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1、关于自关于自动控制系控制系统的的一般概念一般概念现在学习的是第1页，共39页 1.1 1.1 1.1 1.1 引言引言引言引言第第1章章 自动控制系统的一般概念自动控制系统的一般概念1 1.2 1.2 1.2 1.2 自自自自动动控制控制控制控制与与与与自自自自动动控制系控制系控制系控制系统统2 1.3 1.3 自自自自动动控制系控制系控制系控制系统统的基本的基本的基本的基本类类型型型型 3 1.4 1.4 1.4 1.4 对对自自自自动动控制系控制系控制系控制系统统的基本要求的基本要求的基本要求的基本要求4 1.5 1.5 1.5 1.5 本本本本课课程的任程的任程的任程的任务务 52现在学
2、习的是第2页，共39页1.1 引言引言3自动控制自动控制自动控制自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展是人类在认识世界和发明创新的过程中发展是人类在认识世界和发明创新的过程中发展是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门起来的一门起来的一门起来的一门重要的科学技术重要的科学技术重要的科学技术重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重，重复。依靠它，人类可以从笨重，重复。依靠它，人类可以从笨重，重复。依靠它，人类可以从笨重，重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化
3、技术是当性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。技术革命和新的产业革命的关键技术。技术革命和新的产业革命的关键技术。技术革命和新的产业革命的关键技术。无论是在宇宙飞船、导弹制导、雷达定位等尖端技术领域无论是在宇宙飞船、导弹制导、雷达定位等尖端技术领域无论是在宇宙飞船、导弹制导、雷达定位等尖端技术领域无论是在宇宙飞船、导弹制导
4、、雷达定位等尖端技术领域中，还是在机械制造、石油、化工、医药等的工业过程控制中，中，还是在机械制造、石油、化工、医药等的工业过程控制中，中，还是在机械制造、石油、化工、医药等的工业过程控制中，中，还是在机械制造、石油、化工、医药等的工业过程控制中，都有都有都有都有自动控制技术的应用自动控制技术的应用自动控制技术的应用自动控制技术的应用，并且它所取得的成功都是巨大的。因，并且它所取得的成功都是巨大的。因，并且它所取得的成功都是巨大的。因，并且它所取得的成功都是巨大的。因此，自动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。此，自动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。此，自动
5、控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。此，自动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。现在学习的是第3页，共39页1.1 引言引言4自动控制原理是自动控制原理是自动控制原理是自动控制原理是自动化学科的重要基础理论自动化学科的重要基础理论自动化学科的重要基础理论自动化学科的重要基础理论自动化学科的重要基础理论自动化学科的重要基础理论，专门，专门，专门，专门，专门，专门研究有关自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方研究有关自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方研究有关自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方研究有关自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方研究有关自动控
6、制系统的基本概念、基本原理和基本方研究有关自动控制系统的基本概念、基本原理和基本方法。法。法。法。法。法。本章通过介绍自动控制和本章通过介绍自动控制和本章通过介绍自动控制和本章通过介绍自动控制和本章通过介绍自动控制和本章通过介绍自动控制和自动控制系统自动控制系统自动控制系统自动控制系统的基本概念，的基本概念，的基本概念，的基本概念，的基本概念，的基本概念，使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常用术语、使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常用术语、使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常用术语、使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常用术语、使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常
7、用术语、使读者对反馈控制系统的组成、特点、类型、常用术语、性能指标及性能指标及性能指标及性能指标及性能指标及性能指标及经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论的主要研究内容有个初步了解，的主要研究内容有个初步了解，的主要研究内容有个初步了解，的主要研究内容有个初步了解，的主要研究内容有个初步了解，的主要研究内容有个初步了解，为以后章节的学习打下基础。为以后章节的学习打下基础。为以后章节的学习打下基础。为以后章节的学习打下基础。为以后章节的学习打下基础。为以后章节的学习打下基础。现在学习的是第4页，共39页1.1 引言引言5液面控制液面控制液面控制液面控制现在学习
8、的是第5页，共39页1.1 引言引言6人类利用自动控制技术解决生产过程中实际问题的历史非常悠人类利用自动控制技术解决生产过程中实际问题的历史非常悠人类利用自动控制技术解决生产过程中实际问题的历史非常悠人类利用自动控制技术解决生产过程中实际问题的历史非常悠久。早在公元前久。早在公元前久。早在公元前久。早在公元前300300300300年，古希腊就运用反馈控制原理设计了浮子调节器，年，古希腊就运用反馈控制原理设计了浮子调节器，年，古希腊就运用反馈控制原理设计了浮子调节器，年，古希腊就运用反馈控制原理设计了浮子调节器，并应用于水钟和油灯中。我国也在久远的古代先后发明了铜壶滴漏计时并应用于水钟和油灯中
9、。我国也在久远的古代先后发明了铜壶滴漏计时并应用于水钟和油灯中。我国也在久远的古代先后发明了铜壶滴漏计时并应用于水钟和油灯中。我国也在久远的古代先后发明了铜壶滴漏计时器、指南车等控制装置。直到器、指南车等控制装置。直到器、指南车等控制装置。直到器、指南车等控制装置。直到1769176917691769年瓦特（年瓦特（年瓦特（年瓦特（J.WattJ.WattJ.WattJ.Watt）发明了控制蒸）发明了控制蒸）发明了控制蒸）发明了控制蒸汽机转速的飞球控制器才标志着工业革命的开始。汽机转速的飞球控制器才标志着工业革命的开始。汽机转速的飞球控制器才标志着工业革命的开始。汽机转速的飞球控制器才标志着工
10、业革命的开始。现在学习的是第6页，共39页1.1 引言引言7自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论是研究自动控制系统的组成，进行系统是研究自动控制系统的组成，进行系统是研究自动控制系统的组成，进行系统是研究自动控制系统的组成，进行系统分析和设计的一般性理论。它是研究自动控制过程共同规分析和设计的一般性理论。它是研究自动控制过程共同规分析和设计的一般性理论。它是研究自动控制过程共同规分析和设计的一般性理论。它是研究自动控制过程共同规律的技术学科。律的技术学科。律的技术学科。律的技术学科。经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论(20202020世纪世纪世纪世纪40404040年
11、代年代年代年代 )时域法时域法时域法时域法 复域法复域法复域法复域法 (根轨迹法根轨迹法根轨迹法根轨迹法)频域法频域法频域法频域法 现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论(20(20(20(20世纪世纪世纪世纪60606060年代年代年代年代 )线性系统线性系统线性系统线性系统 最优控制最优控制最优控制最优控制 最佳估计最佳估计最佳估计最佳估计 系统辨识系统辨识系统辨识系统辨识 自适应控制自适应控制自适应控制自适应控制 鲁棒控制鲁棒控制鲁棒控制鲁棒控制 容错控制容错控制容错控制容错控制 集散控制集散控制集散控制集散控制 大系统大系统大系统大系统 复杂系统复杂系统复杂系统复杂系统 智能
12、控制理论智能控制理论智能控制理论智能控制理论(20(20(20(20世纪世纪世纪世纪70707070年代年代年代年代 )专家系统专家系统专家系统专家系统 模糊控制模糊控制模糊控制模糊控制 神经网络神经网络神经网络神经网络 遗传算法遗传算法遗传算法遗传算法现在学习的是第7页，共39页1.2 自动控制与自动控制系统自动控制与自动控制系统8一一一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制人工控制与自动控制人工控制与自动控制二二.控制系统的方框图表示法控制系统的方框图表示法三三三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制四四四四.自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本
13、组成自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成现在学习的是第8页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制9人开关灯的过程人开关灯的过程人开关灯的过程人开关灯的过程人开关灯的过程人开关灯的过程红绿灯控制车流的过程红绿灯控制车流的过程红绿灯控制车流的过程红绿灯控制车流的过程 人工控制人工控制人工控制人工控制红绿灯自动控制红绿灯自动控制红绿灯自动控制红绿灯自动控制汽车人工控制汽车人工控制汽车人工控制汽车人工控制现在学习的是第9页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制10水温人工控制水温人工控制水温人工控制水温人工控制 水温自动控制水温自动控制水温自动控制水温自动控制现在学
14、习的是第10页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制11眼眼眼眼脑脑脑脑手手手手蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量过热器过热器过热器过热器气气气气 鼓鼓鼓鼓省省省省 煤煤煤煤 器器器器给给给给水水水水流流流流量量量量手动阀手动阀手动阀手动阀(a)(a)(a)(a)人工控制人工控制人工控制人工控制测测测测 量量量量变送器变送器变送器变送器控制器控制器控制器控制器执行机构执行机构执行机构执行机构蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量蒸汽流量过热器过热器过热器过热器气气气气 鼓鼓鼓鼓省省省省 煤煤煤煤 器器器器控制阀控制阀控制阀控制阀(b)(b)(b)(b)自动控制自动控制自动控制自动控制给水给水给水
15、给水流量流量流量流量给定值给定值给定值给定值图图图图 锅炉气鼓液位控制原理图锅炉气鼓液位控制原理图锅炉气鼓液位控制原理图锅炉气鼓液位控制原理图现在学习的是第11页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制12 被控量被控量被控量被控量 给定值给定值给定值给定值 控制量控制量控制量控制量(操作量操作量操作量操作量)扰动扰动扰动扰动 自动控制自动控制自动控制自动控制 被控对象被控对象 控制器控制器 自动控制系统自动控制系统自动控制系统自动控制系统控制器控制器控制器控制器执行机构执行机构执行机构执行机构受控对象受控对象受控对象受控对象测量、变送器测量、变送器测量、变送器测量、变送器测量信号
16、测量信号测量信号测量信号给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰偏差偏差偏差偏差r rr r e en nc c图图图图 自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图控制量控制量控制量控制量现在学习的是第12页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制13 1 1、自动控制、自动控制、自动控制、自动控制 在无人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或过程在无人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或过程在无人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或过程在无人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或过程
17、自动地按照预定要求进行。自动地按照预定要求进行。自动地按照预定要求进行。自动地按照预定要求进行。2 2、被控对象、被控对象、被控对象、被控对象(受控对象、对象受控对象、对象受控对象、对象受控对象、对象)指需要给以控制的机器、设备或生产过程。任何被控物指需要给以控制的机器、设备或生产过程。任何被控物指需要给以控制的机器、设备或生产过程。任何被控物指需要给以控制的机器、设备或生产过程。任何被控物体（如加热炉、化学反应器、宇宙飞船锅炉、机器人、电冰体（如加热炉、化学反应器、宇宙飞船锅炉、机器人、电冰体（如加热炉、化学反应器、宇宙飞船锅炉、机器人、电冰体（如加热炉、化学反应器、宇宙飞船锅炉、机器人、电
18、冰箱等箱等箱等箱等 ）被称为对象。）被称为对象。）被称为对象。）被称为对象。3 3、控制器、控制器、控制器、控制器 对被控对象起控制作用的设备。它与测量变换部件和执行机构对被控对象起控制作用的设备。它与测量变换部件和执行机构对被控对象起控制作用的设备。它与测量变换部件和执行机构对被控对象起控制作用的设备。它与测量变换部件和执行机构等构成控制装置。等构成控制装置。等构成控制装置。等构成控制装置。4 4、自动控制系统、自动控制系统、自动控制系统、自动控制系统 将实现自动控制所需要的各组成部分有机地组合在一起所构将实现自动控制所需要的各组成部分有机地组合在一起所构将实现自动控制所需要的各组成部分有机
19、地组合在一起所构将实现自动控制所需要的各组成部分有机地组合在一起所构成的系统。它由被控对象与控制装置两部分组成。成的系统。它由被控对象与控制装置两部分组成。成的系统。它由被控对象与控制装置两部分组成。成的系统。它由被控对象与控制装置两部分组成。现在学习的是第13页，共39页一一.人工控制与自动控制人工控制与自动控制14 6 6、给定值（参考输入量、系统的输入量、设定值）、给定值（参考输入量、系统的输入量、设定值）、给定值（参考输入量、系统的输入量、设定值）、给定值（参考输入量、系统的输入量、设定值）希望被控参数所具备的值。它是加到控制系统上的指令信希望被控参数所具备的值。它是加到控制系统上的指
20、令信希望被控参数所具备的值。它是加到控制系统上的指令信希望被控参数所具备的值。它是加到控制系统上的指令信号。号。号。号。5 5、被控量（被控参数、系统的输出量）、被控量（被控参数、系统的输出量）、被控量（被控参数、系统的输出量）、被控量（被控参数、系统的输出量）表征设备或过程的运行情况或状态且需要加以控制的参数（物理表征设备或过程的运行情况或状态且需要加以控制的参数（物理表征设备或过程的运行情况或状态且需要加以控制的参数（物理表征设备或过程的运行情况或状态且需要加以控制的参数（物理量）。量）。量）。量）。8 8、扰动（扰动输入量、干扰输入量）、扰动（扰动输入量、干扰输入量）、扰动（扰动输入量、
21、干扰输入量）、扰动（扰动输入量、干扰输入量）除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是扰动。扰动对系除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是扰动。扰动对系除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是扰动。扰动对系除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是扰动。扰动对系统的输出产生不利的影响。产生于系统内部的扰动称为内扰；产生于系统的输出产生不利的影响。产生于系统内部的扰动称为内扰；产生于系统的输出产生不利的影响。产生于系统内部的扰动称为内扰；产生于系统的输出产生不利的影响。产生于系统内部的扰动称为内扰；产生于系统外部的扰动称为外扰。统外部的扰动称为外扰。统外部的扰动称为外扰。统外部的扰
22、动称为外扰。7 7、控制量（操作量）、控制量（操作量）、控制量（操作量）、控制量（操作量）是一种由控制器改变的量值或状态是一种由控制器改变的量值或状态是一种由控制器改变的量值或状态是一种由控制器改变的量值或状态,它将作用于被控对象，并它将作用于被控对象，并它将作用于被控对象，并它将作用于被控对象，并影响被控量的值。影响被控量的值。影响被控量的值。影响被控量的值。现在学习的是第14页，共39页二二.控制系统的方框图表示法控制系统的方框图表示法15图图图图1-6 1-6 方框图的基本组成单元方框图的基本组成单元方框图的基本组成单元方框图的基本组成单元把系统各个把系统各个把系统各个把系统各个环节环节
23、环节环节（功能部件）用方框来表示，环节的名称写（功能部件）用方框来表示，环节的名称写（功能部件）用方框来表示，环节的名称写（功能部件）用方框来表示，环节的名称写在方框内，进入方框的信号为在方框内，进入方框的信号为在方框内，进入方框的信号为在方框内，进入方框的信号为输入输入输入输入，离开方框的为，离开方框的为，离开方框的为，离开方框的为输出输出输出输出。控制控制控制控制系统的方框图就是由系统的方框图就是由系统的方框图就是由系统的方框图就是由方框方框方框方框、比较点比较点比较点比较点、引出点引出点引出点引出点以及有箭头的以及有箭头的以及有箭头的以及有箭头的信号信号信号信号线线线线按按按按信号的传递
24、方向连接起来的图形。信号的传递方向连接起来的图形。信号的传递方向连接起来的图形。信号的传递方向连接起来的图形。现在学习的是第15页，共39页二二.控制系统的方框图表示法控制系统的方框图表示法16现在学习的是第16页，共39页图图图图1-8 1-8 例例例例1-21-2和例和例和例和例1-31-3系统方框图系统方框图系统方框图系统方框图三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制17两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对只存在
25、控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，而没有被控对象到控制器的反向联系的过程称为象到控制器的反向联系的过程称为象到控制器的反向联系的过程称为象到控制器的反向联系的过程称为象到控制器的反向联系的过程称为象到控制器的反向联系的过程称为开环控制开环控制开环控制开环控制开环控制开环控制。按开环控制方式。按开环控制方式。按开环控制方式。按开环控制方式。按开环控制方式。按开环控制方式所组成的系统称为所组成
26、的系统称为所组成的系统称为所组成的系统称为所组成的系统称为所组成的系统称为开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统。开环控制又分为。开环控制又分为。开环控制又分为。开环控制又分为。开环控制又分为。开环控制又分为无扰动补偿无扰动补偿无扰动补偿无扰动补偿无扰动补偿无扰动补偿和和和和和和有扰动补偿有扰动补偿有扰动补偿有扰动补偿有扰动补偿有扰动补偿两种。两种。两种。两种。两种。两种。补偿器补偿器补偿器补偿器执行机构执行机构执行机构执行机构受控对象受控对象受控对象受控对象被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰图图图图 开环控制系统（有扰动补偿）开环控制系统（有扰动补偿）
27、开环控制系统（有扰动补偿）开环控制系统（有扰动补偿）测量测量测量测量r r给定值给定值给定值给定值c c控制器控制器控制器控制器现在学习的是第17页，共39页三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制18 控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还存在被控控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还存在被控控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还存在被控控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还存在被控对象到控制器的反向联系的过程称为对象到控制器的反向联系的过程称为对象到控制器的反向联系的过程称为对象到控制器的反向联系的过程称为闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制。按闭环控制方式。
28、按闭环控制方式。按闭环控制方式。按闭环控制方式所组成的系统称为所组成的系统称为所组成的系统称为所组成的系统称为闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统。图图图图1-9 1-9 例例例例1-41-4和例和例和例和例1-51-5系统的方框图系统的方框图系统的方框图系统的方框图现在学习的是第18页，共39页三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制19与开环控制系统不同，闭环控制系统增加了对被控量的检测。与开环控制系统不同，闭环控制系统增加了对被控量的检测。与开环控制系统不同，闭环控制系统增加了对被控量的检测。与开环控制系统不同，闭环控制系统增加了对被控量的检测。将检测信号送回到输入端，并与
29、给定输入比较的过程称为将检测信号送回到输入端，并与给定输入比较的过程称为将检测信号送回到输入端，并与给定输入比较的过程称为将检测信号送回到输入端，并与给定输入比较的过程称为反馈反馈反馈反馈。对被控量的检测值称为主反馈信号，给定输入与主反馈信号之差对被控量的检测值称为主反馈信号，给定输入与主反馈信号之差对被控量的检测值称为主反馈信号，给定输入与主反馈信号之差对被控量的检测值称为主反馈信号，给定输入与主反馈信号之差称为称为称为称为偏差偏差偏差偏差。若主反馈信号符号为。若主反馈信号符号为。若主反馈信号符号为。若主反馈信号符号为“-”，称为，称为，称为，称为负反馈负反馈负反馈负反馈；若为；若为；若为；
30、若为“+”，则称为则称为则称为则称为正反馈正反馈正反馈正反馈。闭环控制系统的工作原理（闭环控制系统的工作原理（闭环控制系统的工作原理（闭环控制系统的工作原理（负反馈控制原理负反馈控制原理负反馈控制原理负反馈控制原理）：利用负反馈）：利用负反馈）：利用负反馈）：利用负反馈产生偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制系统内部产生偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制系统内部产生偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制系统内部产生偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制系统内部或外部干扰对被控量的影响，逐步减小以致消除这一偏差，达到或外部干扰对被控量的影响，逐步减小以致消除这一偏差
31、，达到或外部干扰对被控量的影响，逐步减小以致消除这一偏差，达到或外部干扰对被控量的影响，逐步减小以致消除这一偏差，达到自动控制的目的。因此闭环控制也称自动控制的目的。因此闭环控制也称自动控制的目的。因此闭环控制也称自动控制的目的。因此闭环控制也称反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制，这种由偏差产生，这种由偏差产生，这种由偏差产生，这种由偏差产生的控制作用又称为的控制作用又称为的控制作用又称为的控制作用又称为偏差控制偏差控制偏差控制偏差控制。现在学习的是第19页，共39页三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制20在闭环控制的基础上，加入给定输入信号或扰动输入信在闭环控制的基础上，加入给定输入信号
32、或扰动输入信在闭环控制的基础上，加入给定输入信号或扰动输入信在闭环控制的基础上，加入给定输入信号或扰动输入信号的补偿通道号的补偿通道号的补偿通道号的补偿通道(这种控制方式，称为前馈控制、补偿控制或这种控制方式，称为前馈控制、补偿控制或这种控制方式，称为前馈控制、补偿控制或这种控制方式，称为前馈控制、补偿控制或顺馈控制。顺馈控制。顺馈控制。顺馈控制。)，用来提高系统的控制精度，这样的系统称为，用来提高系统的控制精度，这样的系统称为，用来提高系统的控制精度，这样的系统称为，用来提高系统的控制精度，这样的系统称为复合控制系统复合控制系统复合控制系统复合控制系统。图图图图 复合控制系统复合控制系统复合
33、控制系统复合控制系统控制器控制器控制器控制器补偿器补偿器补偿器补偿器受控对象受控对象受控对象受控对象给给给给定定定定值值值值被被被被控控控控量量量量干扰干扰干扰干扰(a)(a)(a)(a)按扰动补偿按扰动补偿按扰动补偿按扰动补偿控制器控制器控制器控制器补偿器补偿器补偿器补偿器受控对象受控对象受控对象受控对象给给给给定定定定值值值值被被被被控控控控量量量量(a)(a)(a)(a)按输入补偿按输入补偿按输入补偿按输入补偿开环补偿原理：开环补偿原理：开环补偿原理：开环补偿原理：使系统的输出完全复现系统的输入或使系使系统的输出完全复现系统的输入或使系使系统的输出完全复现系统的输入或使系使系统的输出完全
34、复现系统的输入或使系统的输出不受扰动的影响。统的输出不受扰动的影响。统的输出不受扰动的影响。统的输出不受扰动的影响。现在学习的是第20页，共39页三三.开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制21 闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点偏差控制，可以抑制内扰动（系统结构和参数变化）偏差控制，可以抑制内扰动（系统结构和参数变化）偏差控制，可以抑制内扰动（系统结构和参数变化）偏差控制，可以抑制内扰动（系统结构和参数变化）、外扰动对被控量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、外扰动对被控量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、外扰动对被控量产生的影响。精度高、结构复杂，设计
35、、外扰动对被控量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。分析麻烦。分析麻烦。分析麻烦。开环控制系统的特点开环控制系统的特点开环控制系统的特点开环控制系统的特点顺向作用，没有反向的联系和修正偏差的能力，抗扰顺向作用，没有反向的联系和修正偏差的能力，抗扰顺向作用，没有反向的联系和修正偏差的能力，抗扰顺向作用，没有反向的联系和修正偏差的能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。动性较差。结构简单、调整方便、成本低。动性较差。结构简单、调整方便、成本低。动性较差。结构简单、调整方便、成本低。复合控制系统的特点复合控制系统的特点复合控制系统的特点复合控制系统的特点开、闭环控制结合，可以抑制可
36、测量扰动，具有很高的开、闭环控制结合，可以抑制可测量扰动，具有很高的开、闭环控制结合，可以抑制可测量扰动，具有很高的开、闭环控制结合，可以抑制可测量扰动，具有很高的控制精度，但要求补偿器的结构和参数具有较高的稳定性。控制精度，但要求补偿器的结构和参数具有较高的稳定性。控制精度，但要求补偿器的结构和参数具有较高的稳定性。控制精度，但要求补偿器的结构和参数具有较高的稳定性。现在学习的是第21页，共39页四四.自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成22将组成自动控制系统的物理部件按照在完成自动控制将组成自动控制系统的物理部件按照在完成自动控制将组成自动控制系统的物理部件按照在完成自动控制将组成
37、自动控制系统的物理部件按照在完成自动控制任务中的工作职能归类，不同的物理系统就有了相同职能任务中的工作职能归类，不同的物理系统就有了相同职能任务中的工作职能归类，不同的物理系统就有了相同职能任务中的工作职能归类，不同的物理系统就有了相同职能的方框图形式。的方框图形式。的方框图形式。的方框图形式。图图图图1-10 1-10 自动控制系统的职能方框图自动控制系统的职能方框图自动控制系统的职能方框图自动控制系统的职能方框图现在学习的是第22页，共39页四四.自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成23控制器控制器控制器控制器受控对象受控对象受控对象受控对象（广义对象）（广义对象）（广义对象）（广
38、义对象）给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰偏差偏差偏差偏差r re en ny y自动控制系统的简化方框图自动控制系统的简化方框图自动控制系统的简化方框图自动控制系统的简化方框图控制器控制器控制器控制器执行机构执行机构执行机构执行机构受控对象受控对象受控对象受控对象测量、变送器测量、变送器测量、变送器测量、变送器测量信号测量信号测量信号测量信号给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰偏差偏差偏差偏差r re en ny y自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图自动控制系统的典型方框图控制量控制量控制量控制量
39、现在学习的是第23页，共39页四四.自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成24例例例例 烘烤炉温度控制系统烘烤炉温度控制系统烘烤炉温度控制系统烘烤炉温度控制系统 放大器放大器放大器放大器混混混混合合合合器器器器放大器放大器放大器放大器煤气煤气煤气煤气空气空气空气空气电动机电动机电动机电动机热电偶热电偶热电偶热电偶工件工件工件工件 u ur ru ua a u uu uT TT T控制阀控制阀控制阀控制阀受控对象？测量元件？执行机构？控制器？给受控对象？测量元件？执行机构？控制器？给受控对象？测量元件？执行机构？控制器？给受控对象？测量元件？执行机构？控制器？给定装置？参考信号？被控量？干
40、扰？定装置？参考信号？被控量？干扰？定装置？参考信号？被控量？干扰？定装置？参考信号？被控量？干扰？现在学习的是第24页，共39页四四.自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成25受受受受控控控控对对对对象象象象烘烘烘烘烤烤烤烤炉炉炉炉；被被被被控控控控量量量量炉炉炉炉温温温温；给给给给定定定定装装装装置置置置电电电电位位位位器器器器；干干干干扰扰扰扰工工工工件件件件、煤煤煤煤气气气气压压压压力力力力波波波波动动动动、环环环环境境境境温温温温度度度度 、电电电电源源源源电电电电压压压压等等等等 ；测测测测量量量量元元元元件件件件热电偶；热电偶；热电偶；热电偶；执行机构执行机构执行机构执行机
41、构可逆电动机可逆电动机可逆电动机可逆电动机放大器放大器放大器放大器电动机电动机电动机电动机烘炉烘炉烘炉烘炉热电偶热电偶热电偶热电偶给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量工件工件工件工件环境温度环境温度环境温度环境温度 u ur r u uT T图图图图 烘炉温度控制系统方框图烘炉温度控制系统方框图烘炉温度控制系统方框图烘炉温度控制系统方框图放大器放大器放大器放大器u ua au uT T 工件增多（负载增大）工件增多（负载增大）工件增多（负载增大）工件增多（负载增大）工件减少（负载减小）工件减少（负载减小）工件减少（负载减小）工件减少（负载减小）现在学习的是第25页，共39页1.3
42、自动控制系统的基本类型自动控制系统的基本类型26一一一一.恒值、随动和程序控制系统恒值、随动和程序控制系统恒值、随动和程序控制系统恒值、随动和程序控制系统 二二二二.线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统三三三三.连续系统和离散系统连续系统和离散系统现在学习的是第26页，共39页一一.恒值恒值、随动和程序、随动和程序控制系统控制系统27恒值控制系统的特点恒值控制系统的特点恒值控制系统的特点恒值控制系统的特点：系统的给定值为某个恒定不变的：系统的给定值为某个恒定不变的：系统的给定值为某个恒定不变的：系统的给定值为某个恒定不变的常数，控制目的强调的是抑制各
43、种干扰影响，使系统的被控常数，控制目的强调的是抑制各种干扰影响，使系统的被控常数，控制目的强调的是抑制各种干扰影响，使系统的被控常数，控制目的强调的是抑制各种干扰影响，使系统的被控量尽可能保持在期望值的附近。量尽可能保持在期望值的附近。量尽可能保持在期望值的附近。量尽可能保持在期望值的附近。【例例例例1-61-6】水箱水位控制系统水箱水位控制系统水箱水位控制系统水箱水位控制系统图图图图1-11 1-11 水箱水位控制系统及方框图水箱水位控制系统及方框图水箱水位控制系统及方框图水箱水位控制系统及方框图现在学习的是第27页，共39页一一.恒值、恒值、随动随动和程序和程序控制系统控制系统28随动控制
44、系统的特点随动控制系统的特点随动控制系统的特点随动控制系统的特点：系统的给定输入为一个未知的时间：系统的给定输入为一个未知的时间：系统的给定输入为一个未知的时间：系统的给定输入为一个未知的时间函数，控制目的强调的是系统的被控量快速跟随给定输入信号的函数，控制目的强调的是系统的被控量快速跟随给定输入信号的函数，控制目的强调的是系统的被控量快速跟随给定输入信号的函数，控制目的强调的是系统的被控量快速跟随给定输入信号的变化。变化。变化。变化。【例例例例1-71-7】典型随动控制系统的控制过程典型随动控制系统的控制过程典型随动控制系统的控制过程典型随动控制系统的控制过程图图图图1-12 1-12 典型
45、随动控制系统及方框图典型随动控制系统及方框图典型随动控制系统及方框图典型随动控制系统及方框图 现在学习的是第28页，共39页一一.恒值、随动和恒值、随动和程序控制系统程序控制系统29程序控制系统的特点程序控制系统的特点程序控制系统的特点程序控制系统的特点：系统的给定输入为一个预先知道：系统的给定输入为一个预先知道：系统的给定输入为一个预先知道：系统的给定输入为一个预先知道的时间函数，控制目的是使系统的被控量按给定输入的信号变化，的时间函数，控制目的是使系统的被控量按给定输入的信号变化，的时间函数，控制目的是使系统的被控量按给定输入的信号变化，的时间函数，控制目的是使系统的被控量按给定输入的信号
46、变化，既要有一定的响应速度，又要有一定的精度。如电梯升降控制、既要有一定的响应速度，又要有一定的精度。如电梯升降控制、既要有一定的响应速度，又要有一定的精度。如电梯升降控制、既要有一定的响应速度，又要有一定的精度。如电梯升降控制、数控车床和机器人控制系统。数控车床和机器人控制系统。数控车床和机器人控制系统。数控车床和机器人控制系统。现在学习的是第29页，共39页二二.线性系统线性系统和非线性系统和非线性系统 30当组成系统的各个环节输入和输出关系可以用线性微分当组成系统的各个环节输入和输出关系可以用线性微分当组成系统的各个环节输入和输出关系可以用线性微分当组成系统的各个环节输入和输出关系可以用
47、线性微分方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为线性控制线性控制线性控制线性控制系统系统系统系统（简称线性系统）。其特点是满足叠加原理，即同时具（简称线性系统）。其特点是满足叠加原理，即同时具（简称线性系统）。其特点是满足叠加原理，即同时具（简称线性系统）。其特点是满足叠加原理，即同时具有叠加性和齐次性（或均匀性）。有叠加性和齐次性（或均匀性）。有叠加性和齐次性（或均匀性）。有叠加性和齐次性（或均匀性）。图图图图1-13 1-13 线性控制系统的叠加性和齐次性
48、线性控制系统的叠加性和齐次性线性控制系统的叠加性和齐次性线性控制系统的叠加性和齐次性现在学习的是第30页，共39页二二.线性系统和线性系统和非线性系统非线性系统 31如果组成系统的各个环节或元件的输入和输出关系至少存在如果组成系统的各个环节或元件的输入和输出关系至少存在如果组成系统的各个环节或元件的输入和输出关系至少存在如果组成系统的各个环节或元件的输入和输出关系至少存在一个非线性特性，则这类系统称为一个非线性特性，则这类系统称为一个非线性特性，则这类系统称为一个非线性特性，则这类系统称为非线性控制系统非线性控制系统非线性控制系统非线性控制系统（简称非（简称非（简称非（简称非线性系统）。非线性
49、系统不满足叠加性和齐次性，因此也线性系统）。非线性系统不满足叠加性和齐次性，因此也线性系统）。非线性系统不满足叠加性和齐次性，因此也线性系统）。非线性系统不满足叠加性和齐次性，因此也可以说，凡是不同时满足叠加性和齐次性的系统均为非线可以说，凡是不同时满足叠加性和齐次性的系统均为非线可以说，凡是不同时满足叠加性和齐次性的系统均为非线可以说，凡是不同时满足叠加性和齐次性的系统均为非线性系统。性系统。性系统。性系统。现在学习的是第31页，共39页二二.线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统 3232若描述系统（环节）输入与输出关系的微分方程：若描述系统（环节）输入与输出关系的微分方程：若描述系统（
50、环节）输入与输出关系的微分方程：若描述系统（环节）输入与输出关系的微分方程：线性系统线性系统线性线性线性线性时变时变时变时变系统系统系统系统线性线性线性线性定常定常定常定常系统系统系统系统方程中，输入输出函数及方程中，输入输出函数及方程中，输入输出函数及方程中，输入输出函数及各阶导数皆为各阶导数皆为各阶导数皆为各阶导数皆为一次。一次。一次。一次。非线性非线性非线性非线性时变时变时变时变系统系统系统系统线性线性线性线性定常定常定常定常系统系统系统系统线性线性线性线性时变时变时变时变系统系统系统系统现在学习的是第32页，共39页三三.连续系统连续系统和离散系统和离散系统 33若控制系统中各部分的信