控制工程 绪论1
合集下载
控制工程基础课件第一章绪论
19世纪40年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。19世纪50年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。19世纪60年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。从1960年到1980，确定线性系统、随机系统的最佳控制及复杂系统的自适应和智能控制，都得到充分的研究。从1980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。
按给定量的特点来分：
（1）连续控制系统：系统的各环节输入量与输出量是信号连续的系统称为～
按系统反应特性来分
（2）离散控制系统：系统的各环节输入量、输出量信号是离散的系统称为～（如采样信号）
三 反馈控制系统的基本组成
1. 组成：给定元件、比较元件、反馈元件、放大元件、执行元件、控制对象及校正元件。
②闭环控制系统：反馈控制系统也称为闭环控制系统，是指系统的输入端与输出端之间存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响，其作用应用反馈来减少偏差，但不能消除偏差。
(1)开环控制系统特点 抗干扰能力差，控制精度低，但结构简单，调整方便，成本低，无自动纠偏能力。
(2)闭环控制系统特点 抗干扰能力强，控制精度高，结构复杂，能自动纠偏。 缺点：由于引入反馈，存在稳定、振荡和超调等问题，设计分析比较复杂。
人工控制恒温箱系统功能框图
总结： 人工控制过程的实质：检测偏差再纠正偏差
（2）自动控制系统
恒温箱的自动控制系统原理图
恒温箱自动控制系统工作原理：（1）恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压 U2（2）恒温箱期望温度由U1给定，并与实际温度U2 比较得到温度偏差信号△U＝U1 - U2（3）温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之，加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差△U＝0，电机停止转动。
控制工程基础第1章绪论
(6) 1954年美国德沃（George Devol）研制出第一台 工业机器人样机，两年后，被称为机器人之父的恩 格尔伯格 （Joseph Engelberger）创立了第一家机器 人公司－通用机器人（Unimation）
R.E. Kalman
(7) 1960年美籍匈牙利人卡尔曼（R. E. Kalman）发 表“控制系统全面理论”（“On the General Theory of Control Systems”）等论文，引入状态空间法分析系 统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和kalman 滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础
(5) 1937年英国图灵（A. M. Turine）提出图灵计 算机的设想
(6) 在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组 工作的申龙（C. Shannon） 1938年提出继电器逻辑 自动化理论，1948年发表专著《通信的数字理论》 (The Mathematical Theory of Communication)，奠 定了信息论的基础
(13) 1970年英国罗森布拉克（H.H
Rosenbrock ）发表“状态矢量空间与多变
量理论”（State Space and Multivariable
Theory）。 1974年加拿大旺纳姆（W.M
System)
(8) 1948年美国尹文思（W. Evans）提出根轨迹法 (Root Locus Method) ，完成了以单输入线性系统为 对象的经典控制研究工作。
(9) 多本有关经典控制的经典名著相继出版，包 括1942年史密斯（Ed. S. Smith）的《自动控制 工程学》（《Automatic Control Engineering 》）， 1945年H. Bode的《回路分析和反馈放 大器》（ 《 Network Analysis and Feedback Amplifier 》 ）， 1945年麦科尔（L.A. MacColl）的《伺服系统基本原理》（《 Fundamental Theory of Servomechanisms》） ，以及1954年钱学森的《工程控制论》(《 Engineering Cybernetics》)
控制工程基础绪论
✓美国George Devol研制出第一台工业机器人样机 (1954)，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司Unimation。
第38页/共59页
✓※世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功 (1957)
第12页/共59页
综上所述
控制系统的工作原理： ➢检测输出量（被控制量）的实际值； ➢将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较
得出偏差； ➢用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输
出量维持期望的输出。
第13页/共59页
由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预 计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考 输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏 差，故称之为反馈控制。
第24页/共59页
输入信号：是指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输出量变化规律 的指令信号。 输出信号：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称被控量，它与 输入量之间保持一定的函数关系。 反馈信号：由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的 信号称为反馈信号。反馈分为主反馈和局部反馈。 偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。偏差信号简称偏差。 误差信号：它是指系统输出量的期望值与实际值之差，简称误差。在单位反馈 情况下，误差值也就是偏差值，二者是相等的。 扰动信号：简称扰动或干扰，它与控制作用相反，是一种不希望的、影响系统 输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部，又可来自系统外部，前者称为 内部扰动，后者称为外部扰动。 外部扰动是不希望的输入信号。
第35页/共59页
现代控制（1950-Now）
现代控制起源于冷战时期的 军备竞赛，如导弹(发射，操 纵，指导及跟踪)，卫星，航 天器和星球大战，以及计算 机技术的出现
控制工程基础 第一章 绪论
本课程应用ຫໍສະໝຸດ 例系统的建模与仿真
机电系统的时域和频域分析
机电系统的稳定性分析
进水 阀门
+ 电位器 减速器 -
连杆
浮子 实际水位
水池 放大器 电动机
出水
本课程涉及到的相关知识
本课程涉及到高等数学、理论力学、电工电子
学等多门基础知识，特别是运用数学工具较多，内 容较抽象及概括。因此在学习本课程过程中应及时 复习相关基础知识，多参考有关控制理论方面的参 考书，以加深理解，同时还应重视实验及习题。
课程简介
《机械工程控制基础》课程主要阐述的是有关反 馈自动控制技术的基础理论以及在机电系统中的应用。
本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门重
要的技术基础课。它是适应机电一体化的技术需要，
针对机械对象的控制，结合经典控制理论形成的一门
课程。本课程主要涉及经典控制理论的主要内容及应 用, 突出的是机电控制的特点。
《机械工程控制基础》
山东交通大学 机械工程学院 机械电子教研室 梁 杰
课程说明
使用专业：机械设计制造及其自动化
使用班级：机械101-104
总学时数：45学时，其中理论教学39学时，实验4学时， 机动2学时。
本课程为必修课，3学分，期末考试采用闭卷考核方式。 总成绩包括平时成绩和期末考试成绩，平时成绩占总评成 绩的20%，期末考试成绩占80%，其中平时成绩包括作业、 考勤和实验报告，作业、考勤和实验报告所占的比例分别 为40%、40%和20%。
选用教材： 王积伟、吴振顺主编《控制工程基础》（第二 版），高等教育出版社，2010年5月。 参考资料： 1、董景新等编著《控制工程基础》，清华大学 出版社。 2、杨叔之等编著《机械工程控制基础》（第 五版），华中科技大学出版社。 3、柳洪义等编著《机械工程控制基础》，科 学出版社。 4、董霞等编著《机械控制理论基础》，西安 交通大学出版社。
机电系统的时域和频域分析
机电系统的稳定性分析
进水 阀门
+ 电位器 减速器 -
连杆
浮子 实际水位
水池 放大器 电动机
出水
本课程涉及到的相关知识
本课程涉及到高等数学、理论力学、电工电子
学等多门基础知识，特别是运用数学工具较多，内 容较抽象及概括。因此在学习本课程过程中应及时 复习相关基础知识，多参考有关控制理论方面的参 考书，以加深理解，同时还应重视实验及习题。
课程简介
《机械工程控制基础》课程主要阐述的是有关反 馈自动控制技术的基础理论以及在机电系统中的应用。
本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门重
要的技术基础课。它是适应机电一体化的技术需要，
针对机械对象的控制，结合经典控制理论形成的一门
课程。本课程主要涉及经典控制理论的主要内容及应 用, 突出的是机电控制的特点。
《机械工程控制基础》
山东交通大学 机械工程学院 机械电子教研室 梁 杰
课程说明
使用专业：机械设计制造及其自动化
使用班级：机械101-104
总学时数：45学时，其中理论教学39学时，实验4学时， 机动2学时。
本课程为必修课，3学分，期末考试采用闭卷考核方式。 总成绩包括平时成绩和期末考试成绩，平时成绩占总评成 绩的20%，期末考试成绩占80%，其中平时成绩包括作业、 考勤和实验报告，作业、考勤和实验报告所占的比例分别 为40%、40%和20%。
选用教材： 王积伟、吴振顺主编《控制工程基础》（第二 版），高等教育出版社，2010年5月。 参考资料： 1、董景新等编著《控制工程基础》，清华大学 出版社。 2、杨叔之等编著《机械工程控制基础》（第 五版），华中科技大学出版社。 3、柳洪义等编著《机械工程控制基础》，科 学出版社。 4、董霞等编著《机械控制理论基础》，西安 交通大学出版社。
大气污染控制工程 第一章 绪论
大气污染、 1.2 大气污染、大气污染物和污染源 定义 大气污染通常是指由于人类活动和自然 过程引起某种物质进入大气中， 过程引起某种物质进入大气中，呈现出 足够的浓度， 足够的浓度，达到了足够的时间并因此 而危害了人体的舒适、 而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境的现象。 害了环境的现象。
氧化产物
聚合与核长大
气溶胶 光雾
甲醛、 丙稀醛等 刺激眼睛
20
光化学烟雾实例
光化学烟雾形成前
光化学烟雾形成后
21
混合型污染。 ③ 混合型污染。包括以煤炭为主要污染源而排出的 烟气、粉尘、 烟气、粉尘、二氧化硫及其它氧化物所形成的气 溶胶； 溶胶；以石油为污染源而排出的烯烃和二氧化氮 为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。 为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。如 臭氧和烯烃反应生成的过氧化氢自由基等氧化物， 臭氧和烯烃反应生成的过氧化氢自由基等氧化物， 可大大增加二氧化硫的氧化速率。 可大大增加二氧化硫的氧化速率。 特殊型污染。 ④ 特殊型污染。主要产生于工厂生产过程中排出和 发生意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、 发生意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、金 属蒸气或酸雾等所引起的污染。 属蒸气或酸雾等所引起的污染。
11
（1）大气污染物分类
气溶胶态污染物 悬浮在气体介质 中的固态或液态 颗粒所组成的悬 浮体系 气态污染物 粉尘（ 粉尘（dust） ） 烟（fume） ） 飞灰（ ash） 飞灰（fly ash） 黑烟（ 黑烟（smoke） ） 雾（fog） ）
大气 污染物
一次污染物 二次污染物
12
（1）大气污染物分类
17
2)根据能源性质、 2)根据能源性质、大气污染物组成和反应分类 根据能源性质
控制工程基础2-第1章(绪论)
方框信号
• 方框 • 信号线
控制装置和被控对象分别用方框表示 方框的输入和输出以及它们之间的联接用带
箭头的信号线表示
• 输入信号 进入方框的信号 • 输出信号 离开方框的信号
7
例子2：恒温系统
• 人工控制恒温箱
测量、比较、判断、操 作
[动态过程]
1 2
观测恒温箱内的温度（被控制 量） 与 要 求 的 温 度 （ 给 定 值 ） 进行比较，得到温度偏差的大 小和方向
第三节 控制系统主要任务与研究内容
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。
41
课程的主要内容及其相互关系
16
开环例3:直流电机速度开环控制系统
17
• 闭环控制
如果系统的输出量与输入量之间具有
反馈联系，即输出量对系统的控制过程有 直接影响，这样的系统称为闭环控制系统。 闭环控制系统是按照反馈控制原理工作的， 又称为反馈控制系统。这种系统的信号传 递路线构成闭合回路（闭环）。 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。
恒值控制系统（自动调节系统） 程序控制系统 随动系统(伺服系统）
恒值系统是指参考输入量保持常值的系统。其任务是消除或减少 扰动信号对系统输出的影响，使被控制量（即系统的输出量）保 持在给定或希望的数值上。例如蒸汽机离心调速器系统、恒温箱 温度控制系统等。 随动系统是指参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求 输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度 是随动系统的两项主要性能指标。
现代控制工程绪论-试讲1
干扰 输入 控制器 控制对象 输出
16
1.1 控制理论及工程的发展
传递函数只描述了系统的输入输出间关系,没 传递函数只描述了系统的输入输出间关系 没 有内部变量的表示。 有内部变量的表示。 经典控制理论的特点是以传递函数为数学工 本质上是频域方法,主要研究 具,本质上是频域方法 主要研究“单输入单 本质上是频域方法 主要研究“ 输出” 输出”(Single-Input Single-output, SISO)线性定常控制系统的分析与设计 对 线性定常控制系统的分析与设计,对 线性定常控制系统的分析与设计 线性定常系统已经形成相当成熟的理论。 线性定常系统已经形成相当成熟的理论。 典型的经典控制理论包括PID控制、 控制、 典型的经典控制理论包括 控制 Smith控制、解耦控制、Dalin控制、串级 控制、 控制、 控制 解耦控制、 控制 控制等。 控制等。
3
前言——课程主要章节的计划学时分配 课程主要章节的计划学时分配 前言
第一章 绪论 第二章 控制系统的状态空间描述 第三章 控制系统的状态空间分析 第五章 控制系统的可控性与可测性 第六章 系统的状态反馈与观测器 2学时 学时 6学时 学时 8学时 学时
第四章 状控制系统的李亚普洛夫稳定性分析 4学时 学时 6学时 学时 6学时 学时
18
1.1 控制理论及工程的发展
现代控制理论 20世纪50年代中期 特别是空间技术的发展, 世纪50年代中期, 20世纪50年代中期, 特别是空间技术的发展,迫 切要求解决更复杂的多变量系统、 切要求解决更复杂的多变量系统、非线性系统的 最优控制问题(例如火箭和宇航器的导航、 最优控制问题(例如火箭和宇航器的导航、跟踪 和着陆过程中的高精度、低消耗控制, 和着陆过程中的高精度、低消耗控制,到达目标 的控制时间最小等) 的控制时间最小等)。 实践的需求推动了控制理论的进步,同时, 实践的需求推动了控制理论的进步,同时,计算机 技术的发展也从计算手段上为控制理论的发展提 供了条件,适合于描述航天器的运动规律, 供了条件,适合于描述航天器的运动规律,又便于 计算机求解的状态空间模型成为主要的模型形式。 计算机求解的状态空间模型成为主要的模型形式。
16
1.1 控制理论及工程的发展
传递函数只描述了系统的输入输出间关系,没 传递函数只描述了系统的输入输出间关系 没 有内部变量的表示。 有内部变量的表示。 经典控制理论的特点是以传递函数为数学工 本质上是频域方法,主要研究 具,本质上是频域方法 主要研究“单输入单 本质上是频域方法 主要研究“ 输出” 输出”(Single-Input Single-output, SISO)线性定常控制系统的分析与设计 对 线性定常控制系统的分析与设计,对 线性定常控制系统的分析与设计 线性定常系统已经形成相当成熟的理论。 线性定常系统已经形成相当成熟的理论。 典型的经典控制理论包括PID控制、 控制、 典型的经典控制理论包括 控制 Smith控制、解耦控制、Dalin控制、串级 控制、 控制、 控制 解耦控制、 控制 控制等。 控制等。
3
前言——课程主要章节的计划学时分配 课程主要章节的计划学时分配 前言
第一章 绪论 第二章 控制系统的状态空间描述 第三章 控制系统的状态空间分析 第五章 控制系统的可控性与可测性 第六章 系统的状态反馈与观测器 2学时 学时 6学时 学时 8学时 学时
第四章 状控制系统的李亚普洛夫稳定性分析 4学时 学时 6学时 学时 6学时 学时
18
1.1 控制理论及工程的发展
现代控制理论 20世纪50年代中期 特别是空间技术的发展, 世纪50年代中期, 20世纪50年代中期, 特别是空间技术的发展,迫 切要求解决更复杂的多变量系统、 切要求解决更复杂的多变量系统、非线性系统的 最优控制问题(例如火箭和宇航器的导航、 最优控制问题(例如火箭和宇航器的导航、跟踪 和着陆过程中的高精度、低消耗控制, 和着陆过程中的高精度、低消耗控制,到达目标 的控制时间最小等) 的控制时间最小等)。 实践的需求推动了控制理论的进步,同时, 实践的需求推动了控制理论的进步,同时,计算机 技术的发展也从计算手段上为控制理论的发展提 供了条件,适合于描述航天器的运动规律, 供了条件,适合于描述航天器的运动规律,又便于 计算机求解的状态空间模型成为主要的模型形式。 计算机求解的状态空间模型成为主要的模型形式。
控制工程基础1章
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月27 日上午3 时53分 20.10.2 720.10. 27
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月27 日星期 二上午3 时53分 23秒03 :53:232 0.10.27
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 上午3时 53分20 .10.270 3:53Oc tober 27, 2020
a sin wt (t 0)
xi (t)
0 (t 0)
34
xi
(t)
lim t0 0
a t0
(0 t t0 )
0 (t 0或t t0 )
35
四、本章基本要求和难点
掌握有关自动控制的基本概念，明确控 制系统的任务、组成及控制装置各部分 的作用。
了解系统的基本控制方式及特点，正确 理解负反馈控制原理
控制工程基础
教材：董景新《控制工程基础》
参考：胡寿松《自动控制原理》
绪芳胜彦《现代控制工程》
MATLAB在控制系统分析与设计 中的应用类的书籍
1
第一章 绪 论 一、概述
1、自动控制与自动控制系统
– 自动控制：就是在没有人直接参与的情况下， 使生产过程或被控对象的某些物理量准确地 按照预期的规律变化，使其具有希望的状态 和功能。
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月27日 星期二3 时53分 23秒T uesday , October 27, 2020
相信相信得力量。20.10.272020年10月 27日星 期二3 时53分2 3秒20. 10.27
谢谢大家！
正确理解对控制系统稳、准、快的要求 通过学习，掌握由系统工作原理图画出
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
page 14
机电工程学院
第一章
绪论
二、自动控制系统的组成及方框图
控制系统至少包括由测量、变送元件、控制器 等组成的控制装臵和被控对象，它的组成方框图如 图1-2-4所示。 控制装臵应具备三种基本功能：测量、计算和 执行。 参与控制的信号来自三条通道：给定值、干扰 和被控量。 方框图(方框+箭头+求和圆+线条)：分析系统内各部 分之间关系的图解法。
控 制 工 程 基 础
1、按系统输入信号的变化规律不同来分 2、按系统传输信号的性质来分 3、按描述系统的数学模型不同来分
page 27
机电工程学院
第一章
绪论
一、按系统输入信号的变化规律不同来分
控 制 工 程 基 础
1、恒值控制系统(或称自动调节系统) 特点:输入信号是一个恒定的数值。主要研究各种干 扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰,使被控 量保持恒定的希望值,基本控制过程是抗扰过程(自动 调节过程)，所以也称为自动调节系统。
第一章
绪论
系统每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和一个 系统的输出量与之相对应，但是不具有修正由于扰动而 出现的被控制量希望值与实际值之间误差的能力。
控 制 工 程 基 础
例如，执行机构步进电机出现失步，机床某部分未能准 确地执行程序指令的要求，切削刀具偏离了希望值，控 制指令并不会相应地改变。
page 33
机电工程学院
控 制 工 程 基 础
扰动(干扰n)：来自系统内部或外部，对系统产生 影响的信号。 输出信号c(被控量)：反馈控制系统的被控量，即 被控对象的输出量。
page 18
机电工程学院
第一章
绪论
比较环节:将参考输入与主反馈信号进行比教的 环节,它的输出等于参考输入与主反馈信号的差值。
控 制 工 程 基 础
经典控制理论以连续线性定 常控制系统为研究对象。
page 31
机电工程学院
第一章
绪论
2、非线性系统
在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性 环节时，该系统为非线性系统。非线性系统不满 足叠加性或齐次性。
控 制 工 程 基 础
注意：
1.非线性的理论研究一般只能 近似的定性描述和数值计算。
2. 严格来说，任何物理系统的 特性都是非线性的。
5
机电工程学院
第一章
绪论
机械工程控制论主要研究：输入，系统，输出三 者之间的关系
输入
控 制 工 程 基 础
系统
输出
主要解决以下几方面的问题：
1、系统分析
2、最优控制 3、最优设计 4、系统辨识 5、滤波与预测
page
6
机电工程学院
第一章
绪论
第二节 自动控制的基本原理
一、基本概念
控 制 工 程 基 础
2、过程控制系统(或称程序控制系统) 特点:输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制 过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地 复现。
page 28
机电工程学院
第一章
绪论
控 制 工 程 基 础
3、随动控制系统 特点:输入信号是一个未知的时间函数，给定量的变 化规律是事先不知道的或不需要知道的。 基本任务是保证被控量跟随给定量变化，也叫跟踪 系统。如果被控量是机械量的系统则可称为伺服系 统。如运动目标的自动跟踪、瞄准系统、 工业自动 化仪表中的显示记录仪等均属于随动控制系统。
输入
控制器
控制对象
输出
图1-3-3 闭环控制系统
page 24
机电工程学院
第一章
绪论
图纸 微型 计算机
控 制 工 程 基 础
放大器
执行机 构(步进 点机)
工作 机床
切削 位移 刀具
反馈测量元件
图1-3-4 微型计算机控制机床（闭环系统）
page 25
机电工程学院
第一章
绪论
在图1-3-4中，引入了反馈测量元件，闭环控制系统由 于有“反馈”作用的存在，具有自动修正被控制量出现偏差 的能力，可以修正元件参数变化及外界扰动引起的误差。
放大运算环节
执行环节
被控对象
被 控 量
测量环节
图1-2-6
page 20
机电工程学院
第一章
绪论
第三节 控制的基本方式
从上面的分析可知，控制的基本方式可以有两种：开环控制
控 制 工 程 基 础
和闭环控制。 一、开环控制
指系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对 系统的控制作用不发生影响的系统。开环系统的方框图如 图1-3-1所示。
输入
控制器
控制对象
输出
图1-3-1 开环控制系统
page 21
机电工程学院
第一章绪论如工业上使用的数字序控制机床，参见图1-3-2。
图纸 微型 计算机 放大器 执行机 构(步进 点机) 工作 机床 切削 位移 刀具
控 制 工 程 基 础
图1-3-2
微型计算机控制机床（开环系统）
page 22
机电工程学院
page 12
机电工程学院
第一章
绪论
• 当电源变化、负载变化等引起转速变化，称 为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为 被控量，当电动机受到扰动后，转速 ( 被控 量 ) 发生变化，经测速发电机 ( 测量元件 ) 将转 控 制 速信号 ( 反馈信号 ) 反馈到功率放大器 ( 控制 工 器)，使控制器的输出(控制量)发生相应的变 程 基 化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差 础 保持在允许的范围内。
开环控制系统特点： 1.信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2.结构简单. 3.控制精度不高,无法抑制扰动.
page 23
机电工程学院
第一章
绪论
二、闭环控制
控 制 工 程 基 础
系统输出信号与输入端之间存在反馈回路的系统，叫 闭环控制系统。闭环控制系统也叫反馈控制系统。“闭环” 这个术语的含义，就是应用反馈作用来减小系统误差。闭 环控制系统的方框图如图1-3-3所示。
控制： 指由人或用控制装臵使受控对象按照 一定目的来动作所进行的操作。 人工控制： 指控制的任务由人来完成。 自动控制：指控制的任务用控制装臵来完成， 而人不经常直接参与。 控制系统： 一般由控制装臵和被控对象组成。
page
7
机电工程学院
第一章
绪论
信息反馈是最基本的 自动控制原理。
控 制 工 程 基 础
机电工程学院
第一章
绪论
主要内容
第一节 概论 第二节 控制的基本原理 第三节 控制的基本方式 第四节 控制系统的分类 第五节 控制系统的性能要求
控 制 工 程 基 础
page
1
机电工程学院
第一章
绪论
随着科学技术的进步，控制的概念也在扩大， 政治、经济、社会等各个领域也越来越多地被认
控 制 工 程 基 础
反馈：把输出量送回到系统的输入端，并与输 入信号比较的过程。
根据反馈信号对输入信号的影响不同将 其分为正反馈和负反馈。
page
8
机电工程学院
第一章
绪论
•工业过程中的反馈控制系统例子
例1 锅炉汽包水位控制系统
控 制 工 程 基 础
主蒸汽 过热器
变送器
汽包 省煤器
调节器
给水 给水泵 执行器 给水调节阀
图1-2-1 锅炉水位控制系统
page
9
机电工程学院
第一章
绪论
例2 水箱水位控制
控 制 工 程 基 础
图1-2-2 水箱水位控制系统
page 10
机电工程学院
第一章
绪论
例3 直流电动机速度控制系统
＋U
受控对象 输入信号
控 制 工 程 基 础
电 位 器
＋ 功率 放大器
电动机
测量元件 (变送器)
控制器 偏差信号
page 30
机电工程学院
第一章
绪论
三、按描述系统的数学模型不同来分 1、线性系统
控 制 工 程 基 础
由线性元件构成的系统叫线性系统。其运动方程 为线性微分方程。若各项系数为常数，则称为线 性定常系统。线性系统的主要特点是具有叠加性 和齐次性，即当系统的输入分别为r1(t)和r2(t) 时，对应的输出分别为c1(t)和c2(t)，则当输入 为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量为 c(t)=a1c1(t)+a2c2(t), 其中为a1、a2为常系数。
控 制 工 程 基 础
闭环控制系统特点: 1.有反馈回路; 2.结构复杂; 3.控制精度高,自动纠偏
由于反馈的存在， 控制系统可能出 现“振荡”。
有些系统将开环和闭环结合在一起,称为复合控制。
重点讨论闭环控制系统，以后所讲的控制系统都指 闭环控制。
page 26
机电工程学院
第一章
绪论
第四节 控制系统的分类
测 ＋速 发 电 机
图1-2-3 直流电动机速度自动控制的原理结构图
page
11
机电工程学院
第一章
绪论
控 制 工 程 基 础
直流电动机速度自动控制的原理结构图如图 1-2-3所示。图中，电位器电压为输入信号。测 速发电机是电动机转速的测量元件，又称为变 送元件（变送器）。图1-2-3，代表电动机转速 变化的测速发电机电压送到输入端与电位器电 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，这就形成了电动机转速自动控 制系统。
机电工程学院
第一章
绪论
比较元件
给定信号
干扰
控 制 工 程 基 础
r
偏差信号