自动控制原理顾 凯 2010-2011学年第二学期课程内容： 本课程主要介绍自动控制系统的基本组成和结构、自动 控制系统的性能指标，自动控制系统的类型（连续、离散、 线性）及特点、自动控制系统的分析（时域法、频域法等） 和设计方法等。绪绪 论论系系统统 数数 学学 模模 型型时时 域域 分分 析析系系 统统 的的 校校 正正根根 轨轨 迹迹 分分 析析离离 散散 系系 统统现现 代代 控控 制制 理理 论论频频 率率 特特 性性 分分 析析内容如下第一章 绪论n控制科学与工程-控制理论经典控制理论与现代控制理论n控制论1948年 N维纳 控制论1954年 钱学森 工程控制论自动控制是指在无人直接参与的情况自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象下，利用控制器使被控对象( (或过程或过程) )的某的某些物理量些物理量( (或状态或状态) )自动地按照预定的规律自动地按照预定的规律运行。运行。自动控制的概念自动控制的概念1 1、定义：如果系统的输出量不参与对系、定义：如果系统的输出量不参与对系 统的控制，则称为开环控制。统的控制，则称为开环控制。一、开一、开环环环环控制控制1.2 自动控制的基本控制方式原理方框图原理方框图输入量输入量控制器控制器被控对象被控对象扰动量扰动量输出量输出量控制量控制量开环控制系统的特点开环控制系统的特点优点：优点：线路简单、成本低、工作稳定。线路简单、成本低、工作稳定。缺点：缺点：控制精度低。控制精度低。定义定义 如果系统的输出量参与对系统如果系统的输出量参与对系统的控制，则称为闭环控制。的控制，则称为闭环控制。二、闭环控制二、闭环控制闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点负反馈控制原理：负反馈控制原理：将系统输出量引回输入端，与将系统输出量引回输入端，与 输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减 小或消除。小或消除。优点：优点：具有较强的抗干扰能力，控制精度高具有较强的抗干扰能力，控制精度高。缺点：缺点：系统参数配合不当时，容易产生振荡甚至系统参数配合不当时，容易产生振荡甚至 不稳定，使系统无法工作。不稳定，使系统无法工作。 1.31.3、自动控制系统的组成、自动控制系统的组成由控制器与被控对象组成由控制器与被控对象组成, ,控制器是系统中控制器是系统中 对被控对象起控制作用的各部分的总称。对被控对象起控制作用的各部分的总称。自动控制系统方框图自动控制系统方框图给定量给定量( (输入量输入量) )：系统输出量的要求值。系统输出量的要求值。 被控量被控量( (输出量输出量) )：被控系统所控制的物理量。被控系统所控制的物理量。 反馈量：反馈量：与输出成正比或成某种函数关系与输出成正比或成某种函数关系, ,与给定与给定量有相同量纲和数量级的信号。量有相同量纲和数量级的信号。 偏差量：偏差量：给定量与主反馈量之差。给定量与主反馈量之差。 控制量：控制量：作用于被控对象的信号。作用于被控对象的信号。 扰动量：扰动量：对系统输出量有不利影响的输入量。对系统输出量有不利影响的输入量。 被控被控对对对对象：象：被控制的机器、被控制的机器、设备设备设备设备 或生或生产过产过产过产过 程程 。 控制系统中的常用术语控制系统中的常用术语一、按给定信号分类一、按给定信号分类: : 1 1、恒值控制系统：、恒值控制系统：输入为常数，系统能排除扰动影响，使输输入为常数，系统能排除扰动影响，使输 出保持恒定不变。出保持恒定不变。2 2、随动控制系统、随动控制系统：输入是时间的未知函数，要求输出跟随输输入是时间的未知函数，要求输出跟随输 入信号变化。入信号变化。 3 3、程序控制系统：、程序控制系统：输入量是时间的已知函数，要求输出以一输入量是时间的已知函数，要求输出以一 定精度跟随输入信号变化。定精度跟随输入信号变化。1.4 1.4 自动控制系统的分类自动控制系统的分类二、按系统特性（数学描述）分类二、按系统特性（数学描述）分类: :1 1、线性系统：、线性系统：用线性方程描述的系统。用线性方程描述的系统。组成系统的所有元件都是线性元件；组成系统的所有元件都是线性元件；满足叠加原理和齐次性。满足叠加原理和齐次性。 2 2、非线性系统、非线性系统：用非线性方程描述的系统。用非线性方程描述的系统。系统中只要有一个非线性元件就是非线性系统中只要有一个非线性元件就是非线性 系统。系统。 三、按系统传递信号的性质分类三、按系统传递信号的性质分类1.1.连续控制系统：连续控制系统：系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量 。 2.2.离散控制系统：离散控制系统：系统中的信号至少有一处是以脉冲序列或数系统中的信号至少有一处是以脉冲序列或数 码形式传递。码形式传递。1.1.系统的绝对稳定性系统的绝对稳定性2.2.系统具有良好的动态性能和稳态性能系统具有良好的动态性能和稳态性能动态性能：动态性能：稳稳动态过程平稳动态过程平稳快快响应动作快响应动作快 稳态性能：稳态性能：准准 跟踪值准确跟踪值准确 对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求