自動控制原理1自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第1頁!自動控制原理教材：《現代控制系統(tǒng)》（第八版），Dorf.R.C.BishopR.H.著，謝紅衛(wèi)等譯，高等教育出版社，2001.06.授課老師：瞿福存聯系方式：Email：qufc@課件密碼：student總學時：64（其中講課學時56，實驗學時8）2自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第2頁!自動控制原理胡壽松主編的《自動控制原理》(第五版)李友善主編《自動控制原理》機械工業(yè)出版社黃忠霖編著《控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真》國防工業(yè)出版社胡壽松主編《自動控制原理習題集》（第2版）科學出版社劉坤主編《MATLAB自動控制原理習題精解》國防工業(yè)出版社主要教學參考書：3自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第3頁!自動控制原理課程的主要內容及學時分配章控制系統(tǒng)導論6第二章控制系統(tǒng)的數學模型8第三章線性系統(tǒng)的時域分析法10第四章線性系統(tǒng)的根軌跡分析法6第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法10第六章反饋控制系統(tǒng)的設計8第七章數字控制系統(tǒng)的分析與設計84自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第4頁!節(jié)自動控制的一般概念

控制：使被控對象按照控制者的意愿運動。系統(tǒng)：是由一些相互聯系、相互制約的若干組成部分結合而成的、具有特定功能的一個有機整體。從三個方面理解系統(tǒng)的概念：

（1）系統(tǒng)是由若干要素（部分）組成的。（2）系統(tǒng)有一定的結構。（3）系統(tǒng)有一定的功能，或者說系統(tǒng)要有一定的目的性。章控制系統(tǒng)導論

5自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第5頁!第二節(jié)自動控制系統(tǒng)舉例

例1.1.以機器人為單元的無人化工廠章控制系統(tǒng)導論

6自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第6頁!例1.3.機械手章控制系統(tǒng)導論

7自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第7頁!例1.5.[無人駕駛飛機]:按照預定航線飛行章控制系統(tǒng)導論

8自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第8頁!例1.7.[電熱水器]:將水加熱到設定溫度章控制系統(tǒng)導論

9自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第9頁!自動控制的作用與重要性把人從繁重的危險的工作中解放出來礦井掘井、核電站檢查消防、救火、無人偵察機、導彈（無人）完成人無法完成的工作管道機器人、水下6000米機器人比人干得更快、更好，極大地提高生產力從自動化生產線上生產的產品，質量越來越好，價格越來越低。章控制系統(tǒng)導論

10自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第10頁!第三節(jié)控制系統(tǒng)基本結構章控制系統(tǒng)導論

例1.9：調節(jié)容器液面位置的人工閉環(huán)控制系統(tǒng)11自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第11頁!章控制系統(tǒng)導論

例1.10：汽車方向控制系統(tǒng)12自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第12頁!例1.11.人工控制恒溫箱[控制過程]1觀測恒溫箱內的溫度（被控制量）2與要求的溫度（給定值）進行比較得到溫度偏差的大小和方向3根據偏差大小和方向調節(jié)調壓器，控制加熱電阻絲的電流以調節(jié)溫度回復到要求值章控制系統(tǒng)導論

13自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第13頁!例1.12恒溫箱自動控制系統(tǒng)[控制過程]1恒溫箱實際溫度由熱電偶轉換為對應的電壓u22恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實際溫度u2比較得到溫度偏差信號u=u1-u23溫度偏差信號經放大后，驅動執(zhí)行電動機調節(jié)電流，直到溫度達到給定值為止，此時，偏差u=0,電機停止轉動。章控制系統(tǒng)導論

14自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第14頁!用偏差值產生控制調節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出?？刂葡到y(tǒng)的工作過程：檢測輸出量（被控制量）的實際值；將輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差；章控制系統(tǒng)導論

15自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第15頁!控制系統(tǒng)的基本組成典型控制系統(tǒng)的方塊圖控制器執(zhí)行機構被控對象輸入信號給定值偏差-測量裝置輸出量干擾章控制系統(tǒng)導論

16自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第16頁!偏差：參考輸入與反饋信號之間的差值誤差：期望輸出與實際輸出之間的偏差擾動：指外界或系統(tǒng)內部影響系統(tǒng)輸出的干擾信號反饋：指取出輸出量送回到輸入端并與輸入信號相比較產生偏差的過程章控制系統(tǒng)導論

17自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第17頁!⑴反饋控制方式反饋控制是按偏差進行控制的，其特點是輸出端和輸入端之間存在反饋回路。是自動控制理論主要的研究對象。章控制系統(tǒng)導論

18自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第18頁!開環(huán)控制的兩種控制方式按給定量控制：控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產生，給定一個輸入量，就有一個輸出量與之對應，控制精度完全取決于所用的元件及校準的精度。輸出量給定值控制器被控對象按給定量開環(huán)控制方塊圖章控制系統(tǒng)導論

19自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第19頁!⑶復合控制方式復合控制方式是指按偏差控制和按擾動控制相結合的控制方式。是反饋控制和開環(huán)控制的有機結合。章控制系統(tǒng)導論

20自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第20頁!冷卻器繼電器壓縮機控制器蒸發(fā)器冰箱例題家用電冰箱溫控系統(tǒng)試寫出系統(tǒng)的被控對象、被控量、輸入量和擾動量，工作原理，畫出系統(tǒng)方框圖。章控制系統(tǒng)導論

21自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第21頁!家用電冰箱溫控系統(tǒng)方框圖如下：章控制系統(tǒng)導論

22自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第22頁!第四節(jié)自動控制簡史

人類的夢想：讓機器自動工作，減輕人的腦力和體力勞動。人們普遍認可的最早的自動反饋控制器是：1769年瓦特發(fā)明的蒸汽機離心調速器。章控制系統(tǒng)導論

23自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第23頁!章控制系統(tǒng)導論

瓦特離心調速器在調速過程中存在不穩(wěn)定現象（“設備變得發(fā)狂！”），當時并沒有理論指導，所有的努力都集中在改進調速器本身（重量、彈簧、摩擦）?？刂评碚摰钠鹗?，僅有實踐是不夠的！麥克斯維爾(MAXWELL)把調節(jié)器跟調節(jié)對象合在一起，看作一個系統(tǒng)，用微分方程來進行研究，指出微分方程的特征根在左半面或右半面，決定著系統(tǒng)穩(wěn)定與否。24自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第24頁!章控制系統(tǒng)導論

到了二十世紀40年代，尼可爾斯深入研究了PID（Proportion,Integral,Differential）調節(jié)問題。他在MIT僅有的一臺模擬機（又叫微分分析儀）上做了大量的仿真實驗，最后列出來了PID的整定表。控制工程中，有一項工作歷經60多年，至今還在使用的，這就是尼可爾斯編排的這個PID整定表。1950年以前，稱為經典控制理論時期；1950年以后，稱為現代控制理論時期。25自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第25頁!章控制系統(tǒng)導論

項目經典控制理論現代控制理論研究對象線性定常系統(tǒng)（單輸入、單輸出）線性、非線性、定常、時變系統(tǒng)（多輸入、多輸出）描述方法傳遞函數（輸入、輸出描述）向量空間（狀態(tài)空間描述）研究辦法根軌跡法和頻率法狀態(tài)空間法研究目標系統(tǒng)分析及給定輸入、輸出情況下的系統(tǒng)綜合揭示系統(tǒng)的內在規(guī)律，實現在一定意義下的最優(yōu)控制與設計經典控制理論與現代控制理論比較26自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第26頁!工程設計的限制條件：成本、時間和效率。工程設計是一個循環(huán)往復的過程。控制系統(tǒng)設計是工程設計的特例，也是逐步確定系統(tǒng)控制變量、設計指標、結構配置、選擇關鍵參數，以滿足實際需求的過程?？刂葡到y(tǒng)設計的主要步驟是：章控制系統(tǒng)導論

27自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第27頁!第六節(jié)設計實例

轉臺速度控制系統(tǒng)概要設計章控制系統(tǒng)導論

在設計例題中，將按照《控制系統(tǒng)設計步驟》給出的工作流程進行。許多裝置，如：CD/DVD、硬盤、留聲機等，利用轉臺驅動盤片均速旋轉，要在電機和其它部件發(fā)生變化的情況下保持盤片恒定的旋轉速度。28自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第28頁!章控制系統(tǒng)導論

29自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第29頁!章控制系統(tǒng)導論

控制目標：定位磁頭，以便讀取存儲在磁盤某一磁道上的數據。循序漸進設計示例將針對同一個題目在各章中持續(xù)討論，各章將討論該章所能完成的任務。被控變量：磁頭的位置設計要求：定位精度為1微米，磁頭移動時間為50毫秒。30自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第30頁!章控制系統(tǒng)導論

作業(yè)2DP1.231自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第31頁!自動控制原理本課程性質:專業(yè)基礎課考核方式:閉卷考試成績評定方法：考試占70%，其它占30%(課堂紀律及作業(yè)等）32自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第32頁!章控制系統(tǒng)導論

本章主要內容自動控制的一般概念自動控制系統(tǒng)舉例控制系統(tǒng)基本結構自動控制簡史控制系統(tǒng)設計概述設計實例循序漸進設計示例33自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第33頁!自動控制:在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置,使機器、設備或生產過程的某個工作狀態(tài)或參數自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng):為了實現自動控制任務，將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來組成的一個有機整體。自動控制理論:是研究自動控制共同規(guī)律的一門技術科學。章控制系統(tǒng)導論

34自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第34頁!例1.2.墻面清洗機器人章控制系統(tǒng)導論

35自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第35頁!例1.4.[導彈]:自動飛行到預定目標章控制系統(tǒng)導論

36自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第36頁!例1.6.[人造衛(wèi)星]:在預定軌道飛行章控制系統(tǒng)導論

37自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第37頁!例1.8.[全自動洗衣機]:按設定程序洗衣服章控制系統(tǒng)導論

38自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第38頁!管理、經濟、金融過程智能化樓宇管理自動化：電、氣、水、消防報警全自動管理，辦公自動化，交通自動化，自助銀行等。自動化在經濟生活中應用越來越廣泛，幾乎無處不在。自動化技術是高科技的集中體現與應用。注：在工業(yè)過程（或經濟生活）中采用自動控制代替人工控制，稱之為自動化。章控制系統(tǒng)導論

39自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第39頁!章控制系統(tǒng)導論

分析決策腦執(zhí)行工作對象手觀察觀察干擾或激勵眼預期目標實際結果眼液體的流入和流出液位40自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第40頁!章控制系統(tǒng)導論

駕車人汽車預期行駛路線實際行駛路線比較器視覺測量+-偏差方向盤41自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第41頁!例1.11.人工控制恒溫箱（續(xù)）人工控制恒溫箱方塊圖章控制系統(tǒng)導論

42自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第42頁!例1.12.恒溫箱自動控制系統(tǒng)（續(xù)）恒溫箱自動控制系統(tǒng)方塊圖放大器控制電機減速器調壓器恒溫箱熱電偶恒溫箱溫度設定溫度章控制系統(tǒng)導論

43自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第43頁!反饋控制原理：為了實現被控對象的狀態(tài)或參數按預定規(guī)律運行，需要獲取被控對象的反饋信息，控制裝置根據反饋信息對被控對象施加控制作用，用來不斷修正輸出量與預定規(guī)律的偏差。將系統(tǒng)的輸出量反送到輸入端，與輸入量相比較產生偏差；根據偏差確定控制信號；驅動執(zhí)行器操作以減小或消除偏差，實現控制目標。章控制系統(tǒng)導論

44自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第44頁!被控對象：要求實現自動控制的設備或過程被控量（輸出量）：指被控對象的輸出控制量：控制器施加給被控對象的控制信號輸入量（參考輸入）：作用于控制系統(tǒng)輸入端，并可實現使系統(tǒng)具有預定性能或預定輸出的物理量章控制系統(tǒng)導論

45自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第45頁!前向通道：從輸入端沿箭頭方向到輸出端的傳輸通道反饋通道：從輸出端到輸入端的反方向通道控制系統(tǒng)的基本控制方式反饋控制方式（閉環(huán)控制）開環(huán)控制方式復合控制方式章控制系統(tǒng)導論

46自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第46頁!⑵開環(huán)控制方式開環(huán)控制是指控制器與被控對象間只有順向作用而無反向聯系的控制過程。其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。章控制系統(tǒng)導論

47自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第47頁!按擾動控制：通過對擾動信號的測量產生控制作用，以補償擾動對輸出量的影響?？刂破鞅豢貙ο鬁y量環(huán)節(jié)擾動輸出量按擾動開環(huán)控制方塊圖章控制系統(tǒng)導論

48自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第48頁!開環(huán)控制和閉環(huán)控制的比較開環(huán)控制1）輸出不影響輸入，對輸出不需要測量，通常容易實現；2）組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；3）系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題。閉環(huán)控制1）輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；2）低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；3）因為可能發(fā)生超調，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。章控制系統(tǒng)導論

49自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第49頁!被控對象：冰箱被控量：輸入量：控制器設定值（代表溫度的期望值）擾動量：開門時的外界溫度解：冰箱內溫度工作原理:控制器設定溫度與冰箱內溫度比較，如果設定溫度高于冰箱內溫度，則繼電器接通，壓縮機工作，使冰箱溫度下降，直到冰箱內溫度達到希望溫度，此時繼電器斷開，壓縮機停止工作。章控制系統(tǒng)導論

50自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第50頁!作業(yè)1E1.1,P1.1,P1.6,P1.7,P1.19,P1.20,P1.24（只寫題號，可以不抄題）章控制系統(tǒng)導論

51自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第51頁!章控制系統(tǒng)導論

52自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第52頁!章控制系統(tǒng)導論

1877年，麥克斯維爾的學生勞斯提出了勞斯代數穩(wěn)定性判據，并獲得了亞當獎。有了理論的指導，才能更好地實踐。1895年，胡爾維茨也提出了本質上與勞斯判據一致的代數穩(wěn)定性判據，并在穩(wěn)定性理論的指導下，為瑞士達沃斯電廠的一個蒸汽機設計了一個調速系統(tǒng)。胡爾維茨被認為是真正運用控制理論，來指導設計控制系統(tǒng)的人。

53自動控制系統(tǒng)第八版共60頁，您現在瀏覽的是第53頁!章控制系統(tǒng)導論

經典控制理論時期的主要代表人物還有：伯德（H.W.Bode）：1945年提出了簡便而實用的伯德圖法。伊文思（W.R.Evans）：1948年提出了直觀而又形象的根軌跡法。維納：1948年發(fā)表了著名的《控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學》，標志著自動控制理論的誕生。54自動控制系統(tǒng)第