反馈控制系统的基本概念
第一章控制系统的基本概念
1．给定元件 主要用于产生给定信号或输入信号。例如，图1.2中电位计 里的可变电阻。 2．反馈元件 它测量被控制量或输出量，产生主反馈信号。一般，为了便 于传输，主反馈信号多为电信号。因此，反馈元件通常是一些用 电量来测量非电量的元件。 必须指出，在机械、液压、气动、机电、电机等系统中存在 着内在反馈。这是一种没有专设反馈元件的信息反馈，是系统内 部各参数相互作用而产生的反馈信息流，如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。内在反馈回路由系统动力学特性确定，它所 构成的闭环系统是一个动力学系统。 3．比较元件 用来接收输入信号和反馈信号并进行比较，产生反映两者差 值的偏差信号。例如，图1.2中的电位计。
准确地复现控制信号
的变化规律（此即伺
服的含义）。控制指
令可以由操作者根据
需要随时发出，也可
以由目标物或相应的 测量装置发出。
图1.7 液压仿形车床工作原理图
图1.7所示为液压仿形车床工作原理图。当阀心8处于图示中 间位置时，没有压力油进入液压缸前后两腔，液压缸不动。当阀 心偏离中位，例如向前伸出时，节流口2、4保持关闭，节流口1、 3打开，压力油经节流口3进入液压缸前腔，而其后腔的油液经 节流口1流回油箱，缸体带动刀具向前运动；同样，当阀心偏离 中位向后收缩时，节流口1、3关闭，2、4打开，压力油经节流 口2进入液压缸后腔，而缸前腔的油液则经节流口4流回油箱， 缸体带动刀具向后运动。图中，液压缸缸体和控制阀阀体连成一 体，形成液压缸运动的负反馈，使液压缸缸体与阀心的运动距离 和方向始终保持一致，所以液压缸缸体（刀具）完全跟随阀心 （触销8）运动。因此，这是一个随动（伺服）系统。
若参数配置不当，很容易引起振荡， 由11台小型电动机驱动
机械工程控制基础(复习要点)
1
1
2）峰值时间：响应曲线达到第一个峰值所需 的时间。
tp d 1 2 n
3）最大超调量 M p ：常用百分比值表示为：
Mp x0 (t p ) x0 () x0 ( )
( / 1 2 )
第四章 频率特性分析
1、频率响应与频率特性
频率响应：线性定常系统对谐波输入的稳态响应。 幅频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的幅值比，记为A(ω)； 相频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的相位差，记为φ(ω)； 频率特性：幅频特性与相频特性的统称。即：线性 定常系统在简谐信号激励下，其稳态输出信号 和输入信号的幅值比、相位差随激励信号频率 ω变化特性。记为
G B s 1 Gk s G q s
第三章 时间响应分析
1、时间响应及其组成 时间响应：系统在激励作用下，系统输出随 时间变化关系。 时间响应可分为零状态响应和零输入响应或 分为自由响应和强迫响应。 零状态响应：“无输入时的系统初态”为零 而仅由输入引起的响应。 零输入响应：“无输入时的系统初态”引起 的自由响应。 控制工程所研究的响应往往是零状态响应。
K 增益 T 1Fra bibliotekn 时间常数 n 固有频率
阻尼比
6)一阶微分环节： G s s 1 7)二阶微分环节： G s s 2 s 1
2 2
8)延时环节： G s e s
7、系统各环节之间的三种连接方式：
串联：
G s Gi s
G ( j ) A e
j
频率特性又称频率响应函数，是激励频率ω的函数。 频率特性：在零初始条件下，系统输出y(t)的傅里叶 变换Y(ω)与输入x(t)的傅里叶变换X(ω)之比，即 Y j G ( j ) A e X
关于反馈的名词解释
关于反馈的名词解释反馈的意思是什么呢?怎么用反馈来造句?下面是小编为你整理反馈的意思，欣赏和精选造句，供大家阅览!反馈的意思反馈(feedback)又称回馈，是控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。
反馈可分为负反馈和正反馈。
前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定;后者使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。
对负反馈的研究是控制论的核心问题。
词义：被作用部位反作用于作用它的上级部位，叫反馈。
泛指发出的事物返回发出的起始点并产生影响泛指发出的事物返回发出的起始点并产生影响1. 现代科学技术的基本概念之一。
产生于无线电工程技术，后来成为研究生物、社会和生产技术等领域的自动调节现象的重要原理。
反馈就是被控制的过程对控制机构的反作用，这种反作用影响这个系统的实际过程或结果。
通过反馈概念可以深刻理解各种复杂系统的功能和动态机制，进一步揭示不同物质运动形式间的共同联系。
2. 指在电子管或晶体管电路中，把输出电路中的一部分能量送回输入电路中，以增强或减弱输入讯号的效应。
3. 指在通讯系统中，从“输出”或受话人那里间接地报回“输入”或信号源，可以提供关于传递效率的信息的那些信号。
理由《铁血》：“旋风般的工作效率和信息灵敏的反馈系统绝非一日形成。
”4. 指上述信息的传递。
《文汇报》1983.10.5：“市场信息反馈网络……负责收集整理重点工业产品的质量数据和用户意见，及时反馈给工厂企业，提出改进质量的意见。
”反馈造句欣赏1. 尊严是自我意识的一次反馈，尊严是对存在的一次证明，尊严是对平等的一次回应，尊严是让明人明白世界的中心还有很多。
2. 失败是没有的事，那只是反馈信息罢了。
3. 向下属反馈很少是平心静气，细水长流的;它往往是在不希望有的事件的刺激下，脉冲式地发生。
控制理论：系统反馈与调节
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控制理论：系统反馈与调节
控01制理论的基本概念与应
用领域
控制理论的起源与发展历程
• 起源：控制理论起源于20世纪初，最早的控制理论研究集中在机械领域，如蒸汽机、电话交换机等 • 19世纪末至20世纪初，控制系统的研究主要集中在传递函数法 • 20世纪30年代，诺伯特·维纳提出了控制论的概念，奠定了控制理论的基础
02
系统分析与建模
系统分析与建模的基本概念
系统建模：系统建模是根据系统的实际情况，建立系统的数学模型
• 线性系统建模：如传递函数法、状态空间法 • 非线性系统建模：如模糊逻辑法、神经网络法
系统分析：系统分析是对系统进行定性和定量分析的过程
• 定性分析：分析系统的结构、功能、性能等 • 定量分析：建立系统的数学模型，分析系统的动态性能、稳定性等
• 电力系统的稳定性判断：通过判断电力系统的特征方程是否有实根，或者系统矩阵是否满足某 些条件，来判断电力系统是否稳定 • 电力系统的稳定性应用：如电力系统稳定性的在线监测、控制器参数调整等
数06字控制系统与自适应控
制
数字控制系统的原理与特点
• 数字控制系统：通过数字信号处理器（DSP）实现对系统的控制 • 数字控制系统的原理：将连续的输入信号转换为数字信号，通 过数字信号处理器（DSP）进行处理，然后将数字信号转换为 连续的输出信号，实现对系统的控制 • 数字控制系统的特点：具有高精度、高速度、易于实现复杂控 制算法等优点
控制理论的基本概念与术语
系统：控制系统是一个由输入、输出 和传递函数组成的系统
控制：控制是通过调整 系统的输入或输出，实
现对系统状态的控制
控制系统基础知识概述
控制系统基础知识概述控制系统是指通过对系统输入、输出和内部状态的监测与调节，以实现系统稳定性、性能优化和目标实现的一种系统。
控制系统广泛应用于工业自动化、电力系统、交通运输系统以及航空航天等领域。
在这篇文章中，我们将对控制系统的基础知识进行概述，并介绍其中的一些关键要素。
一、控制系统的基本概念控制系统由传感器、执行器、控制器和过程组成。
传感器用于测量系统的状态和输出信号，执行器用于执行控制指令，控制器对传感器测量值进行处理，将结果转化为控制命令，并传递给执行器，从而实现对系统的控制。
控制系统的目标是使被控对象的输出值尽可能接近期望值。
二、控制系统分类按照控制系统的结构和性质，可以将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不依赖于系统的当前状态，只根据输入信号产生控制命令；闭环控制系统是指控制器的输出依赖于系统的当前状态与期望状态之间的差异，通过不断调整控制命令来实现系统的稳定性和准确性。
三、控制系统的传递函数控制系统的传递函数是描述系统输入和输出关系的数学模型。
它是一个复数函数，通常用LaPlace变换表示。
通过传递函数，可以分析系统的频率响应、零点和极点等特性，从而设计合适的控制器。
四、控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指系统输出在无穷大时间范围内是否趋于稳定或在有限范围内波动。
理想的控制系统应当具有稳定性，即使在存在扰动的情况下也能够保持输出的稳定性。
稳定性分析是控制系统设计的重要一环。
五、反馈控制与前馈控制反馈控制是指通过对系统输出进行监测，并将测量结果与期望输出进行比较，再对控制器的输出进行调整，从而实现系统的稳定性和准确性。
前馈控制是指直接根据期望输出来调节控制器的输出，以抵消被控对象的影响，提高系统响应速度和抗干扰能力。
六、控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括超调量、调节时间、稳态误差等。
超调量反映了系统输出相对于期望输出的最大偏差；调节时间是系统输出从初始状态达到稳态的时间；稳态误差是系统输出与期望输出之间的差异。
机电控制工程基础综合练习概念题
《机电控制工程基础》综合练习概念题解析一、填空1. 自动控制就是 人直接参与的情况下， 使生产过程的输出量按照给定的规律 。
(没有，运行或变化)2．系统的稳定性取决于 。
（系统闭环极点的分布）3. 所谓反馈控制系统就是的系统的输出 地返回到输入端。
（全部或部分）4. 给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量，这样的系统称之为 。
（随动系统）5. 在 下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的 。
（零初始条件，传递函数）6. 单位积分环节的传递函数为 。
（1/s ）7．一阶系统11+Ts ，则其时间常数为 。
（T ） 8．系统传递函数为W(s)，输入为单位阶跃函数时，输出拉氏变换Y (s)为 。
（s s W )(）9．单位负反馈系统开环传函为)1(9)(+=s s s G ，系统的阻尼比ξ= 、无阻尼自振荡角频率ωn 为 ，调节时间ts （5％）为 秒。
（0.167,3,6）10．反馈信号(或称反馈)：从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈信号。
当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫 。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫 。
（正反馈, 负反馈）11．Ⅰ型系统 地跟踪单位斜坡输入信号。
（无静差）12. 某环节的传递函数为2s ，则它的幅频特性的数学表达式是 ，相频特性的数学表达式是 。
(2ω,90o)13.单位反馈系统的开环传递函数为)3)(2()(*++=s s s K s G ，根轨迹的分支数为 。
(3) 14. 负反馈结构的系统，其前向通道上的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则该系统的开环传递函数为 ，闭环传递函数为 。
(G(s)H(s)，)()(1)(s H s G s G +)15. 函数f(t)=2t 的拉氏变换为 。
(22s )16．单位负反馈结构的系统，其开环传递函数为)2(+s s K 则该系统为 型系统，根轨迹分支数为 。
反馈控制的基本原理
反馈控制的基本原理1.引言1.1 概述概述反馈控制是现代控制理论中的一个重要概念，它在各个领域都有广泛的应用。
从最简单的家用电器到复杂的工业自动化系统，都离不开反馈控制的支持。
反馈控制通过采集被控对象的输出信息，并将其与期望的输出进行比较，然后作出相应调整，以实现所需的控制目标。
在日常生活中，我们也常常使用反馈控制的原理。
比如，当我们开车时，会根据速度表上的速度和路况的变化，来调整油门和刹车的力度，以保持车辆稳定行驶。
这就是一个简单的反馈控制系统，由车速作为输入，驱动力作为输出。
反馈控制系统由被控对象、传感器、执行器和控制器等几个基本组成部分构成。
被控对象是系统中需要被控制的实际物理过程或设备，例如温度、速度、位置等。
传感器用于检测被控对象的状态或输出信息，并将其转化为电信号。
执行器根据控制信号进行相应的动作，改变被控对象的状态。
控制器是反馈控制系统的核心部分，它根据传感器反馈的信息和期望的输出信息之间的差异，计算出控制信号，使被控对象的输出逼近期望的输出。
反馈控制的基本原理是通过对被控对象的状态进行监测，并根据监测到的信息进行调整，使被控对象的输出接近期望的输出。
在控制过程中，控制器会不断地与被控对象进行交互，并进行参数调整，以实现系统的稳定性和性能要求。
通过不断地反馈和调整，反馈控制系统可以对被控对象的状态进行精确控制，从而实现预定的控制目标。
本文将详细介绍反馈控制的概念、基本组成和基本原理。
同时，还将讨论反馈控制在各个领域的实际应用，以及展望反馈控制的未来发展。
反馈控制是现代控制理论中的基础概念之一，对于提高系统的稳定性、精确性和鲁棒性具有重要意义。
深入了解反馈控制的基本原理，有助于我们更好地理解和应用控制技术，推动科技的发展和进步。
1.2 文章结构本文主要围绕反馈控制的基本原理展开讨论。
文章由引言、正文和结论三个部分构成。
在引言部分，我将对整篇文章进行概述，介绍反馈控制的基本概念以及文章的目的。
第一章 反馈控制系统的概念(本)
5 在反馈控制系统中，调节单元根据________的大小和方向，输出一个控制信号。 A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量
6 在反馈控制系统中，设定值如果按照某一函数规律变化，则称为________。 A. 定值控制 B. 程序控制 C．随动控制 D．函数控制
7 在反馈控制系统中，执行机构的输入是________。 A．被控参数的实际信号 C．被控参数的偏差信号 B. 调节器的输出信号 D．被控参数的给定信号
过渡过程 : transient：指自动控制系统在动态中被控量随时间的变化过程。 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。 y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
自动控制系统过渡过程曲线
二．控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（ 1）阶跃输入： （ 2）速度输入 ：
（ 3）加速度输入：
（ 4）脉冲输入：
（ 5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
r(t) R 0 r(t)
r(t)
Rt
t
0 r(t)
t
½ Rt2
0
0
t
t
r(t) 1/h 0 h t 单位脉冲函数
h→0
r(t)
r(t)→∞
0
t
h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
三. 评定控制系统动态过程品质的指标
四. 反馈控制系统的分类
1.按所用能源分类：气动控制系统和电动控制系统 2.按仪表的结构形式分类：单元组合仪表和基地式仪表 单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表 基地式仪表 ： 各单元组装成一台仪表 3. 按给定值的变化规律分类：
（ a）定值控制；（b）程序控制；（c）随动控制。
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第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
人类首次登上月球（美国，1969年）
首架航天飞机（美国，1981年）
首次冲出太阳系（美国，1989年）
仿人机器人（日本，2001年）
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
控制论的奠基人 美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
1954年，我国科学家钱学 森在美国运用控制论思想和 方法，用英文出版《工程控 制论》，首先把控制论推广 到工程技术领域。
“工程控制论是关于工程技术领域各个系统自动控制和 自动调节的理论。维纳博士40年代提示了控制论的基本思 想后，不少工程师和数学博士曾努力寻找通往这座理论顶 峰的道路，但均半途而废。工程师偏重于实践，解决具体 问题，不善于上升到理论高度；数学家则擅长于理论分析 ，却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中 两者优势于一身，高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾 出了工程控制论研究的一条新途径。”
扰动 补偿 执行 机构
外部 扰动
给定 信号
控制 对象
被控量
反馈 装置
fig.1-3 复合控制系统结构方框图
ST
§1-3
反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎
2. 反馈控制系统的结构方框图◎
3. 反馈控制系统的分类◎
ST
1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
轮机自动化基础
• 自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱动 调节机构，作用于被控对象。 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量，即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调节 器，作为反馈信号。 ST
手动控制过程
• 根据自动控制理论的内容和发展的不 同阶段，控制理论可分为“经典控制 理论”和“现代控制理论”两大部分。 “经典控制理论”的内容是以传递 函数为基础，以频率法和根轨迹法作 为分析和综合系统基本方法，主要研 究单输入，单输出这类控制系统的分 析和设计问题。
• “现代控制理论”是在“经典控制理论” 的基础上，于60年代以后发展起来的。它 的主要内容是以状态空间法为基础，研究 多输入，多输出、时变参数、分布参数、 随机参数、非线性等控制系统的分析和设 计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、 自适应控制等理论都是这一领域重要的研 究课题，近代计算机技术和现代应用数学 的结合，又使现代控制理论在大系统理论 和模仿人类智能活动的人工智能控制等诸 多领域有了重大发展。
• 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速 器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次 工业革命。
ห้องสมุดไป่ตู้
• 维纳，MIT教授，曾 于1936年到清华大学 任访问教授。早期进 行模拟计算机研究， 二战期间参与火炮控 制研究，提炼出负反 馈概念。 1948年，维纳所 著《控制论》的出版， 标志着这门学科的正 式诞生。
船舶自动化发展史
1960年以前，单个装置自动化
60年代至70年代，实现了机舱集中监视、遥控和无人机舱
70年代以后，由于计算机电子设计、制造与应用技术的日 益成熟，应用电子计算机在驾驶、机舱和装货等各方面实 现全盘控制 未来的船舶自动化，用智能化的计算机进行全船智能管理， 其运行可靠，能预先检测故障，确定预防保养和维修，保 证安全、经济地操作。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
ST
V2
Q2
F
H
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2
+E
Q2
浮子
电动机 控制器 +E
F
H
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2
3．复合控制 开环控制——粗调 闭环控制——细调
自动控制的基本方式
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
ST
前馈 装置 + 控制 装置
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1
引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行；
（4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
ST
§1-2
1. 开环控制系统
自动控制的基本方式
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。 (1)按给定值进行控制 (2)按扰动补偿进行控制 2．闭环控制系统 Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输 出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
土卫六探测器（欧盟，2005年）
“作为技术科学的控制论，对工程技术、 生物和生命现象的研究和经济科学，以及 对社会研究都有深刻的意义，比起相对论 和量子论对社会的作用有过之无不及．我 们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来 看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、 量子论和控制论，也许可以称它们为三项 科学革命，是人类认识客观世界的三大飞 跃。” ——钱学森