自动控制元件及线路--绪论PPT课件
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第一章自动控制原理绪论例题 ppt课件
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26
• 画出图示电加热系统的结构图，简述结构 特点和调节过程，并说明受控对象，被控 量、给定量、偏差、内扰、外扰都指的是 哪些设备和物理量。
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27
• 结构图：结构特点为闭环，具备抗干扰能 力。
• 被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉； 给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉门 开关频度变化；内扰：电源电压波动。
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29
判别下列动态方程所描述的系统的性质：线性或非线 性，定常或时变，动态或静态。
t ; (1)C( t ) 5 r ( t ) t r ( t ) 6C ( t ) 8C( t ) r ( t ); t 3C (2)r
2
( t ) C( t ) r ( t ) 3r t ; (3)tC (4)C( t ) r t cost 5; ( t ) 5 r d ; (5)C( t ) 3rt 6r (6)C( t ) r t ;
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18
• 系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温； 电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶 是检测元件。 • 电炉温度控制系统的方块图如图1-16所示。
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19
1-7 在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一 种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素? 对于图1-19中的按扰动控制的速度控制系统，当 电动机的激磁电压变化时，转速如何变化?该补 偿装置能否补偿这个转速的变化?
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12
1-4 图1-13为水温控制系统示意图。冷水在热交换器 中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。 冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图， 并说明为了保持热水温度期望值，系统是如何工作 的?系统的被控对象和控制装置各是什么?
自动控制原理教学ppt
前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
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航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
《自动控制原理教学课件》第1章绪论
通信技术研究所
:19
常用术语： （1）系统输出：被控变量 （2）给定值（参考输入）：系统的给定输入，由 控制者决定被控变量的期望值。 （3）扰动：系统不需要而又难于避免的输入，它 使得被控量偏离给定值。扰动即可来自系统内部又 可来自外部 （4）偏差：给定值－测量值
通信技术研究所
:20
ห้องสมุดไป่ตู้
前向通路：信号从输入端沿箭头方向到达输出端的 传输通路。 主反馈通路：系统输出量经测量装置反馈到输入端 的传输通路。
通信技术研究所
:33
练习
一、名词解释 1.自动控制 2.闭环控制 3.自动控制系统 二.填空 1.典型的自动控制系统由 、 、 、 、 组成。 2.对控制系统系统性能评价从三个方面进行，即 三个基本要求_______、_______ 、________ 。 3.系统中需要加以控制的目标装置，称__________ 。 4.__ __是系统能否正常工作的前提条件；_ _反映 系统在动态过程中系统跟踪控制信号或抑制扰动的能力； 稳态误差越小的系统，说明系统的_______ _越好。
通信技术研究所
:24
按描述系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性 按控制系统传递信号性质 （1）连续系统 （2）离散系统 按系统参数是否随时间变化 （1）定常系统
d nc d n1c dc d mr d m1r dr an n an1 n1 a1 a0c bm m bm1 m1 b1 b0 r dt dt dt dt dt dt
通信技术研究所
:23
1.2.2 其他分类 按输入信号特征分类 （1）恒值系统(自稳定系统) c(t ) r (t ) , r (t ) 常数 控制任务： 分析设计重点：研究干扰对被控对象的影响， 克服扰动 （2）随动系统 控制任务： c(t ) r (t ) r (t ) 随机变化 分析设计重点：系统跟踪的快速性、准确性 （3）程序控制系统 控制任务： 预先规定时间函数变化
:19
常用术语： （1）系统输出：被控变量 （2）给定值（参考输入）：系统的给定输入，由 控制者决定被控变量的期望值。 （3）扰动：系统不需要而又难于避免的输入，它 使得被控量偏离给定值。扰动即可来自系统内部又 可来自外部 （4）偏差：给定值－测量值
通信技术研究所
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前向通路：信号从输入端沿箭头方向到达输出端的 传输通路。 主反馈通路：系统输出量经测量装置反馈到输入端 的传输通路。
通信技术研究所
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练习
一、名词解释 1.自动控制 2.闭环控制 3.自动控制系统 二.填空 1.典型的自动控制系统由 、 、 、 、 组成。 2.对控制系统系统性能评价从三个方面进行，即 三个基本要求_______、_______ 、________ 。 3.系统中需要加以控制的目标装置，称__________ 。 4.__ __是系统能否正常工作的前提条件；_ _反映 系统在动态过程中系统跟踪控制信号或抑制扰动的能力； 稳态误差越小的系统，说明系统的_______ _越好。
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按描述系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性 按控制系统传递信号性质 （1）连续系统 （2）离散系统 按系统参数是否随时间变化 （1）定常系统
d nc d n1c dc d mr d m1r dr an n an1 n1 a1 a0c bm m bm1 m1 b1 b0 r dt dt dt dt dt dt
通信技术研究所
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1.2.2 其他分类 按输入信号特征分类 （1）恒值系统(自稳定系统) c(t ) r (t ) , r (t ) 常数 控制任务： 分析设计重点：研究干扰对被控对象的影响， 克服扰动 （2）随动系统 控制任务： c(t ) r (t ) r (t ) 随机变化 分析设计重点：系统跟踪的快速性、准确性 （3）程序控制系统 控制任务： 预先规定时间函数变化
自动控制元件及线路
Φ=
s
∫ B cos θ d S
B, θ 不变
Φ = Φm cosθ
可以认为磁密B与 可以认为磁密 与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量 有关。 磁场强度向量H 的关系是: 磁场强度向量 与B 的关系是 B=µH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 电流产生的 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 安培环路定律（全电流定律）。 的关系。 描述 H 与 I 的关系。
自动控制技术应用广泛。 自动控制技术应用广泛。 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量， 重量。 温度，压力，流量，液位 ，重量。 从控制装置所在环境看， 从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ， 大海中的现代化舰船， 地面上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船， 深海中的潜艇。 深海中的潜艇。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
Fem
1 2 dRδ = Φδ 2 dδ
3）磁极间的力 ） 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ
p =1
0
∼
+
90
o
0
+
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ 0 ∼ 90 p=1 0 + +
o
∼
180
o
+
0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
3．放大元件 功能是将微弱信号放大。 ． 功能是将微弱信号放大。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 可以直接驱动执行元件。 可以直接驱动执行元件。 4．补偿元件（校正元件） 为了确保系统稳 ．补偿元件（校正元件） 定并使系统达到规定的精度指标和其他性能 指标，控制系统的设计者增加的元件。 指标，控制系统的设计者增加的元件。 作用是改善系统的性能， 作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠 地工作并达到规定的性能指标。 地工作并达到规定的性能指标。
s
∫ B cos θ d S
B, θ 不变
Φ = Φm cosθ
可以认为磁密B与 可以认为磁密 与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量 有关。 磁场强度向量H 的关系是: 磁场强度向量 与B 的关系是 B=µH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 电流产生的 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 安培环路定律（全电流定律）。 的关系。 描述 H 与 I 的关系。
自动控制技术应用广泛。 自动控制技术应用广泛。 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量， 重量。 温度，压力，流量，液位 ，重量。 从控制装置所在环境看， 从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ， 大海中的现代化舰船， 地面上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船， 深海中的潜艇。 深海中的潜艇。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
Fem
1 2 dRδ = Φδ 2 dδ
3）磁极间的力 ） 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ
p =1
0
∼
+
90
o
0
+
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ 0 ∼ 90 p=1 0 + +
o
∼
180
o
+
0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
3．放大元件 功能是将微弱信号放大。 ． 功能是将微弱信号放大。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 可以直接驱动执行元件。 可以直接驱动执行元件。 4．补偿元件（校正元件） 为了确保系统稳 ．补偿元件（校正元件） 定并使系统达到规定的精度指标和其他性能 指标，控制系统的设计者增加的元件。 指标，控制系统的设计者增加的元件。 作用是改善系统的性能， 作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠 地工作并达到规定的性能指标。 地工作并达到规定的性能指标。
自动控制原理(全套课件659P)
手动控制
人在控制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值；
（2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行
判断节，如调节阀门开度、改变触点位置。
ppt课件 4
1.1 自动控制的基本概念
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。 如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收
ppt课件 6
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系统的稳定性，求取系
统的动态、静态性能指标，并据此评价系统的过程称为控制系统分 析。
控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，
合理的确定控制装置的结构参数，称为控制系统设计。 被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理 量。被控量又称输出量、输出信号 。 给定值：系统输出量应达到的数值（例如与要求的炉温对应的电 压）。 扰动：是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号，如电源电压
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）
与控制作用之间存在着负反馈的控制 方式。采用闭环控制的系统称为闭环
控制系统或反馈控制系统。闭环控制
是一切生物控制自身运动的基本规律。 人本身就是一个具有高度复杂控制能
力的闭环系统。
优点：具有自动补偿由于系统内部和外 部干扰所引起的系统误差（偏差）的
能力，因而有效地提高了系统的精度。
脑
手
输出量 （手的位置）
ppt课件
16
闭环控制系统方框图
ppt课件
17
反馈控制系统的组成、名词术语和定义
反馈控制系统方框图
ppt课件
18
1.2 自动控制理论的发展
自动控制原理课件ppt
• 课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，
制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用
梅逊公式求传递函数可。编辑课件PPT
2
说明3
• 课件17~30为第三章的内容。
• 课件17~19中的误差带均取为稳态值的5%，有超 调的阶跃响应曲线的上升时间为第一次到达稳态 值的时间。
• 课件20要讲清T的求法，T与性能指标的关系。
G1(s)
NNN((s(ss)))
G2(s)
GGG2(22s(()ss))
CCC(s(()ss))
• 课件35要强调是1+，不能是1-，分子分母中的因子s的 系数为1，不能为-1，K*不能为负。
• 课件41先回顾180o根轨迹的模值方程和相角方程，然后
再介绍零度根轨迹的模可值编辑方课件程PP和T 相角方程。
4
说明5
• 课件44~63为第五章内容
• 课件44要说明几个问题：1.给一个稳定的系统输 入一个正弦，其稳态输出才是正弦，幅值改变相 角改变；2.不稳定的系统输出震荡发散，该振荡 频率与输入正弦的频率有无关系？3.不稳定的系 统输入改为阶跃时，其输出曲线类似，此时用运 动模态来解释。
L1L4=(–G1H1)(可–G编辑4G课件3)P=PTG1G3G4H1
17
G3(s)
梅逊公式求E(s)
R(s)
E(SG)GG3(33s(()ss))
RR(Rs(()ss)) EE(ES((S)S))
P2= - G3G2H3
GGG1(11s(()ss))
△2= 1 P2△2=?
HHH1(11s(()ss))
说明1
• 自动控制原理的电子版内容以胡寿松教授主编 的第五版“自动控制原理”为基础,以 PowerPoint 2000和MATLAB6.5为工具，以帮助 教师更好地讲好自控､帮助学生更好地学好自控 为目的而制作的。
《自动控制原理》PPT课件
pi）
0
即K*=0时：闭环极点 si＝开环极点pi
当K*→∞时，闭环特征方程 ：
m
(s
i 1
zi )
1 K*
n
(s
i 1
pi）
0
K*→∞
m
(s
i 1
zi
)
0
即K*→∞时，闭环极点 si＝开环零点zi
当m 时n， 有n-m 条的终点在无穷远点
n
n
K*
s
i 1 m
pi
i 1
s
zi
K*
lim
s
s
i 1
m
s
i 1
pi zi
lim snm s
12
说明：
1）有限开环零、极点：zi，pi 无限开环零、极点：∞
根轨迹起于开环极点，终于开环零点
2）在绘制其他参数根轨迹时，可能会出现 m＞n 的情况，
H(s)
其中：Mi (s) (s zi1 )( s zi2 ); Ni (s) (s pi1 )( s pi2 ) i 1,2
开环零点：M1(s)M2(s) 0 开环极点：N1(s)N2(s) 0
闭环传递函数：s
K1 M1 ( s) N 2 s
K*M1(s)M2(s) N1(s)N2(s)
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
自动控制基础知识.详解ppt课件
双位控制在给排水工程中采用普遍，如:水池、水箱的液 位控制，实验室恒温箱的温度控制等。
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
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(1)磁通由交流电流产生，空间中任一点的磁通 随时间变化；
(2)空间中各点的磁通不变化，但线圈位置变化， 磁链相应变化。
因此磁链可以看成是时间和位移的函数，即 Ψ=Ψ(t,x)，所以有
dΨ = Ψ dt + Ψ dx
t
x
dΨ = Ψ dt + Ψ dx
t
x
dψ ψ ψ dx
e=dt
=-
t
x
dt
= eT + eR
同性相斥，异性相吸。 2）磁场内的磁性物体受力：
磁力（力矩）使磁路磁阻最小。
0.3.4 电磁力与电磁转矩
电机、电磁铁中力的产生
最准确的解释：
电磁力（力矩）是由磁场产生的。
0.3.4 电磁力与电磁转矩
1）磁场中的载流导体所受的 电磁力和力矩为
Fe = BlI
Te = BlIr
2）铁心表面的磁力(向外)
（功率放大器、脉宽调制型功率放大器）
4．补偿元件（校正元件）
为了确保系统稳定并使系统达到规定的精 度指标和其他性能指标，控制系统的设计者增 加的元件。作用是改善系统的性能，使系统能 正常可靠地工作并达到规定的性能指标。 （测速
发电机、校正网络等）
执行元件：电动机 测量元件：电位器 输出量：转角
（输出量）。（电机） 2．测量元件
功能是将被测量检测出来并转换成另一种 容易处理和使用的量（例如电压）。（电位器） 测量元件一般称为传感器，过程控制中又称为 变送器。 （各种传感器、旋转变压器、轴角编码装置等）
3．放大元件
功能是将微弱信号放大，分为前置放大元 件和功率放大元件两种。功率放大元件的输出 信号具有较大的功率，可以直接驱动执行元件。
变压器电势
eT
=
-
ψ t
旋转（速度）电势
eR
=
-
ψ x
dx dt
=
-V
ψ x
导线切割磁力线产生电势
e = Blv
电感不变的线圈
e = -L dI dt
0.3.4 电磁力与电磁转矩
电机、电磁铁中力的产生有两种说法： 1.磁场中的载流导线受力。 2.磁场内产生的力。 1）磁极间的相互作用力：
描述磁通与磁势之间的关系。 公式中一些物理量是近似值， 近似关系。 主要是定性关系。
0.3.2 磁路定律 铁心的磁路。 串联磁路
并联磁路
主磁路：
指定的磁路
主磁路与主磁通， 漏磁路与漏磁通。
磁路定律
Φ = Fm Rm
磁势
磁阻
Fm = WI
n
Rm = Rmi 或 1
1 n 1 = Rm 1 Rmi
控制元件的发展背景
＊从自动控制的发展历史看，最初是控制机械转速。 ＊瓦特蒸汽机的转速控制被公认为是最早的自动控制
装置。 ＊现代发电厂对交流电压频率的控制，实质上就是对
发电机转速的控制。 ＊在现代机械制造业中和武器装备中，对机械位移的
控制更多。很多高级装置的控制，实质上是对位移 的控制。
＊自动控制技术应用广泛。
控制系统功能框图
0.2 本书的主要内容
执行元件，测量元件，功率放大元件及有关线 路。
控制电机：专为控制系统制造的电机。可作执 行元件和测量元件。
执行元件：电动机，液压元件。 测量元件：控制电机，编码器，阻容感传感器，
热电式传感器 。 功率放大元件：线性功率放大器，脉冲宽度调
制型放大器 。
0.3 电磁学的基本概念与定律
0.3.1 磁场
表示磁场强弱的物理量是磁通，Φ
单位面积的磁通是磁密，B
对某一截面S，设θ是dS法线与磁密B的夹角
穿过截面S的磁通Φ为
Φ = s BcosθdS
Φ = Φmcosθ
B, θ 不变
可以认为磁密B与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量H 与B 的关系是:
RmΦ：总磁压降， RmiΦ：第i段磁压降。
0.3.3 电磁感应定律
前面讲磁场是由电流产生的。 电磁感应定律说明
变化的磁场，可以产生电势，以 及电流。
0.3.3 电磁感应定律
线圈的总磁链
Ψ = WiΦi
感应电势
e = - dΨ dt
Ψ = WΦ
e = -W dΦ dt
引起磁链变化的原因：
本课程特点：
涉及的知识广： 电机，传感器，功率电子技术。 实践性强：
1.讲述内容是实际元件。要接触实际元件，并 做实验。 2. 在实际中直接应用的可能性很大。
课程主要内容
第一章 直流伺服电机 第二章 交流伺服电机 第三章 步进电机 第四章 直线电机 第五章 测速发电机 第六章 旋转变压器和自整角机 第七章 轴角编码装置
B=μH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 描述 H 与 I 的关系。
H 与I 的关系是:
Hdl I
l
n
Hili NI
i 1
I或NI：磁势。
Hili：第i段的磁压降或第i段的磁势。
0.3.2 磁路定律
自动控制 技术
控制 原理号
信号
位置反馈
简单的速度控制系统原理图
速度传 感器
负载
火炮随动系统方框结构图
雷 达
1
Δu
自整角
-p
-
K 执行 测速电机
减速
对象
p
0.1 控制元件的分类
按功能和作用分类：
执行元件 放大元件 测量元件 补偿元件
四大元件
1．执行元件 功能是驱动控制对象，控制或改变被控量
Fem
=
1 2
Φδ2
dRδ dδ
3）磁极间的力
同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
p=1 0
90o
++
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
90o
180 o
p=1 0 + + + 0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
90o 180o
270
360
p=1 0 + + + 0 0
自动控制元件及线路
单 位：自动化工程系 联系方式：
本课程的基本情况
专业课 32学时
预备知识：电磁学及电路基础
教材及参考书
教 材： 《自动控制元件及线路》 梅晓榕 哈工大出版社 参考书：《自动控制元件》 葛伟亮 北京理工大学出版社
考核方式
总成绩=期末× 60%+平时× 10%+实验×30%
绪论
＊从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量，液位 ，重量。
＊从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ，地面 上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船，深海 中的潜艇。
＊有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
＊自动控制技术： 自动控制原理 自动控制元件及线路
＊常用的元件及线路 ＊机械伺服系统
(2)空间中各点的磁通不变化，但线圈位置变化， 磁链相应变化。
因此磁链可以看成是时间和位移的函数，即 Ψ=Ψ(t,x)，所以有
dΨ = Ψ dt + Ψ dx
t
x
dΨ = Ψ dt + Ψ dx
t
x
dψ ψ ψ dx
e=dt
=-
t
x
dt
= eT + eR
同性相斥，异性相吸。 2）磁场内的磁性物体受力：
磁力（力矩）使磁路磁阻最小。
0.3.4 电磁力与电磁转矩
电机、电磁铁中力的产生
最准确的解释：
电磁力（力矩）是由磁场产生的。
0.3.4 电磁力与电磁转矩
1）磁场中的载流导体所受的 电磁力和力矩为
Fe = BlI
Te = BlIr
2）铁心表面的磁力(向外)
（功率放大器、脉宽调制型功率放大器）
4．补偿元件（校正元件）
为了确保系统稳定并使系统达到规定的精 度指标和其他性能指标，控制系统的设计者增 加的元件。作用是改善系统的性能，使系统能 正常可靠地工作并达到规定的性能指标。 （测速
发电机、校正网络等）
执行元件：电动机 测量元件：电位器 输出量：转角
（输出量）。（电机） 2．测量元件
功能是将被测量检测出来并转换成另一种 容易处理和使用的量（例如电压）。（电位器） 测量元件一般称为传感器，过程控制中又称为 变送器。 （各种传感器、旋转变压器、轴角编码装置等）
3．放大元件
功能是将微弱信号放大，分为前置放大元 件和功率放大元件两种。功率放大元件的输出 信号具有较大的功率，可以直接驱动执行元件。
变压器电势
eT
=
-
ψ t
旋转（速度）电势
eR
=
-
ψ x
dx dt
=
-V
ψ x
导线切割磁力线产生电势
e = Blv
电感不变的线圈
e = -L dI dt
0.3.4 电磁力与电磁转矩
电机、电磁铁中力的产生有两种说法： 1.磁场中的载流导线受力。 2.磁场内产生的力。 1）磁极间的相互作用力：
描述磁通与磁势之间的关系。 公式中一些物理量是近似值， 近似关系。 主要是定性关系。
0.3.2 磁路定律 铁心的磁路。 串联磁路
并联磁路
主磁路：
指定的磁路
主磁路与主磁通， 漏磁路与漏磁通。
磁路定律
Φ = Fm Rm
磁势
磁阻
Fm = WI
n
Rm = Rmi 或 1
1 n 1 = Rm 1 Rmi
控制元件的发展背景
＊从自动控制的发展历史看，最初是控制机械转速。 ＊瓦特蒸汽机的转速控制被公认为是最早的自动控制
装置。 ＊现代发电厂对交流电压频率的控制，实质上就是对
发电机转速的控制。 ＊在现代机械制造业中和武器装备中，对机械位移的
控制更多。很多高级装置的控制，实质上是对位移 的控制。
＊自动控制技术应用广泛。
控制系统功能框图
0.2 本书的主要内容
执行元件，测量元件，功率放大元件及有关线 路。
控制电机：专为控制系统制造的电机。可作执 行元件和测量元件。
执行元件：电动机，液压元件。 测量元件：控制电机，编码器，阻容感传感器，
热电式传感器 。 功率放大元件：线性功率放大器，脉冲宽度调
制型放大器 。
0.3 电磁学的基本概念与定律
0.3.1 磁场
表示磁场强弱的物理量是磁通，Φ
单位面积的磁通是磁密，B
对某一截面S，设θ是dS法线与磁密B的夹角
穿过截面S的磁通Φ为
Φ = s BcosθdS
Φ = Φmcosθ
B, θ 不变
可以认为磁密B与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量H 与B 的关系是:
RmΦ：总磁压降， RmiΦ：第i段磁压降。
0.3.3 电磁感应定律
前面讲磁场是由电流产生的。 电磁感应定律说明
变化的磁场，可以产生电势，以 及电流。
0.3.3 电磁感应定律
线圈的总磁链
Ψ = WiΦi
感应电势
e = - dΨ dt
Ψ = WΦ
e = -W dΦ dt
引起磁链变化的原因：
本课程特点：
涉及的知识广： 电机，传感器，功率电子技术。 实践性强：
1.讲述内容是实际元件。要接触实际元件，并 做实验。 2. 在实际中直接应用的可能性很大。
课程主要内容
第一章 直流伺服电机 第二章 交流伺服电机 第三章 步进电机 第四章 直线电机 第五章 测速发电机 第六章 旋转变压器和自整角机 第七章 轴角编码装置
B=μH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 描述 H 与 I 的关系。
H 与I 的关系是:
Hdl I
l
n
Hili NI
i 1
I或NI：磁势。
Hili：第i段的磁压降或第i段的磁势。
0.3.2 磁路定律
自动控制 技术
控制 原理号
信号
位置反馈
简单的速度控制系统原理图
速度传 感器
负载
火炮随动系统方框结构图
雷 达
1
Δu
自整角
-p
-
K 执行 测速电机
减速
对象
p
0.1 控制元件的分类
按功能和作用分类：
执行元件 放大元件 测量元件 补偿元件
四大元件
1．执行元件 功能是驱动控制对象，控制或改变被控量
Fem
=
1 2
Φδ2
dRδ dδ
3）磁极间的力
同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
p=1 0
90o
++
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
90o
180 o
p=1 0 + + + 0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ0
90o 180o
270
360
p=1 0 + + + 0 0
自动控制元件及线路
单 位：自动化工程系 联系方式：
本课程的基本情况
专业课 32学时
预备知识：电磁学及电路基础
教材及参考书
教 材： 《自动控制元件及线路》 梅晓榕 哈工大出版社 参考书：《自动控制元件》 葛伟亮 北京理工大学出版社
考核方式
总成绩=期末× 60%+平时× 10%+实验×30%
绪论
＊从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量，液位 ，重量。
＊从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ，地面 上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船，深海 中的潜艇。
＊有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
＊自动控制技术： 自动控制原理 自动控制元件及线路
＊常用的元件及线路 ＊机械伺服系统