1 控制系统基本概念
控制工程必备知识点总结
控制工程必备知识点总结一、控制系统的基本概念1. 控制系统的定义和基本组成控制系统是一个通过对系统输入信号进行调节，使得系统输出信号满足特定要求的系统。
控制系统由输入、输出、反馈和控制器等基本组成部分构成。
2. 控制系统的分类控制系统根据其控制方式可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统只能通过输入信号来控制系统输出，而闭环控制系统可以通过反馈信号来对系统进行调节。
3. 控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、灵敏度、鲁棒性、动态性能等，这些指标反映了控制系统对信号变化的响应能力和稳定性。
二、控制系统的建模与分析1. 控制系统的数学模型控制系统的数学模型是控制工程的核心，它描述了系统的输入输出关系以及系统内部的动力学特性。
控制系统的数学模型可以用微分方程、差分方程、状态方程等形式进行描述。
2. 控制系统的传递函数传递函数是控制系统数学模型的一种常用表示形式，它描述了系统输入和输出之间的传输特性。
控制系统的传递函数可以通过系统的输入输出数据进行辨识或通过系统的数学模型进行求解。
3. 控制系统的频域分析频域分析是控制系统分析的重要方法之一，它将控制系统的动态响应从时域转换到频域，通过频域特性来分析控制系统的稳定性、干扰抑制能力等。
4. 控制系统的状态空间分析状态空间分析是控制系统分析与设计的另一种常用方法，它描述了系统的状态变量与输入输出变量之间的关系，并可以用于分析控制系统的稳定性、可控性和可观测性等。
5. 控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性分析是控制工程中的重要内容，它用于评估控制系统的稳定性，并设计满足稳定性要求的控制器。
三、控制系统的设计与实现1. 控制系统的控制器设计控制系统的控制器设计是控制工程的核心内容之一，它通过对系统数学模型的分析和综合，设计出满足性能指标要求的控制器。
2. 控制系统的闭环控制闭环控制系统通过对系统的反馈信号进行处理，实现对系统输出的精确控制，提高系统的鲁棒性和鲁棒性。
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。
第1章控制系统的基本概念(总)
《控制工程基础》课件
2008.7
第1章 控制系统的基本概念
1.0 绪论 1.1 控制系统的工作原理及其组成 1.2 控制系统的基本类型 1.3 对控制系统的基本要求
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1.1.3 闭环控制系统的组成
说明：
包括：给定元件、反馈元件、比较元件、放大元 件、执行元件及校正元件 。 给定元件：用于产生给定信号或输入信号； 反馈元件：测量被控制量或输出量； 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；
放大元件：对偏差信号进行放大的元件； 执行元件：直接对控制对象进行操纵的元件； 校正元件：校正元件又称校正装置。串接在系统
对“现代控制理论”有突出贡献的科学 家
1892年(俄国)：李稚普诺夫（稳定性）； 1956年(前苏联)：蓬特里亚京(极大值理论)； 1957年(美国) ：贝尔曼(动态规划理论)； 1960年(美国) ：卡尔曼(卡尔曼滤波理论)。
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Байду номын сангаас
1.1 控制系统的工作原理及其组成
1.1.1 控制系统的工作原理 1.1.2 开环控制和闭环控制 1.1.3 闭环控制系统的组成
⒜ 稳定性 稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢 复平衡状态的能力。
稳定性乃是保证控制系统正常工作的先决条件。
⒝ 精确性 控制系统的精确性即控制精度，一般以稳态误 差来衡量。所谓稳态误差是指以一定变化规律 的输入信号作用于系统后，当调整过程结束而 趋于稳定时，输出量的实际值与期望值之间的 误差值。
控制系统的基本概念
1 控制系统的基本概念主要学习内容：（1）控制任务，被控制对象、输入量、输出量、扰动量。
（2）开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念。
（3）控制系统的组成、基本环节及对控制系统的基本要求。
被控制对象或对象──我们称这些需要控制的工作机器、装备为被控制对象或对象。
输出量（被控制量）──将表征这些机器装备工作状态需要加以控制的物理参量，称为被控制量（输出量）。
输入量（控制量）──将要求这些机器装备工作状态应保持的数值，或者说，为了保证对象的行为达到所要求的目标，而输入的量，称为输入量（控制量）扰动量──使输出量偏离所要求的目标，或者说妨碍达到目标，所作用的物理量称为扰动量。
控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制对象的输出量满足给定值的要求。
开环控制系统只有给定量影响输出量（被控制量），被控制量只能受控于控制量，而被控制量不能反过来影响控制量的控制系统称为开环控制。
开环控制系统可以用结构示意图表示，如图所示。
图开环控制结构图闭环控制系统为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。
因此，整个控制系统形成一个闭合环路。
我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。
由于系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。
闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图表示。
图闭环系统结构图归纳一下开环与闭环控制系统各自的特点如下：（1）开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用；从控制结构上来看，只有从输入端到输出端的信号传递通道（该通道称为前向通道），控制系统简单，实现容易。
闭环控制系统中除前向通道外，还必须有从输出端到输入端的信号传递通道，使输出信号也参与控制，该通道称为反馈通道。
闭环控制系统就是由前向通道和反馈通道组成的，控制系统结构复杂。
1 控制系统的基本概念
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太原理工大学化学化工学院
—过程装备及控制系—贺鸿
1.3 自动控制系统的方块图
用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统
当进料流量或温度变化等 因素引起出口物料温度变化 时，可以将该温度变化测量 后送至温度控制器TC。温度 控制器的输出送至控制阀， 以改变加热蒸汽量来维持出 口物料的温度不变。
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过程装备控制技术及应用
1 控制系统基本概念
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本章主要内容：
控制系统概述
自动控制系统的基本组成
自动控制系统方块图
自动控制系统的分类
自动控制系统的过渡过程及性能指标 工艺管道及控制流程图
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1.3 自动控制系统的方块图 人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
图1-3 液位自动控制系统图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
1 控制系统的基本概念
做出闭环系统的特征根在s平面的轨迹。 3. 奈奎斯特（Nyquist）判断 复变函数的方法。根据系统开环的频率特 性确定闭环系统的稳定性。 4. 李雅普诺夫方法 根据李雅普诺夫函数的特征确定稳定性，适用于线性 和非线性系统。
系统稳定性的判定方法可总结如下
直接方法
求解特征方程式的根。由上述系统稳定性充要条件来判定系统的。当阶次 高于4，根的求解就很困难。 间接方法 间接分析方法通常有代数稳定判据法、频域稳定判据法等。 • （1）代数稳定性判据，也称劳斯-霍尔维茨稳定性判据；
半部。
下图给出了s平面上闭环极点（特征根）的位置与稳定性的关系。
Im
3
6个根均在虚轴的 左侧，所以该系统 是稳定的。
1 6 5
[S]
Re
2 4
系统稳定性的判定方法可总结如下
1. 劳斯-赫尔维茨（Routh-hurwitz）判据 代数判据方法。根据系统特征
方程式判断特征根在s平面的位置。 2. 根轨迹法 图解求特征根的方法。根据系统开环传递函数，以某一参数
TRC
PI
1201
131
(a) 集中仪表盘面安装仪表
(b) 就 地 安 装 仪 表
（二）文字代号 被测变量和仪表功能的字母代号
（三）图形符号
示例： FC 流量控制器 TT 温度变送器 TRC 温度记录控制器 PDT 差压变送器
压力指示仪，就地安装，回路编号121
温度记录控制仪，集中盘面安装，回路 编号141
控制理论 工艺知识
过程装备控制
计算机技术 仪器仪表
2018/11/4 23
§1-2 控制系统的组成 为什么需要 控制锅炉水位？
(a)人工控制 锅炉水位控制方式示意图
控制学科知识点总结
控制学科知识点总结控制工程学科是一门研究如何设计、分析和控制动态系统的学科，它广泛应用于工业自动化、航空航天、电力系统、交通运输等领域。
控制工程是一门交叉学科，涉及数学、物理、计算机科学和工程学等多个领域。
本文将从控制系统的基本概念、控制器的设计、稳定性分析和控制系统优化等方面对控制学科的知识点进行总结。
一、控制系统的基本概念1.1 控制系统的定义控制系统是指以一定的规律控制某一对象达到既定的性能要求，使系统在一定的环境条件下按照要求运动和工作。
1.2 控制系统的组成控制系统由输入、输出和反馈组成。
其中，输入是指控制系统的输入量，例如控制器的控制信号；输出是指控制系统的输出量，例如被控对象的运动状态；反馈是指将被控对象的输出量转换成控制系统的输入量，以实现控制系统的闭环控制。
1.3 控制系统的分类控制系统可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对象和被控对象之间没有反馈信号，闭环控制系统是指控制对象和被控对象之间有反馈信号。
1.4 控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、精度、快速性和鲁棒性。
其中，稳定性是指控制系统在外部干扰和参数变化下保持稳定；精度是指控制系统的输出量与参考输入量之间的偏差；快速性是指控制系统的响应速度；鲁棒性是指控制系统对参数变化和扰动的抗干扰能力。
1.5 控制系统的数学建模控制系统的数学建模是指用数学方法描述控制系统的结构和运动规律。
常见的控制系统数学模型包括微分方程模型、状态空间模型和传递函数模型。
二、控制器的设计2.1 控制器的基本类型控制器根据其控制方式可分为比例控制器、积分控制器、微分控制器和比例积分微分（PID）控制器。
其中，比例控制器根据误差大小控制输出量；积分控制器根据误差的累积控制输出量；微分控制器根据误差的变化率控制输出量；PID控制器综合考虑了误差、误差积分和误差微分来控制输出量。
2.2 控制器的设计方法控制器的设计方法包括经验法、试错法、校正法和数学分析法。
控制系统概论
控制系统概论控制系统概论引言：控制系统是指由各种元件组成的系统，用来控制某个过程或设备的运行。
它可以实现对过程或设备的监测、调整和优化，以达到预期目标。
本文将介绍控制系统的基本概念、分类、组成部分及其工作原理。
一、基本概念1. 控制对象：指被控制的过程或设备。
例如，温度、压力等物理量，机器人、电机等设备。
2. 控制器：指控制对象的运行状态，并通过输出信号来调整其运行状态以满足要求。
例如，PID控制器、模糊控制器等。
3. 传感器：用来检测和测量被控对象的状态，并将其转换为电信号输出给控制器。
例如，温度传感器、压力传感器等。
4. 执行机构：根据控制器输出信号来调整被控对象的状态。
例如，阀门、电机等。
二、分类根据被控对象不同，可以将控制系统分为以下几类：1. 过程控制系统：用于对一些物理量进行监测和调节，以保证生产过程中各参数处于正常范围内。
例如，在化工生产中对温度、压力、液位等参数进行控制。
2. 机器人控制系统：用于对机器人的运动和操作进行控制。
例如，工业生产中的自动化装配线。
3. 电力控制系统：用于对电力设备的运行状态进行监测和调节。
例如，变电站中的开关控制系统。
三、组成部分一个典型的控制系统由以下几个部分组成：1. 传感器：用来检测被控对象的状态，并将其转换为电信号输出给控制器。
2. 控制器：根据输入信号和预设值，计算出输出信号来调节被控对象的状态。
3. 执行机构：根据控制器输出信号来调整被控对象的状态。
4. 反馈回路：将被控对象的实际状态反馈给控制器，以便及时调整输出信号。
5. 供电系统：为各个部分提供所需能量。
四、工作原理1. 开环控制开环控制是指没有反馈回路的情况下对被控对象进行调节。
这种方法简单易行，但是无法考虑到外界干扰和被控对象本身的变化，容易造成误差。
例如，在家庭热水器中，我们可以通过手动调节水龙头来控制水温，但是无法保证水温始终稳定。
2. 闭环控制闭环控制是指通过反馈回路来调节被控对象的状态。