自動(dòng)控制原理信息控制類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系第一章自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念1-1認(rèn)識(shí)自動(dòng)控制的概念1-2自動(dòng)控制的基本原理1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)分類1-4控制系統(tǒng)性能要求1.基本概念自動(dòng)控制在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行?！?-1自動(dòng)控制技術(shù)介紹1.基本概念自動(dòng)控制在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。鍋爐溫度控制、化工過程流量、溫度、液位的控制……自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)的所有物理部件的有機(jī)組合體?？刂蒲b置被控對(duì)象被控變量我們身邊的自動(dòng)控制系統(tǒng)與裝置現(xiàn)代生活離不開自動(dòng)控制！空調(diào)冰箱電熱水器2.自動(dòng)控制技術(shù)的直觀認(rèn)識(shí)1788年英國Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展過程中的例子1913年美國建成最早的汽車裝配流水線1952年美國MIT研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床

自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展過程中的例子1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人

1981年美國“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展過程中的例子機(jī)器人足球比賽月球車大型化工企業(yè)自動(dòng)控制裝置3.自控身系統(tǒng)縣與自清控原釋理自動(dòng)湖控制頂原理寒是分牧析各芬種自稱動(dòng)控你制裝已置的餐統(tǒng)一智理論剝，是凳其內(nèi)跳在的劑共通如規(guī)律自動(dòng)翁控制哈裝置銹不需姐要人葉參與染就能銜完成肉任務(wù)“自動(dòng)你控制”是自密動(dòng)化丑系統(tǒng)筆的核員心自動(dòng)楚控制蘋技術(shù)攤的兩梨?zhèn)€方狹面：①人手留（腳氣）的濁延伸——?jiǎng)恿λΨ矫婧淖耘蝿?dòng)化舉技術(shù)終：工丟業(yè)化②人腦體的延巖伸——信息脈處理擱方面肌的自稈動(dòng)化稀技術(shù):信息若化自動(dòng)復(fù)控制堵技術(shù)嚴(yán)已經(jīng)扭成為噸現(xiàn)代臣社會(huì)雄中的迫不可捐缺少論的一欠部分比人各工作縮慧的更叫好、饅更快剩、更恨準(zhǔn)把人碰從繁房誠重危短險(xiǎn)的慨任務(wù)睬中解株放出妻來完成英人無散法完錦成的凱工作工業(yè)負(fù)生產(chǎn)殖、軍敞事裝珍備、仔航空功航天鍛、生法物醫(yī)除學(xué)、忌經(jīng)濟(jì)糕運(yùn)行偷、社蒸會(huì)管郵理、立日常匙生活有等諸思多領(lǐng)末域都燥有自坊動(dòng)控速制系慨統(tǒng)自動(dòng)桃控制聰原理騙這門撲課程獅就是濕來研貼究這渣些自餃動(dòng)控繩制裝炎置或驚系統(tǒng)膚的基品本工明作規(guī)林律和悶原理4.自動(dòng)閃控制鄰理論圣研究壘簡史經(jīng)典搏控制獵理論剖：20世紀(jì)40睡-5必0年起源藥：二透戰(zhàn)軍勻工技媽術(shù)的尚需求目標(biāo)坦：反抗饋控矩制系仙統(tǒng)的樂穩(wěn)定活性方法點(diǎn)：微黑分方濾程、賭傳遞汪函數(shù)尺、根肯軌跡犯、頻是域分鴿析應(yīng)用玻系統(tǒng):單輸朝入單單輸出臟系統(tǒng)營（SI映SO）現(xiàn)代的控制呈理論團(tuán)：20世紀(jì)60年代起源團(tuán)：冷岡戰(zhàn)時(shí)筒期，冒空間噴技術(shù)原發(fā)展龍的需極求目標(biāo)舊：最督優(yōu)控熊制方法敏：狀邪態(tài)空葡間方阻程應(yīng)用持系統(tǒng):多輸亡入多撐輸出姑系統(tǒng)泥（MI憤MO）智能蕉控制巨理論桑：20世紀(jì)80年代起源勸：智拖能技森術(shù)和軍計(jì)算淹機(jī)技翠術(shù)的杜迅速偉發(fā)展目標(biāo)塌：智陶能控解制方法段：專粘家系冶統(tǒng)、露模糊迅控制株技術(shù)全、神導(dǎo)經(jīng)網(wǎng)顫絡(luò)、遠(yuǎn)智能密進(jìn)化獨(dú)算法娘等等重要責(zé)的人傭物：19徒48，維伐納《控制份論》19燒54，錢肢學(xué)森《工程漲控制算論》自動(dòng)?？刂圃桌碚摷m的發(fā)塵展歷紡程17機(jī)69，瓦密特，另飛球頂調(diào)節(jié)蓬器調(diào)烏節(jié)蒸埋汽機(jī)坦流量18楊68，麥?？怂沟宽f爾相，“次論調(diào)烘速器術(shù)”18陜77惹/1喬89雅5,勞思/赫爾悄維茨冷穩(wěn)定游性判噴據(jù)19疫32，乃杠奎斯帶特，肝頻域溫穩(wěn)定恥性分幸析19助48，維蓄納，《控制語論》19元56，蘇洲聯(lián)，損龐特孫里亞幅金，會(huì)極大擺值原搜理19妻56，貝陸爾曼贊，動(dòng)血態(tài)規(guī)頂劃19騾60，卡蜘爾曼繞，最淋優(yōu)濾登波器19討54，錢巾學(xué)森階，《工程有控制猶論》20世紀(jì)80年代惡至今餐，智貢能控抄制技銷術(shù)§1鐮-2自動(dòng)辮控制慮的基棕本原玩理【例】水箱數(shù)系統(tǒng)入口傻流量Qi取決騾于閥敗門開撓度u，出幕口流講量與釘液位H和出昨口閥反門有誤關(guān)問題盒：如造何使浴得實(shí)湖際液膜位H控制妄在期閱望液守位不患變期望捆液位暈：Hs1.人工寺控制眼：測量醒實(shí)際裂液位H——檢測辭過程冶。腦：將實(shí)崗際液蝦位H和期套望液鵝位Hs比較占，根巨據(jù)兩粱者偏撐差正途負(fù)及罰大小蠢作出建決策至?！容^斧、分渾析、莊決策庸過程勇。手：執(zhí)行霞大腦裝命令押，調(diào)耽節(jié)閥構(gòu)門開女度。——執(zhí)行畏過程盜。人工框控制蚊原理蹤蝶方塊督圖實(shí)際液位腦眼給定值手水槽擾動(dòng)測量值2.自動(dòng)伴控制變送烘器(眼）：測見量實(shí)勉際液篇位H并進(jìn)連行物舍理轉(zhuǎn)傅換?？刂泼掀鳎懘竽X第）：擋也叫餅調(diào)節(jié)割器，宜將測吊量值mv和給鑄定值sv相比蛾較，號(hào)根據(jù)杏兩者滿的偏熊差進(jìn)慶行運(yùn)暮算，暑輸出掘控制豆信號(hào)u。執(zhí)行虹器（龍手）：也附叫調(diào)杰節(jié)閥賊，改旬變閥功門開色度。自動(dòng)習(xí)控制收原理伴方塊廊圖：實(shí)際液位控制器變送器給定值執(zhí)行器水槽擾動(dòng)測量值實(shí)際液位腦眼給定值手水槽擾動(dòng)測量值人工墨控制速原理崗方塊截圖：3.反饋?？刂瓶煸矸答佂ㄟ^油測量盟變換爬裝置灑將系艘統(tǒng)或桐元件逝的輸陜出量誰反送耐到輸?shù)と攵藳_，與撤輸入箱信號(hào)掘相比縫較。比反送留到輸居入端畝的信懶號(hào)稱酷為反淋饋信謹(jǐn)號(hào)。負(fù)反啞饋反饋燙信號(hào)蠻與輸骨人信均號(hào)相液減，粒其差賴為偏虎差信田號(hào)負(fù)反窮饋控踏制原誼理將系要統(tǒng)的仁輸出君信號(hào)燃引回但輸入扶端，伙與輸吼入信散號(hào)相掏減，扣形成租偏差坑信號(hào)扭。然諸后根挺據(jù)偏熔差信康號(hào)產(chǎn)說生相都應(yīng)的享控制澤作用唯，力波圖消礎(chǔ)除或蘋減少觀偏差聾的過粱程。4.自動(dòng)激控制絞系統(tǒng)墊結(jié)構(gòu)反饋龜，反差饋通算道，暑前向藍(lán)通道嫁，閉脾環(huán)輸入剃變量秩：擾底動(dòng)輸饑入d，給格定輸惹入r（參堵考輸綠入）輸出醉變量c，廣義典被控箱對(duì)象+控制段器自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成：控制器測量變送器給定輸入執(zhí)行器被控對(duì)象擾動(dòng)輸入輸出測量值自動(dòng)膊控制億裝置+被控裹對(duì)象幾個(gè)苦概念被控秒制量c：在控竹制系堡統(tǒng)中畢．按議規(guī)定棉的任改務(wù)需朽要加付以控習(xí)制的們物理爹量?？刂瞥昧縰：作為翻被控柱制量煮的控謹(jǐn)制指鞋令而獄加給惡系統(tǒng)燙的輸鋪入量藍(lán)．也諒稱控誘制輸喪入。擾動(dòng)搶量d：干擾忙或破糞壞系早統(tǒng)按芹預(yù)定紀(jì)規(guī)律陡運(yùn)行霸的輸?shù)⑷肓课?，也懷稱擾陣動(dòng)輸街入。自動(dòng)隆控制請(qǐng)系統(tǒng)賞的特?fù)?dān)點(diǎn)存在蛛反饋厲，輸繪出量海參與賤控制齒；基范于偏潑差進(jìn)此行控絞制反饋怕（偏劉差、允閉環(huán)研）控域制系峽統(tǒng)5.控制卷系統(tǒng)際方框砌圖用方膨框和糾箭頭亮表示浙的控凳制系錢統(tǒng)元峽件作幼用圖輸出量

環(huán)節(jié)名稱(或特性)輸入量(a)

(-)e=r-br(+)

(-)b(b)re=r-b

b或(c)c引出點(diǎn)cc方框調(diào)圖中剖的幾安種表谷示法英：被控量偏差信號(hào)

(-)

參考輸入信號(hào)r(t)控制器(或調(diào)節(jié)器)u(t)廣義被控系統(tǒng)e(t)c(t)反饋信號(hào)

控制量

擾動(dòng)

給定裝置

校正裝置

放大

元件

執(zhí)行

器

被控

對(duì)象

反饋裝置測量變送器6.基本錫控制油方式1）開灘環(huán)控頑制2）閉觀環(huán)控魚制（歐反饋費(fèi)控制宅）3）復(fù)瓶合控任制按干果擾進(jìn)往行控跳制（籌即前培饋控鄉(xiāng)豐制，送對(duì)干客擾進(jìn)岔行補(bǔ)婚償）按給雷定值放進(jìn)行準(zhǔn)控制開環(huán)侍控制笨（按干暑擾進(jìn)仰行控薦制）閉環(huán)顯控制6.基本肢控制啊方式1）開稼環(huán)控暫制：不存掘在輸池出到吸輸入洞的反蘿饋，蒼輸出班量不肌參與攤控制按干雖擾進(jìn)衡行控桃制（貼即前貨饋控貞制，鐵對(duì)干漏擾進(jìn)亡行補(bǔ)孫償）擾動(dòng)吳必須蠟可測偏！按給脹定值鋤進(jìn)行天控制例M負(fù)載++++功放功放電機(jī)負(fù)載M——電動(dòng)馳機(jī)例+M負(fù)載+++壓放功放+功放電機(jī)負(fù)載壓放例2：電崖機(jī)系性統(tǒng)M負(fù)載++++TG壓放功放測速發(fā)電機(jī)壓放功放電機(jī)負(fù)載2）閉環(huán)區(qū)控制模系統(tǒng)期望燙轉(zhuǎn)速回：存在熔輸出辣到輸必入的惠反饋怠，輸自出量棉參與蔥控制TG——測速發(fā)電冬機(jī)例3）復(fù)育合控紗制系糾統(tǒng)+壓放+M負(fù)載+++TG壓放功放++功放電機(jī)負(fù)載壓放測速發(fā)電機(jī)壓放方塊膏圖：為何患要采績用復(fù)蝕合控崗制？反饋估控制伙只有碎當(dāng)轉(zhuǎn)完速發(fā)服生偏案差時(shí)兼才進(jìn)粒行控暗制，刑反應(yīng)月較慢按擾盜動(dòng)進(jìn)航行補(bǔ)伐償?shù)尼旈_環(huán)昏控制打只要?jiǎng)e負(fù)載勢發(fā)生處變化酬就能獅進(jìn)行撥控制反應(yīng)奏較快3)主要撓擾動(dòng)(可測鞏量)—原—按擾圾動(dòng)補(bǔ)紫償?shù)呢傞_環(huán)各控制其余萌擾動(dòng)(不可鑄測量)—撲—反饋污控制§1筋-3自動(dòng)叼控制擠系統(tǒng)笑分類線性援定?；檫B續(xù)螺系統(tǒng)線性億微分哨方程塌描述特點(diǎn)視：各變礎(chǔ)量及洞其導(dǎo)財(cái)數(shù)以薪一次李冪形律式出廣現(xiàn)，雪且無河交叉陜相乘——線性各系裳數(shù)ai鎮(zhèn)(i誕=0股,1恢,…掙,n贏),宅b弟j(隨j=靈0,作1,瘡…,院m)都是葬常數(shù)——定常系統(tǒng)康中各啞信號(hào)轉(zhuǎn)隨著休時(shí)間由連續(xù)繼變化——連續(xù)1）恒錢值控漏制系疤統(tǒng)給定架輸入蛇為常閉數(shù)，穗系統(tǒng)澇克服殖擾動(dòng)火影響例：丙液位辯控制嶼系統(tǒng)攏、溫騰度控注制系念統(tǒng)等男工業(yè)疤系統(tǒng)2）隨訪動(dòng)控隸制系出統(tǒng)給定捏輸入撞是隨月機(jī)時(shí)靜間變挎化的汗函數(shù)翁（未爐知）例：變函數(shù)侄記錄杯儀、職火炮伯、自么動(dòng)跟湯蹤系里統(tǒng)在隨孔動(dòng)系奶統(tǒng)中琴，如議果被涉控量托是機(jī)蒸械位傷置或如其導(dǎo)分?jǐn)?shù)時(shí)稀，稱評(píng)為伺移服系壤統(tǒng)3）程摘序控蠟制系紐奉統(tǒng)給定歌輸入經(jīng)是預(yù)身知的姜時(shí)間驚函數(shù)例：削機(jī)床豪加工洽系統(tǒng)2線性倡定常摧離散著控制冶系統(tǒng)線性慶差分洪方程推描述r(墊k)和c(垃k)分別倒為輸豈入和黑輸出枕采樣盒序列例：對(duì)工業(yè)棄計(jì)算弦機(jī)控著制系屑統(tǒng)3非線前性控編制系者統(tǒng)系數(shù)舒與變?yōu)a量有蛾關(guān)按控剝制方堅(jiān)式：開環(huán)日控制襲、閉跌環(huán)控些制、嶄復(fù)合吼控制按元夾件類擾型：機(jī)械紡、電頌氣、貌機(jī)電腦、氣街動(dòng)……按系麗統(tǒng)功意用：壓力貝控制孫系統(tǒng)屑、溫榨度控掩制系羽統(tǒng)、聲速度支控制尿系統(tǒng)……按參糕據(jù)量炸的變胞化規(guī)染律：恒值渡控制潮系統(tǒng)忌、隨億動(dòng)控餃制系般統(tǒng)、泄程序裹控制砌系統(tǒng)按系喊統(tǒng)性日能：線性躬系統(tǒng)——系統(tǒng)兔中所著有元爺件特械性都跌是線精性的非線墓性系涂統(tǒng)定常泡系統(tǒng)——系統(tǒng)手結(jié)構(gòu)奇和參且數(shù)不歡隨時(shí)限間變孟化時(shí)變別系統(tǒng)連續(xù)花系統(tǒng)——系統(tǒng)遠(yuǎn)中各贏部分啦信號(hào)廳均隨貍時(shí)間載連續(xù)鋒變化離散妄系統(tǒng)確定盲性系非統(tǒng)——本課庫程只螺涉及術(shù)確定將性系葡統(tǒng)不確臘定性東系統(tǒng)§1推-4對(duì)控盒制系雞統(tǒng)性屯能的掃基本緒要求時(shí)間tr上升峰值時(shí)間tpAB超調(diào)量σ%=AB100%調(diào)節(jié)時(shí)間ts“穩(wěn)，快，準(zhǔn)”1.穩(wěn)定株性（慚最基膀本要忽求）系統(tǒng)職在擾轎動(dòng)消臂失后住，由境初始頭偏差寧狀態(tài)戀恢復(fù)凡到平挪衡狀軌態(tài)的召能力罰。１、呀穩(wěn)定２、崇不穩(wěn)其定穩(wěn)定采性：(1)對(duì)恒駱值系芹統(tǒng)，闖要求頌當(dāng)系沉統(tǒng)受休到擾奧動(dòng)后潤，經(jīng)蒸過一索定時(shí)父間的帆調(diào)整鑼能夠謙回到蘿原來膜的期飲望值壁。(2朋)對(duì)隨考動(dòng)系椒統(tǒng)，柳被控欲制量蔬始終蓮跟蹤輸參據(jù)孕量的屯變化柄。穩(wěn)定開性是食對(duì)系絕統(tǒng)的巨基本宅要求初，不拍穩(wěn)定憤的系擺統(tǒng)不何能實(shí)蹦現(xiàn)預(yù)布定任錘務(wù)。識(shí)線性竭系統(tǒng)死穩(wěn)定豪性，將通常景由系絡(luò)統(tǒng)的庫結(jié)構(gòu)匠決定汪與外預(yù)界因據(jù)素?zé)o源關(guān)。2.快速鴨性動(dòng)態(tài)漸性能:調(diào)節(jié)圾時(shí)間脫、上京升時(shí)皺間對(duì)過顯渡過孩程的辜形式占和快改慢提貴出要弟求，斷一般枕稱為務(wù)動(dòng)態(tài)渴性能乖。穩(wěn)定難高射歪炮射種角隨搏動(dòng)系松統(tǒng)，循雖然財(cái)炮身永最終腥能跟民蹤目鼻標(biāo)，過但如她果目甚標(biāo)變披動(dòng)迅靠速，美而炮遍身行見動(dòng)遲然緩，鹿仍然沿抓不尖住目緒標(biāo)。3.準(zhǔn)確鼻性穩(wěn)態(tài)營性能懲：穩(wěn)態(tài)郵誤差在參掩考輸歷入信橫號(hào)作姐用下旨，當(dāng)安系統(tǒng)僑達(dá)到氏穩(wěn)態(tài)灑后，素其穩(wěn)妙態(tài)輸嚴(yán)出與爭參考叨輸入籮所要器求的微期望補(bǔ)輸出育之差糞叫做挎給定菠穩(wěn)態(tài)年誤差銹。顯觸然，