本概念对控制系统的基本要求本章主要内容自动控制理论发展概况；古典控制理2本章主要内容自动控制理论发展概况；古典控制理第一节引言一、自动控制在国民经济中的作用：2、铁路上1、生活中，洗衣机、电冰箱、电饭煲。高速列车、磁悬浮列车第一节引言一、自动控制3第一节引言一、自动控制日本新干线100系（1985）日本新干线100系（1985）4日本新干线100系（1985）日本新干线100系（1985）日本新干线300系（1992）日本新干线300系（1992）5日本新干线300系（1992）日本新干线300系（1992）日本新干线700系（1999）日本新干线700系（1999）6日本新干线700系（1999）日本新干线700系（1999）国产“中华之星”国产“中华之星”7国产“中华之星”国产“中华之星”7法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里8法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里法中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、西南交大、国防科大、中科院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术做了基础性研究。中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、9中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场连接起来，单向运行时间约8分钟，平均运行速度达到每秒60－70米。列车大部分时间时速为300多公里，达到最高设计时速430公里的时间有20多秒。上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场10上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、导向线圈一起使列车获得上浮、推进、导向力。日本使用的超导物质是将超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线，当此种超导电线浸入液氦(－269℃)中时进入超导状态产生强大磁场。日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、11日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、3、军事上航空:（F-15）战斗机3、军事上航空:（F-15）战斗机123、军事上航空:（F-15）战斗机3、军事上航空:（F-15航天：APOLLO宇宙飞船航天：APOLLO宇宙飞船13航天：APOLLO宇宙飞船航天：APOLLO宇宙飞船13海上：核潜艇海上：核潜艇14海上：核潜艇海上：核潜艇14“库尔斯克”号核潜艇“库尔斯克”号核潜艇15“库尔斯克”号核潜艇“库尔斯克”号核潜艇154、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SISO线性定常时不变系统，其数学基础为传递函数。1、古典控制论：以状态空间法为基础研究多输入-多输出、变参数、非线性系统。其数学基础是线性代数。4、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SIS164、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SIS1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机。→1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的准则。古典控制论1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机171788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机Wate飞轮调节器汽阀Wate飞轮调节器汽阀18Wate飞轮调节器汽阀Wate飞轮调节器汽阀181945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应分析法－Bode图。1948年，Evans提出了根轨迹法，这时美国Wiener在《控制论－关于在动物和机器中控制和通信的科学》中系统地论述了控制理论的一般原理和方法。－－－标志控制学科的诞生控制论：研究动物（包括人类）和机器内部控制和通信的一般规律的学科。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。－－－奠定了工程控制论的基础1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出191945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出

1960——1970现代控制理论机组自动化1958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系统，提出能控性、能观性、Kalman滤波概念1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。1970——1980大系统理论控制管理综合1980——1990智能控制理论智能自动化1990——21c集成控制理论网络控制自动化现代控制理论1960——1970现代控制理论机组201960——1970现代控制理论机组引例：水箱水位自动控制系统图1

水箱水位自动控制系统示意图气动阀门流入量控制器浮子流出量引例：水箱水位自动控制系统图1水箱水位自动控制系统21引例：水箱水位自动控制系统图1水箱水位自动控制系统第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对象的总和，称为控制系统1、自动控制：应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能。被控制的机器设备或物体、生产过程，称为被控制对象；所用的控制装置，常称为控制器2、控制系统：第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对22第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性能。3、输入量（参考输入、控制输入、给定输入）：是作用于系统的激发信号，其中使系统具有预定性能或预定输出的，称为控制输入、指令输入或参考输入。4、扰动量：干扰或破坏系统具有预定性或预定输出的，称为扰动输入。5、被控制量（输出量）系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性23系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性9、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号。7、偏差量：等于参考输入与主反馈量之差的信号。8、比较元件：相当于一个偏差器，其输出信号等于各输入信号的代数和。9、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或249、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图2控制系统结构示意图偏差量控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图225控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图2输入量控制器水箱浮子流出量流入量反馈量_+图4

水箱水位自动控制系统示意图输入量控制器水箱浮子流出量反馈量_+图426输入量控制器水箱浮子流出量反馈量_+图4

自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没有影响。其结构示意图如图所示：被控制量控制器对象或过程控制量图5开环控制系统1、举例：电动机转速控制系统一、开环控制：自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没27自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没闭环控制系统课件28闭环控制系统课件28电动机转速开环控制系统SMn电压功率放大器人工闭环控制系统电动机转速开环控制系统SMn电人工闭环控制系统29电动机转速开环控制系统SMn电人工闭环控制系统电动机转速开环缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开环速度控制系统结构图：电机转速开环速度控制系统结构图电压和功率放大器直流电动机输入量输出量扰动量2、开环系统的优、缺点：优点：组成简单、易实现；工作稳定。缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开30缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的作用来减小系统的误差，因此又称为负反馈控制。控制环节被控对象反馈环节扰动量输入量反馈量输出量_+二、闭环控制系统：在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的31在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控制系统2、优点：（1）可有效地抑制扰动对系统的影响（2）可提高系统的稳态精度（4）自动化投资少（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控32（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控SMn电压功率放大器TG电机转速闭环控制系统SMn电TG电机转速闭环控制系统33SMn电TG电机转速闭环控制系统SMn电TG直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输入量_输出量直流电动机扰动量电压、功率放大器直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输34直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（1）有前向及反馈支路（2）有检测环节（3）靠偏差信号进行工作，闭环系统是有源的4、缺点：可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（35可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰动信号补偿两种方式。控制器被控对象补偿装置输入量输出量按输入作用补偿三、复合控制系统开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰36开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰按扰动作用补偿控制装置被控对象补偿装置输入量输出量扰动量按扰动作用补偿控制被控补偿输入量输出量扰动量37按扰动作用补偿控制被控补偿输入量输出量扰动量按扰动作用补原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正装置，直流放大，功率放大，电动机，减速器，火炮第三节控制系统的分类一、随动系统：在闭环控制系统中，如果控制信号为一任意时间函数，其变化规律无法预先予以确定，则承受这类控制信号的闭环控制系统叫做随动系统，又叫做跟踪系统。例1.4-1火炮随动系统任务：控制火炮跟踪敌机，以便适时开炮击中目标按参考输入的类型来分：原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正38原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正火炮随动系统原理图

前置放大

相敏检波

校正装置

直流放大

功率放大SMu直流激磁发送机接收机火炮随动系统原理图前置放大相敏检波校正装置直流39火炮随动系统原理图前置放大相敏检波校正装置直流工作原理：工作原理：40工作原理：工作原理：40前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电机减速器+u火炮随动系统方块图

运动目标的自动跟踪；瞄准和拦截系统；自动仪量仪器系统；仿形控制系统等。1、随动系统的特点：跟随给定值。2、应用：前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电41前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定的常量，则称这类反馈控制系统为恒值调节系统。1、特点：(1)主要矛盾：扰动；（2）发生扰动，尽快恢复原值2、应用：电压、电流、转速、压力、温度、水位的自动调节等。例1.4-2电炉炉温控制系统工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定42工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定电压放大功率放大SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶电压功率SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶43电压功率SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶电压功飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面44飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面飞给定装置放大器舵机飞机

反馈电位器

垂直陀螺仪θ0θc扰动俯仰角控制系统方块图给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动45给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动2、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（关联）的多输入多输出系统，又叫多变量系统。四、连续系统和离散系统1、线性定常连续控制系统：（*满足叠加原理）组成系统各个环节的输入信号和输出信号都是时间的连续信号。2、线性定常离散控制系统：（数字控制系统）如果控制系统中的信号为离散信号时，则它就属于离散控制系统。五、单输入单输出系统（SISO）和多输入多输出系统（MIMO）1、SISO：指只有一个输入量和一个输出量的系统。2、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（462、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（称该系统为线性时变系统。1、线性系统：若系统可用线性常微分方程来描述则该系统是线性的。六、线性系统和非线性系统又称线性时不变系统或线性定常系统。2、非线性系统：若线性系统中，系数不是常数，而是时间的函数，如：称该系统为线性时变系统。1、线性系统：若系统可用线性常微分方47称该系统为线性时变系统。1、线性系统：若系统可用线性常微分方2、不确定系统：若有一个不满足，则为不确定系统。1、系统是稳定的----------“稳”；第五节对控制系统的要求3、相对稳定性好，动态品质好------------“好”。2、稳态误差要小-----------“准”；七、确定系统和不确定系统：1、确定系统：系统结构参数确定，输入输出信号都为时间的确定函数。2、不确定系统：若有一个不满足，则为不确定系统。1、系统是482、不确定系统：若有一个不满足，则为不确定系统。1、系统是234控制系统的过渡过程曲线234控制系统的过渡过程曲线49234控制系统的过渡过程曲线234控制系统的过渡过程曲线单位阶跃下控制系统的过渡过程单位阶跃下控制系统的过渡过程50单位阶跃下控制系统的过渡过程单位阶跃下控制系统的典型外作用（自学）1、阶跃函数（单位阶跃）2、斜坡函数（单位斜坡）3、脉冲函数4、正弦函数典型外作用（自学）1、阶跃函数（单位阶跃）51典型外作用（自学）1、阶跃函数（单位阶跃）典型外作用（自学）1．(1)掌握三种基本控制方式及特点。(2)掌握自动控制的任务、作用，自动控制系统的组成，自动控制的常用术语（给定值，被控量，被控对象，控制量，反馈量等）。2．(1)认识对控制系统性能的要求。（“稳”、“准”、“好”）(2)通过对自动控制系统的示例，逐步建立起"控制系统"的概念；"动态"的概念。3.三种基本控制方式：（1）只接受给定值信号r（t），称按给定值操纵得开环控制；（2）只测量干扰信号d（t），称按干扰补偿得开环控制；（3）接受、测量（或计算的是被控量对给定值的偏差信号r（t）－c（t），称按偏差调节的闭环控制，闭环控制必然是负反馈控制。反馈控制是本章最重要的概念。第一章小结1．(1)掌握三种基本控制方式及特点。第一章小521．(1)掌握三种基本控制方式及特点。第一章小第一章题型1、简答题：简要回答自动控制理论的发展分为哪几个阶段，代表人物是谁？举例说明什么是开环控制和闭环控制？对控制系统的基本要求是什么？控制系统有哪些分类？2、填空题：古典控制包括：、、。它的数学基础是：

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3、判断选择题4、分析综合题第一章题型1、简答题：53第一章题型1、简答题：第一章题作业：1-2，1-4，1-6，1-8，1-9，1-10第一次大作业：自动控制理论经过了哪几个发展阶段？目前最新的进展如何？有哪些方面？（要求至少要检索两篇最近1~2年内的外文文献，一篇中文文献并附在作业后。可以通过E-mail提交作业。）预习与自学：拉氏变换与微分方程求解作业：1-2，1-4，1-6，1-8，1-9，1-10第一次54作业：1-2，1-4，1-6，1-8，1-9，1-10第一次SMn电压功率放大器电压放大i测验一SMn电电i测验一55SMn电电i测验一SMn电电i测验一55第一章自动控制的一般概念第一章自动控制的一般概念56第一章自动控制的一般概念第一章自动控制的一般概念56本章主要内容

自动控制理论发展概况；古典控制理论的基本内容；自动控制与自动控制系统的基本概念及对控制系统的基本要求。重点内容自动控制与自动控制系统的基本概念对控制系统的基本要求本章主要内容自动控制理论发展概况；古典控制理57本章主要内容自动控制理论发展概况；古典控制理第一节引言一、自动控制在国民经济中的作用：2、铁路上1、生活中，洗衣机、电冰箱、电饭煲。高速列车、磁悬浮列车第一节引言一、自动控制58第一节引言一、自动控制日本新干线100系（1985）日本新干线100系（1985）59日本新干线100系（1985）日本新干线100系（1985）日本新干线300系（1992）日本新干线300系（1992）60日本新干线300系（1992）日本新干线300系（1992）日本新干线700系（1999）日本新干线700系（1999）61日本新干线700系（1999）日本新干线700系（1999）国产“中华之星”国产“中华之星”62国产“中华之星”国产“中华之星”62法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里63法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里法中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、西南交大、国防科大、中科院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术做了基础性研究。中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、64中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场连接起来，单向运行时间约8分钟，平均运行速度达到每秒60－70米。列车大部分时间时速为300多公里，达到最高设计时速430公里的时间有20多秒。上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场65上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、导向线圈一起使列车获得上浮、推进、导向力。日本使用的超导物质是将超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线，当此种超导电线浸入液氦(－269℃)中时进入超导状态产生强大磁场。日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、66日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、3、军事上航空:（F-15）战斗机3、军事上航空:（F-15）战斗机673、军事上航空:（F-15）战斗机3、军事上航空:（F-15航天：APOLLO宇宙飞船航天：APOLLO宇宙飞船68航天：APOLLO宇宙飞船航天：APOLLO宇宙飞船68海上：核潜艇海上：核潜艇69海上：核潜艇海上：核潜艇69“库尔斯克”号核潜艇“库尔斯克”号核潜艇70“库尔斯克”号核潜艇“库尔斯克”号核潜艇704、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SISO线性定常时不变系统，其数学基础为传递函数。1、古典控制论：以状态空间法为基础研究多输入-多输出、变参数、非线性系统。其数学基础是线性代数。4、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SIS714、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SIS1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机。→1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的准则。古典控制论1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机721788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机Wate飞轮调节器汽阀Wate飞轮调节器汽阀73Wate飞轮调节器汽阀Wate飞轮调节器汽阀731945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应分析法－Bode图。1948年，Evans提出了根轨迹法，这时美国Wiener在《控制论－关于在动物和机器中控制和通信的科学》中系统地论述了控制理论的一般原理和方法。－－－标志控制学科的诞生控制论：研究动物（包括人类）和机器内部控制和通信的一般规律的学科。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。－－－奠定了工程控制论的基础1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出741945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出

1960——1970现代控制理论机组自动化1958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系统，提出能控性、能观性、Kalman滤波概念1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。1970——1980大系统理论控制管理综合1980——1990智能控制理论智能自动化1990——21c集成控制理论网络控制自动化现代控制理论1960——1970现代控制理论机组751960——1970现代控制理论机组引例：水箱水位自动控制系统图1

水箱水位自动控制系统示意图气动阀门流入量控制器浮子流出量引例：水箱水位自动控制系统图1水箱水位自动控制系统76引例：水箱水位自动控制系统图1水箱水位自动控制系统第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对象的总和，称为控制系统1、自动控制：应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能。被控制的机器设备或物体、生产过程，称为被控制对象；所用的控制装置，常称为控制器2、控制系统：第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对77第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性能。3、输入量（参考输入、控制输入、给定输入）：是作用于系统的激发信号，其中使系统具有预定性能或预定输出的，称为控制输入、指令输入或参考输入。4、扰动量：干扰或破坏系统具有预定性或预定输出的，称为扰动输入。5、被控制量（输出量）系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性78系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性9、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号。7、偏差量：等于参考输入与主反馈量之差的信号。8、比较元件：相当于一个偏差器，其输出信号等于各输入信号的代数和。9、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或799、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图2控制系统结构示意图偏差量控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图280控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图2输入量控制器水箱浮子流出量流入量反馈量_+图4

水箱水位自动控制系统示意图输入量控制器水箱浮子流出量反馈量_+图481输入量控制器水箱浮子流出量反馈量_+图4

自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没有影响。其结构示意图如图所示：被控制量控制器对象或过程控制量图5开环控制系统1、举例：电动机转速控制系统一、开环控制：自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没82自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没闭环控制系统课件83闭环控制系统课件83电动机转速开环控制系统SMn电压功率放大器人工闭环控制系统电动机转速开环控制系统SMn电人工闭环控制系统84电动机转速开环控制系统SMn电人工闭环控制系统电动机转速开环缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开环速度控制系统结构图：电机转速开环速度控制系统结构图电压和功率放大器直流电动机输入量输出量扰动量2、开环系统的优、缺点：优点：组成简单、易实现；工作稳定。缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开85缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的作用来减小系统的误差，因此又称为负反馈控制。控制环节被控对象反馈环节扰动量输入量反馈量输出量_+二、闭环控制系统：在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的86在控制器和被控对象之间不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控制系统2、优点：（1）可有效地抑制扰动对系统的影响（2）可提高系统的稳态精度（4）自动化投资少（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控87（3）加快系统的过渡过程1、举例：电枢控制的直流电动机闭环控SMn电压功率放大器TG电机转速闭环控制系统SMn电TG电机转速闭环控制系统88SMn电TG电机转速闭环控制系统SMn电TG直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输入量_输出量直流电动机扰动量电压、功率放大器直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输89直流电动机闭环控制系统结构框图+测速发电机输可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（1）有前向及反馈支路（2）有检测环节（3）靠偏差信号进行工作，闭环系统是有源的4、缺点：可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（90可能引起超调，造成系统振荡，甚至使得系统不稳定。3、特点：（开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰动信号补偿两种方式。控制器被控对象补偿装置输入量输出量按输入作用补偿三、复合控制系统开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰91开环控制和闭环控制相结合的控制方式。分为按输入信号补偿和按扰按扰动作用补偿控制装置被控对象补偿装置输入量输出量扰动量按扰动作用补偿控制被控补偿输入量输出量扰动量92按扰动作用补偿控制被控补偿输入量输出量扰动量按扰动作用补原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正装置，直流放大，功率放大，电动机，减速器，火炮第三节控制系统的分类一、随动系统：在闭环控制系统中，如果控制信号为一任意时间函数，其变化规律无法预先予以确定，则承受这类控制信号的闭环控制系统叫做随动系统，又叫做跟踪系统。例1.4-1火炮随动系统任务：控制火炮跟踪敌机，以便适时开炮击中目标按参考输入的类型来分：原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正93原理图如图所示，主要装置：自整角机，前置放大，相敏检波，校正火炮随动系统原理图

前置放大

相敏检波

校正装置

直流放大

功率放大SMu直流激磁发送机接收机火炮随动系统原理图前置放大相敏检波校正装置直流94火炮随动系统原理图前置放大相敏检波校正装置直流工作原理：工作原理：95工作原理：工作原理：95前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电机减速器+u火炮随动系统方块图

运动目标的自动跟踪；瞄准和拦截系统；自动仪量仪器系统；仿形控制系统等。1、随动系统的特点：跟随给定值。2、应用：前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电96前置放大相敏检波校正装置直流放大功率放大执行电工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定的常量，则称这类反馈控制系统为恒值调节系统。1、特点：(1)主要矛盾：扰动；（2）发生扰动，尽快恢复原值2、应用：电压、电流、转速、压力、温度、水位的自动调节等。例1.4-2电炉炉温控制系统工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定97工作原理：二、恒值调节系统：如果反馈控制系统的控制信号为恒定电压放大功率放大SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶电压功率SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶98电压功率SMEW电炉炉温控制系统~220V电阻丝热电偶电压功飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面99飞机示意图给定电位器反馈电位器飞机—自动驾驶仪系统升降舵面飞给定装置放大器舵机飞机

反馈电位器

垂直陀螺仪θ0θc扰动俯仰角控制系统方块图给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动100给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动2、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（关联）的多输入多输出系统，又叫多变量系统。四、连续系统和离散系统1、线性定常连续控制系统：（*满足叠加原理）组成系统各个环节的输入信号和输出信号都是时间的连续信号。2、线性定常离散控制系统：（数字控制系统）如果控制系统中的信号为离散信号时，则它就属于离散控制系统。五、单输入单输出系统（SISO）和多输入多输出系统（MIMO）1、SISO：指只有一个输入量和一个输出量的系统。2、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（1012、MIMO：信号多、回路多、变量多，而且相互之间又有耦合（称该系统为线性时变系统。1、线性系统：若系统可用线性常微分方程