自动控制理论概述
自动控制理论与应用
自动控制理论与应用自动控制是一门重要的学科，它涉及一系列理论和技术，用于实现机器和系统的自主操作和管理。
本文将介绍自动控制的理论基础以及在实际应用中的各种场景。
一、自动控制的概述自动控制是通过使用传感器、执行器和控制器等设备，对系统进行监测、评估和调整，以实现所需的性能和行为。
自动控制的基本原理包括反馈控制和前馈控制。
反馈控制通过不断测量输出信号和参考信号之间的差异，进行调整和校正。
前馈控制则是基于一个预测模型来预先进行调整，以减少误差。
二、自动控制的应用领域1. 工业自动化：自动控制在工业生产中起着至关重要的作用。
例如，在流水线生产中，自动控制系统可以根据不同的工艺要求，自动调整机器的工作速度和工艺参数，以确保产品的质量和生产效率。
2. 交通系统：交通信号控制是一种常见的自动控制应用。
通过使用传感器检测路况和交通流量，控制器可以自动调整交通信号灯的时序，以实现交通流量的优化、交通事故的减少和道路拥堵的缓解。
3. 能源管理：自动控制在能源系统中有着广泛的应用。
智能电网系统可以根据能源需求和供给情况，实时调整电力的分配和使用，使电网运行更加高效和可靠。
4. 机器人技术：自动控制是机器人技术的核心。
通过控制器对机器人进行编程，可以实现各种复杂的动作和任务，例如工业生产中的装配、焊接、搬运等。
5. 风力发电：风力发电系统中的风机控制是一个复杂的自动控制过程。
通过对风机的电流、电压和叶片角度进行监测和调整，可以实现风力发电的最佳效率和安全运行。
三、自动控制的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的拓展，自动控制也在不断发展和演进。
以下是一些自动控制的发展趋势：1. 智能化：越来越多的自动控制系统开始融入人工智能和机器学习技术，使系统更加智能化和适应性更强。
2. 网络化：随着网络技术的迅速发展，自动控制系统可以通过互联网和云计算平台进行远程监控和管理。
3. 自适应控制：自适应控制是一种根据系统的变化和需求进行实时调整和优化的控制方式。
自动控制理论精选版
通过分析系统的极点和零点分布，判断系统的稳定性，以及系统在不同频率下 的响应特性。
稳定性分析
劳斯稳定判据
通过计算劳斯表格，判断系统的稳定 性，以及系统在不同频率下的响应特 性。
根轨迹法
通过绘制根轨迹图，了解系统极点的 变化规律，从而判断系统的稳定性。
性能指标分析
动态性能指标
包括上升时间、峰值时间、调节时间等，用于评估系统的动态性能。
稳态性能指标
包括稳态误差和无差度等，用于评估系统的稳态性能。
04
自动控制系统设计
设计方法
开环设计法
根据系统的期望性能指标，直接设计出系统的开 环传递函数。
最优设计法
在满足一定约束条件下，使某种性能指标达到最 优。
ABCD
闭环设计法
通过选择一个合适的闭环极点位置，设计出相应 的闭环系统，以满足期望的性能指标。
传递函数包括分子和分母多项式，分别描述系统 的输入和输出之间的关系。
通过分析传递函数，可以了解系统的稳定性、频 率响应等特性。
方框图与信号流图
方框图是一种用方框和箭头表示系统各组成部分及其相互关系的图形表示方法。 信号流图是一种用箭头表示信号流向，用节点表示系统组成部分的图形表示方法。
方框图和信号流图都是描述系统动态行为的工具，可以帮助分析和设计控制系统。
专家控制
一种基于专家知识的控制方 法，通过将专家知识和经验 应用于控制系统，提高系统 的智能化水平和决策能力。
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控制方式
开环控制
控制器将输入信号传递给被控对象，不接收被控 对象的反馈信号。
闭环控制
控制器接收被控对象的反馈信号，并将其与输入 信号进行比较，根据误差信号进行控制。
自动控制原理--第1章 自动控制理论的一般概念
1-3 典型控制系统
恒值系统：
也称镇定系统。输出量以一定的精度等于 给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢， 扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产 过程中，这类系统非常多。例如：恒温系统， 恒压系统等。
例 锅炉空气预热器密封间隙控制系统
系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算 机，与设定值比较后，发出控制指令至电动机提升机构，调 整密封板的位置，达到维持密封间隙值恒定的目的。
u
~220V
开关闭合后，不同 的输入电压u对应于 不同的温度t。
炉温开环控制系统
扰动量
输入量 (电源 )
开关
加热电 阻丝
控制装置
电炉恒 温箱
受控对象
输出量 (温度)
炉温开环控制系统方框图
扰动
给定值
控制器
被控制 对象
典型开环控制的方框图
输出量
系统框图帮助理解系统的构成和性质
开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制扰动.
第1章 自动控制理论的一般概念
1-1 自动控制发展史 1-2 自动控制的基本方式 1-3 典型控制系统 1-4 对于自动控制系统的要求
1-1 自动控制发展史
经典控制理论（20世纪40年代及其以前）
主要研究单输入单输出线性定常系统 时域、频域和复域分析和设计问题。
现代控制理论（20世纪60年代）
主要研究多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统 分析和设计问题；最优控制问题。
(c)
五、复合控制
它是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主
要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时再组
成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生
自动控制理论
1、什么是自动控制？自动控制就是应用控制装置自动的、有目的地控制或调解机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。
2、参数值（给定值输入）：电动机转速就有一定值，故电位器的变化3、自动控制系统：电动机转速变化的测速发电机电压的发至输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速。
4、扰动：当电源变化、负载变化等将引起转速变化，也称受控对象。
5、人工控制系统：当发现电动机转速高于给定值时，马上调节电位器的动点，使电动机的电枢电压减少，降低转速，使之恢复到给定值。
6、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中不包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
7、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
8、多回路反馈控制系统：一个复杂的控制系统（实际生产过程往往是很复杂的，因而构成的控制系统也往往是很复杂的）也可能有多个反馈信号（除被控量的反馈信号外，还有其他的反馈信号），组成多个闭合回路。
9、恒值控制系统：的任务是保持被控量恒定不变，也即是被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。
（发电机电压控制，电动机转速控制，电力网的频率（周波））10、随动控制系统（随动系统）：他是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。
（运动目标的自动跟踪、跟踪卫星的雷达天线控制系统，工业控制中的位置控制系统，工业自动化仪表中的现实记录等）11、控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性12、建立系统微分方程步骤：1. 确定系统输入量(给定量和扰动量) 与输出量(被控制量, 也称系统响应2. 列写系统各部分3. 消去中间变量,求出系统的微分方程 4. 将微分方程整理成标准形式。
13、顺馈控制：按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出的影响。
自动控制理论和控制工程技术的基础知识
自动控制理论和控制工程技术的基础知识自动控制理论和控制工程技术是现代科学技术的重要分支，它的应用范围涵盖了工业自动化、航空航天、军事等众多领域。
本文将就这一主题展开讨论。
一、自动控制理论的基础知识自动控制理论是指对各种控制系统的性能、稳定性、鲁棒性等进行研究和分析的学科。
自动控制系统通常包括控制器、被控对象和传感器。
在自动控制系统中，控制器是指对被控对象进行控制的设备。
被控对象是指需要进行控制的对象，例如飞机、工业机器人、化工流程等。
传感器负责将被控对象的状态转换成数字信号，供控制器使用。
自动控制系统的设计通常包括两个阶段：确定系统的传递函数和控制器的设计。
传递函数可以描述系统的输入输出关系，控制器的设计需要根据系统性能要求进行优化。
二、控制工程技术的基础知识控制工程技术是实现自动控制的关键技术之一。
它主要包括电气控制、机械控制、液压控制等方面。
电气控制是指利用电气元件和电路来实现对被控对象的控制，例如通过电动机来控制机器人的运动。
机械控制是指利用机械元件和传动装置来实现对被控对象的控制，例如通过齿轮传动来控制工厂输送带的运动。
液压控制是指利用液压元件和液压电路来实现对被控对象的控制，例如通过液压缸来控制重型机械的运动。
控制工程技术的设计需要根据被控对象的特性和具体应用场景进行选择。
例如，在需要控制功率较大的载体时，通常选择电气控制；而在需要控制精度较高的场景时，则需要采用机械控制或液压控制。
三、自动控制理论及控制工程技术的应用自动控制理论及控制工程技术的应用涵盖了各个领域，以下是其中的一些应用场景。
1. 工业自动化工业自动化是目前应用最广泛的自动化应用场景之一，主要应用于自动化生产线、工业机器人、CNC加工机床等领域。
自动化生产线可以大幅提高生产效率和品质，工业机器人可以替代部分人工操作，CNC加工机床则可以提高加工精度和成品质量。
2. 航空航天航空航天是应用自动控制理论及控制工程技术的一个重要领域。
2024版第2章自动控制理论基础
自动控制应用领域
工业自动化
自动控制技术在工业自动化领域应用 广泛，如自动化生产线、工业机器人、 自动化仓储等。
建模方法包括机理建模和实验建模两种。 机理建模是根据系统的物理或化学原理 建立数学模型，适用于对系统内部机理 有深入了解的情况。实验建模则是通过 系统输入输出数据的测量和分析，建立 系统的数学模型，适用于对系统内部机 理了解不足的情况。
线性系统稳定性分析
稳定性的概念与分类
稳定性分析方法
稳定性是指系统在受到扰动后，能否 恢复到原来的平衡状态或趋近于某个 稳定的平衡状态。根据稳定性的不同 特点，可以将稳定性分为渐近稳定、 指数稳定、有界稳定等。
04
智能家居
自动控制技术在智能家居领域的应用 包括智能照明、智能空调、智能安防 等。
02
自动控制基本原理
反馈控制原理
03
反馈控制定义
通过将被控对象的输出信号与期望信号进 行比较，产生误差信号，再利用误差信号 对被控对象进行控制的方式。
反馈控制特点
具有抑制干扰、减小误差、提高系统稳定 性等优点，但可能产生滞后现象。
稳定性分析方法包括时域分析法、频 域分析法和根轨迹法等。其中，时域 分析法是通过求解系统的微分方程， 分析系统的时间响应来判断稳定性； 频域分析法是通过分析系统的频率响 应特性来判断稳定性；根轨迹法是通 过绘制系统特征方程的根轨迹图来判 断稳定性。
稳定性判据
稳定性判据是用来判断线性系统稳定 性的重要依据，包括劳斯判据、赫尔 维茨判据、奈奎斯特判据等。这些判 据可以通过分析系统的特征方程或频 率响应特性，得出系统稳定的条件。
自动控制理论(2)
自动控制理论（2）自动控制理论（2）自动控制理论是一门研究自动化控制的基本原理、方法与技术的学科。
它广泛运用于工业、交通、军事、医疗、环保等领域，对整个社会经济的发展和国家安全具有重要的意义。
自动控制理论的基本概念：自动控制系统的组成及工作原理：自动控制系统由传感器、执行器、控制器和对象组成。
其中传感器是将被控制对象的状态转化为电信号；执行器是将控制器输出信号转化为机械或电信号的装置；控制器是利用传感器采集到的信息和预先设定的规律，输出控制信号，来达成对被控制对象的调节和控制；而被控制对象则是受到控制信号，实现向期望值的稳定和准确性变化的物理或化学系统。
自动控制系统的两个重要指标：控制系统的性能指标是多种指标综合而成的，其中两个最重要的指标是系统的稳定度和系统的快速度。
系统的稳定度是指当输入信号稳定、保持不变时，系统输出信号的稳定程度，稳定性好的系统可以更加精确地达到其目标状态；而系统的快速度则是指系统的动态响应，即其从初始状态到达目标状态的所需时间。
在真实世界中，系统往往需要同时达到高速度和高稳定度两个指标，往往二者也是相互矛盾的，推动自控理论的发展，就是要解决这一矛盾。
自动控制系统的描述方式：自动控制系统的设计是从系统描述方式开始的。
自然语言、框图、数学模型等是常见的几种描述方式。
其中，数学模型是最常见的，也是最重要的。
数学模型是对自控系统进行抽象化和理论化的工具，它是自控理论中最基本的语言，是设计控制算法的基础。
总之，自动控制理论的研究与应用，可以促进控制过程的稳定性、提高工作效率、实现自动化操作，丰富了人类社会的科学技术，提升了生产力和社会生活的水平。
今后，随着科技的发展，自动控制理论将不断推陈出新，为人类社会的进步做出更大的贡献。
一、自动控制理论的应用自动控制理论在工业、交通、军事、医疗、环保等领域得到了广泛的应用。
其中，工业控制是自动控制系统应用的主要领域之一。
在现代工业中，利用自动控制理论研制制造过程中的自动化系统，能够保证产品的生产质量和稳定性，提高生产效率和降低生产成本。
第一章 自动控制理论概述
第一章 自动控制基本概念
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 引言 自动控制的基本概念 自动控制系统的组成和分类 自动控制系统的基本要求
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
本章重点
1. 自动控制的含义； 自动控制的含义； 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 2. 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 3. 控制系统的组成和分类和特点。 控制系统的组成和分类和特点。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
• 自动控制技术在工农业生产、国防、航空航天等 各个领域中起着重要的作用！ • 广泛应用于各种工程学科领域，并扩展到生物、医 学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域。 • 独立的学科并与其它学科相互渗透、相互促进。
• 《自动控制理论》是自动控制技术的基础理论，是 一门理论性较强的工程科学。 现代的工程技术人员和科学工作者， 现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备 一定的自动控制理论基础知识！ 一定的自动控制理论基础知识！
输入r(t) 输出c(t) 实际 1 2 1 0 t 0 t 控制工程基础 理想的 调节过程
本章难点
1. 深刻理解反馈的概念和思想； 深刻理解反馈的概念和思想； 2. 确定控制系统的被控对象、被控量、给定量 确定控制系统的被控对象、被控量、 等等，绘制方块图， 等等，绘制方块图，分析实际控制系统的基 本原理。 本原理。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
§1－1 引言 －
以系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 为代表的科学方法论 是一门新兴的学科， 是一门新兴的学科，为人类认识世界和改造世界提 供了强有力的武器。 供了强有力的武器。 关于控制论的几种说法 说法一： 控制论”是关于机器的理论。 说法一：“控制论”是关于机器的理论。 说法二： 控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法二：“控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法三： 控制论”是类似于数学的一门学科。 说法三：“控制论”是类似于数学的一门学科。 说法四： 控制论” 说法四：“控制论”是关于动物和机器中控制和通 信的科学。（维纳定义） 。（维纳定义 信的科学。（维纳定义）
《自动控制理论》课件
1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。
6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。
设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。
6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。
七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。
自动控制理论概述
8.1 传感器的选用
• 8.1.2 传感器选择的一般步骤 选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有要求的情况
下，力求成本低、工作可靠且便于维修的原则，即性能价格 比要高的原则。一般可按下列步骤进行： 1 ．借助于传感器分类表。即按被测量的性质，从典型应用中可 以初步确定几种可供选用的传感器的类别。 2 ．借助于常用传感器比较表。即按测量的范围、测量精度及环 境要求等进一步确定传感器的类别。 3 ．借助于传感器的产品目录。根据所选的传感器的类别，借助 产品目录，选出传感器的规格、型号、性能和尺寸。
图1-3 直流电动机转速闭环控制方框图
闭环控制特点
循环控制， 路径闭合
系统精度高， 抗干扰能力强
结构复杂，元 件和参数配置 要求较高
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
定值、随动和程序控制系统
定值控制系统 系统给定值（参考输入）为恒定常数，这种控制系统称为定值控制
系统，这种系统可通过反馈控制使系统的被控参数（输出）保持恒定、 希望的数值。
返回
8.1 传感器的选用
由于传感器精度的高低、性能的好坏直接影响到检测的 结果，影响到自动检测系统的品质和整个系统的运行状态 ，因此，选择合适的传感器是一个很重要环节。
• 8.1.1 传感器的选择要求 传感器的选择要求是全面的、严格的，是选用传感器的依
据。具体要求主要有以下几点： 1)技术指标要求。
如绝缘电阻、耐压等级及接地保护等。
上一页 下一页 返回
8.1 传感器的选用
5）可靠性要求 如抗干扰、使用寿命、无故障工作时间等。
6）维修及管理要求 如结构简单、模块化、有自诊断能力、有故障显示等。 上述要求又可分为两大类：一类是共同的要求，如线性度
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系统，这种系统的任务是在各种情况下保证系统的输出以一定的精度跟 随参考输入的变化而变化，所以这种系统又称为跟踪系统。 程序控制系统
若系统给定值（参考输入）随时间变化并具有一定的规律，并且是 实现给定的时间函数，这种控制系统称为程序控制系统。也可以说。程 序控制系统是随动控制系统的一种特殊情况。
由系统上述工作过程可知，系统通过反馈电位器不断地对输出量进行检 测并返回输入端与输入量进行比较，得出偏差信号，再利用所得的偏差信号 控制系统运动，以便随时消除偏差。从而实现了工作台位置按指令电位器给 定位置变化的运动目的。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
自动调速系统
图1－8所示为自动调速系统原理图。由图可以明确：控制系统的 任务是保持工作机械恒转速运行。
在研究自动控制系统的工作原理时，为更清楚地表示系统的结构和 组成，说明各元件间信号传递的因果关系，分析系统时常采用方框图表 示。
图1-1 自动控制系统方框图
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
开环控制系统和闭环控制系统
开环控制 如果控制装置
与被控对象之间只 有顺向作用而没有 反向联系的控制过 程，称这种控制方 式为开环控制，相 应的系统为开环控 制系统。图1-2为一 个开环控制系统。
发散
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
一个高质量的自动控制系统在其整控制过程中，被控量 和给定量之间的偏差应该越小越好。
工程上，常常从稳定性、快速性、准确性三个方面来评价自动 控制系统的总体控制性能。
稳定性 指控制系统动态过程的振荡倾向和重新恢复平衡工作状态的 能力，是评价系统能否正常工作的重要性能指标。
第一章 自动控制的基本概念
1.2
简要发展历史
1788年，詹姆斯·瓦特设计了 离心调节器，誉为自动控制领 域第一项重大成果。
而后到20世纪30年代，相继对 系统稳定性进行分析，并提出 用于位置控制系统的伺服机构 的概念。
20世纪40年代发展了系统系统 的频域分析法和根轨迹法，成 为经典控制理论的核心。
制对象，则此系统为单变量控制系统，亦称为单输入单输出系统。
多变量控制系统 如果一个控制系统中的被控参数多于一个，控制作用也多于一个，且
个控制回路之间有耦合关系，则此系统为多变量控制系统，亦称为多输 入多输出系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
要了解一个实际的自动控制系统的组成，要画出组成系统的框图，必须 明确下面的一些问题： 1. 哪个是控制对象？被控量是什么?影响被控量的主扰动量是什么? 2. 哪个是执行元件？ 3. 测量被控量的元件有哪些?有哪些反馈环节? 4. 输入量由哪个元件给定的?反馈量与给定量如何进行比较的？ 5. 此外还有哪些元件(或单元)，它们在系统中处于什么地位?起什么作 用?
用，并能按一定的规律发出控制信号和指令。 ③ 执行装置：起具体执行控制信号和指令的作用，给北侧
对象施加某种作用，使其改变输入量。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
控制系统的详细分类： 测量、变送
元件
设定元件
放大元件 执行元件
比较元件
能源元件
校正元件
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
第1一章自动自控动制控的制基的本基概本念概念
系统框图
1.1
自动控制理论概述
1.2 简要历史
1.3 自动控制系统的组成
1.4 自动控制系统的分类
1.5 自动控制系统举例
1.6 自动控制系统的基本要求
1.7 本课程的学习任务与学习要求
1.1 自动控制理论概述
自动控制理论是研究各种自动控制过程共同规律的技术科学。
当系统中存在具有线性特性的组成环节或元件时，系统的特性则 由非线性方程来描述，这样的系统称为非线性控制系统。叠加原理 不适用于此系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
连续和离散控制系统
连续控制系统 当系统中各组成环节的输入、输出信号都是时间的连续函数时，称此
类系统为连续控制系统，亦称为模拟控制系统。 连续控制系统的运动状态或特性一般用微分方程来描述。
图1-3 直流电动机转速闭环控制方框图
闭环控制特点
循环控制， 路径闭合
系统精度高， 抗干扰能力强
结构复杂，元 件和参数配置 要求较高
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
定值、随动和程序控制系统
定值控制系统 系统给定值（参考输入）为恒定常数，这种控制系统称为定值控制
系统，这种系统可通过反馈控制使系统的被控参数（输出）保持恒定、 希望的数值。
第一章 自动控制的基本概念
本章小结
第一章 自动控制的基本概念
本章小结
第一章 自动控制的基本概念
谢 谢 大 家！
图1-2 直流电动机转速控制方框图
开环控制特点
单向传递， 路径不闭合
系统精度低， 抗干扰能力差
结构简单， 调整方便， 成本低
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
开环控制系统和闭环控制系统
闭环控制 如果控制装置
与被控对象之间既 有顺向作用又有反 向联系的控制过程， 称这种控制方式为 闭环控制，相应的 系统为闭环控制系 统。图1-3为一个闭 环控制系统。
自动控制理论相应地分为“经典控制理论”和“现代控制理论” 两大部分。
经典控制理论是指20世纪50年代末期所形成的理论体系。主要研 究单输入-单输出线性定常系统的分析和设计问题。主要采用复频 域分析方法。
现代控制理论始于20世纪60年代初，适用于研究具有高性能、高精度的 多输入-多输出、线性或非线性、定常或时变系统的分析和设计问题，如 最优控制、最优滤波、自适应控制等。
图1－8 自动调速系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
自动调速系统
图1－9 自动调速系统原理框图
这里是通过测量转速（与给定转速的偏差）来控制转速的，因 此，调速系统亦称为按偏差调节的自动控制系统，
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
在实际应用中，虽然自动控制系统的服务对象和系统性能的具体要求不 尽相同，但所有自动控制系统要达到的控制目标是一致的，即在理想情况下， 希望自动控制系统的被控量和给定值在任何时候都相等或保持一个固定的比 例关系，没有任何偏差，而且不受任何干扰的影响，其表达式：
而实际情况下，自动控制系统难免会受到干扰，被控量不能瞬时达到设 定值，其间存在一个变化的过程。
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
系统控制过程中的优劣可以通过动态过程中c(t)的变化较充分的显示 出来。如图1-6为被控量的几种变化情况。
振荡收敛
振荡收敛
等幅振荡
图1-6 系统的阶跃响应
快速性 指控制系统过渡过程的时间的长短，是评价稳定系统暂态性 能指标。
准确性 指控制系统过渡过程结束后，或系统受干扰重新恢复平衡状 态时，最终保持的精度，是反映稳态性能的指标。
第一章 自动控制的基本概念
1.7 本课程的学习任务和学习要求
本书在介绍自动控制原理的基础上，围绕分析问题的思路和方 法、改善系统性能的途径以及分析所得主要结论在实际中的应用而 展开，以求帮助读者为领悟和学习应用控制理论来解决工程实际问 题奠定基础。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控 对象（被控量），使其按照预定的规律运动或变化。
控制装置一般由三部分组成： ① 自动检测装置：自动调节装置：起综合、分析、比较、判断和运算的作
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
线性和非线性控制系统
系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程（或 差分方程）来描述时，这种系统称为线性控制系统。该控制系统可使 用叠加原理。
根据描述系统运动状态的微分（或差分）方程的系数是否随时间 变化，可分为线性定常系统和线性时变系统。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
位置随动系统
图1－6所示的机床工作台位置随动系统中，控制系统的任务是控 制工作台的位置，使之按指令电位器给出的规律变化。
图1－6 机床工作台位置随动系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
位置随动系统
图1-7 机床工作台位置随动系统方框图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
温度控制系统
如图1-4所示，该控制系统的任务是为了保持炉膛温度恒定。
图1-4 烘烤炉温度控制系统原理图
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
温度控制系统
图1-5 烘烤炉温度控制系统方框图
由图1-5可以看出来，该控制系统是一个闭合回路，信号经由 调节器、烘烤炉后又反馈到调节器，是一个反馈系统。
20世纪50年代开始，控制系 统的设计重点转移到对确定 系统和随机系统的最优控制、 复杂系统的自适应控制、学 习控制和鲁棒控制的研究。
目前，自动控制理 论正向以控制论、 信息论和人工智能 为基础的智能控制 理论方向发展。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
人 工 控 制
自 动 控 制
离散控制系统 当系统中某些组成环节或元件的输入、输出信号在时间上是离散的，
即仅在离散的瞬间取值时，称此类系统为离散控制系统。 离散控制系统的运动状态或特性一般用差分方程来描述。