《自动控制原理》李素玲 第一章第三节
述及，故不赘述。
第一章 绪论
1.3.2 按给定值的特点分类 按给定信号特点可以将控制系统分为恒 值系统、随动系统和程控系统三大类。
一、恒值系统：
1. 定义——输入信号r(t)为常值的系统。
2. 目的——保证输出信号c(t)恒定。
3. 例如：调速系统（当给定电压ug不变
时），水池水位控制系统，空调、冰
图1－12
电阻炉微机温度控制系统
号送入计算机。在计算机中与所设置的期望值比较后产生偏 差信号。计算机便根据预定的控制算法（即控制 规律）计 算相应的控制量，再经D/A转换变为0—10mA的电流，通过
第一章 绪论
恒值系统（续）
图1－12
电阻炉微机温度控制系统
触发器控制晶闸管的控制角α，从而改变晶闸管的 整流电压，也就改变了电阻丝中电流的大小，达到 控制炉温的目的。
第一章 绪论
1.3.4 按时间信号的性质分类
按时间信号的性质可分为连续系统和离散系统。
1. 连续系统： 若系统各环节间的信号
均为时间 的连续函数，
则称这类系统为连续系 统。
0 连续信号 t
连续系统的运动规律可用微分方程描述。上 述的水位控制系统和电动机调速系统均属这类系 统。
第一章 绪论
2. 离散控制系统：
箱以及工业炉温控制系统等。
第一章 绪论
恒值系统（续）
图1－12
电阻炉微机温度控制系统
上图为电阻炉微机温度控制系统，电阻丝通过晶闸 管主电路加热，炉温期望值用计算机键盘预先设置，实 际炉温由热电偶检测，并转换成电压（mv），经放大
滤波后，由模/数转换器（A/D）将模拟信号→数字信
第一章 绪论
恒值系统（续）
Δu≠0 ，从而使电机转动，带动船舵角位置θ0向 θi 要求的位置变化，直至θ0=θi ，Δu=0 ，电机 才停止。系统重又平衡。
பைடு நூலகம்
第一章 绪论
随动系统（续）
4. 优点：控制对象简单，指令信号事先无法知道 其变化规律。可用功率很小的指令信号操纵功 率很大的工作机械，还可进行远距离控制。
三、程控系统：
齿轮箱 进给脉冲 比较 反馈脉冲 放大
SM
工作台
测量
第一章 绪论
1.3.3 按数学描述分类
按数学描述可以将控制系统分为线性系统和非线 性系统。 1. 线性系统： 组成系统的所有元件均为线性元件时，即它们的 输入-输出特性是线性的，这样的系统称为线性系
统。这类系统的运动过程可用线性微分方程（差
分方程）来描述，其主要特点是具有齐次性和叠 加性，最大的优点是数学处理简便，理论体系完 整。
第一章 绪论
恒值系统（续）
图1－12
电阻炉微机温度控制系统方框图
4. 优点: 计算机温度控制系统，具有精度高、功能
强、经济性好、无噪声、显示醒目、读数
直观、打印存档方便、操作简单、灵活性
和适应性好等一系列优点。
第一章 绪论
二、随动系统
1、定义：给定值随意变化而事先无法知道的系统。
2、目的：使c(t)按一定精度跟踪r(t)的变化。 3、例如：跟踪目标的雷达系统、火炮群控 制系统、 导弹制导系统、参数的自动检验系统、 X-Y记录仪、船舶驾驶舵位跟踪系统、 飞机自动驾驶仪等等。
第一章 绪论
1.3 自动控制系统的分类
1.3.1 按信号传送的特点或系统结构特点分类
1.3.2 按给定值的特点分类 1.3.3 按数学描述分类 1.3.4 按时间信号的性质分类 1.3.5 按系统参数是否随时间变化分类
第一章 绪论
1.3.1 从信号传送的特点或系统结构特点分类
按信号传送特点或系统结构特点可 以将控制系统分为开环控制系统、闭环 控制系统和复合控制系统三大类，前已
系统的参数不随时间变化的系统。描述其动态 特性的微分方程或差分方程的系数为常数。 2. 时变系统： 系统的参数随时间而变化。描述其动态特性的 微分方程或差分方程的系数不为常数。
1.3 控制系统分类
小 结
自动控制系统的分类方法很多， 其中最常见的是按给定信号特点进 行分类，可分为恒值系统、随动系 统和程控系统；以及按系统结构特 点进行分类，可分为开环控制系统、 闭环控制系统和复合控制系统。
系统中一处或几处的
信号为脉冲序列或数
字编码，则称这类系
统为离散系统。
0 离散信号
t
离散系统的运动规律可用差分方程描述。 上述的电阻炉微机温度控制系统和数控机床控 制系统均属这类系统。
第一章 绪论
1.3.5 按系统参数是否随时间变化分类
按系统参数是否随时间变化可分为定常系统 与时变系统。
1. 定常系统：
第一章 绪论
随动系统（续）
图1－13
船舶驾驶舵角位置跟踪系统
0
其任务是使船舵角位置按给定指令变化，即要求θ 跟随θi:θ0(t)=θi(t)。
第一章 绪论
随动系统（续）
图1－13
船舶驾驶舵角位置跟踪系统
该系统由船舵（受控对象）、电位计（测量、比较元 件）、电机、减速器、电压和功率放大器等组成。
第一章 绪论
随动系统（续）
由两个电位计组成桥式连
接，Δu=ui-ua。若0=θi，
ui u0
则预先整定ui=u0 ,则Δu=0，
电机不动，系统处于平衡 状态。
Δ
u = ui - u0
图1－14
图1－15 船舶驾驶舵角位置跟踪系统方框图
随动系统（续）
第一章 绪论
若θi 变了，而θ0 未变，则有θ0≠θi ， ui≠u0，
第一章 绪论
2. 非线性系统：
严格地讲，实际的物理系统中很少存在理想的线性 系统，总是或多或少地存在着不同程度的非线性特性。
为研究问题方便，当非线性特性不显著或系统在非线性
特性区域的工作范围不大时，可将它们线性化，然后按 线性系统处理。那么，可以线性化的元件称为非本质性 非线性元件，而不能线性化的元件称为本质性非线性元 件。系统中只要包含一个本质性非线性元件，就得用非 线性微分方程来描述其运动过程。这种用非线性微分方 程来描述的系统就称为非线性系统。在这类系统中，不 能使用叠加原理。
1、定义：给定值或指令输入信号按预定程序变化 的系统。
2、目的：c(t)按预定的程序去运行。
3、举例：顺序控制器、数控机床、仿形机床等。
第一章 绪论
程控系统（续）
如图所示为数控机床，其中的输入处理、插补计算 和控制功能可由逻辑电路实现，也可由计算机来完成。 一般都将加工轨迹编好程序。并转换成脉冲输入，再将 工作台移动轨迹也换算成脉冲侧出来与输入脉冲比较后 再换算成模拟信号用以控制伺服电动机SM。
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自动控制原理第一章课件
自动控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ论已经成为现代工程技术人 员和科学工作者不可缺少的重要理论基础之 一。 自动控制原理》 从《自动控制原理》课程的内容上看侧重 于方法论， 于方法论，本课程的教学目的是使学生能学 好当前和近期我国工业部门所需的自动化理 论和技术， 论和技术，使学生深刻理解线性控制理论的 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 数学原理和方法，掌握自动控制的基本理论、 基本计算方法， 基本计算方法，为自动控制系统的分析与设 计打下一定的基础。 计打下一定的基础。
3.程序控制系统 3.程序控制系统 输入量按照给定的程序变化。 输入量按照给定的程序变化。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 任务：使输出量按预先给定的程序指令而动作。 二、按使用的数学方法分类 1.线性系统 1.线性系统 2.非线性系统 2.非线性系统 3.连续控制系统 3.连续控制系统 4.离散控制系统 4.离散控制系统
1-3
闭环控制系统的基本组成
1-4
对控制系统的基本要求
一、对控制系统的基本要求 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 对控制系统的基本要求可以归纳为三个字： 稳、快、准。
二、典型外作用 典型外作用的函数应具备以下条件： 典型外作用的函数应具备以下条件： 这些函数在现场或实验室中容易得到； ①这些函数在现场或实验室中容易得到； ②控制系统在这些函数作用下的性能应代表在实际工 作条件下的性能； 作条件下的性能； ③这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 这些函数数学表达式简单，便于理论分析与计算。 1.阶跃函数 1.阶跃函数 数学表达式为： 数学表达式为：
1.按输入作用补偿 1.按输入作用补偿 按输入作用补偿的补偿装置可提供一个输入信号 的微分作用， 的微分作用，并作为顺馈控制信号与原输入信号一起 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。 2.按扰动作用补偿 2.按扰动作用补偿 按扰动作用补偿的补偿装置能够在可测量的扰动 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用， 对系统产生不利影响之前，提供一个控制作用，以抵 消扰动对系统输出的影响。 消扰动对系统输出的影响。
自动控制原理课件第六版第一章.详解
程序控制系统： 系统的给定值按照一定的时间函 数变化，并要求被控量随之变化。
第一章 概 述
第三节 对控制系统性能的要求
常见的评价系统优劣的性能指标是 从动态过程中定义出来的。对系统性能 的基本要求有三个方面。
一、稳定性
二、快速性 三、准确性
第三节 对控制系统性能的要求
一、稳定性
不稳定系统的动态过程 稳定性： 稳定系统的动态过程 不稳定的系统是无法正常工作的。 (a) 给定信号作用 扰动信号作用 系统受外作用力后(b) ,其动态过程的振 r(t) 荡倾向和系统恢复平衡的能力。 r(t) d(t) c(t) c(t) c(t) c(t) c(t) c(t) 如果系统受外作用力经过一段时间 1 r(t) ，其被控量达到某一稳定状态，则系统 r(t) 是稳定的。 0 d(t) t 0 0 t t 否则为不稳定的。
第二节 自动控制系统的分类
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
恒值系统： 系统的给定值为一定值，而控制任 务就是克服扰动，使被控量保持恒值。 例如：电机速度控制、恒温、恒压、 水位控制系统等。
第二节 自动控制系统的分类
随动系统：
系统给定值按照事先不知道的时 间函数变化，并要求被控量跟随给定 值变化。
给定值 被控量
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温自动控制系统 系统中增加了： 通过电机调 控制器 节阀门的开度 电机 从而调节蒸 工作原理： 汽流入，控制
水的温度 .实 加入给定信号 现没有人直接 检测实际温度 参入的自动水 产生控制信号 温控制.
第一节 自动控制与自动控制系统
要使自动控制系统满足工程实际的需 要 , 必须研究自动控制系统的结构参数与 系统性能之间的关系。 为了方便地分析系统性能，一般用 框图来表示系统的结构，如图所示:
第一章 概 述
第三节 对控制系统性能的要求
常见的评价系统优劣的性能指标是 从动态过程中定义出来的。对系统性能 的基本要求有三个方面。
一、稳定性
二、快速性 三、准确性
第三节 对控制系统性能的要求
一、稳定性
不稳定系统的动态过程 稳定性： 稳定系统的动态过程 不稳定的系统是无法正常工作的。 (a) 给定信号作用 扰动信号作用 系统受外作用力后(b) ,其动态过程的振 r(t) 荡倾向和系统恢复平衡的能力。 r(t) d(t) c(t) c(t) c(t) c(t) c(t) c(t) 如果系统受外作用力经过一段时间 1 r(t) ，其被控量达到某一稳定状态，则系统 r(t) 是稳定的。 0 d(t) t 0 0 t t 否则为不稳定的。
第二节 自动控制系统的分类
四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统
恒值系统： 系统的给定值为一定值，而控制任 务就是克服扰动，使被控量保持恒值。 例如：电机速度控制、恒温、恒压、 水位控制系统等。
第二节 自动控制系统的分类
随动系统：
系统给定值按照事先不知道的时 间函数变化，并要求被控量跟随给定 值变化。
给定值 被控量
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温自动控制系统 系统中增加了： 通过电机调 控制器 节阀门的开度 电机 从而调节蒸 工作原理： 汽流入，控制
水的温度 .实 加入给定信号 现没有人直接 检测实际温度 参入的自动水 产生控制信号 温控制.
第一节 自动控制与自动控制系统
要使自动控制系统满足工程实际的需 要 , 必须研究自动控制系统的结构参数与 系统性能之间的关系。 为了方便地分析系统性能，一般用 框图来表示系统的结构，如图所示:
精品文档-自动控制原理(李素玲)-第1章
21
(5)执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控 量发生变化。用来作为执行元件的有阀门、电动机、液压电 动机等。
(6)校正元件：也叫补偿元件，它是结构或参数便于调 整的元部件，用串联或并联(反馈)的方式连接于系统中，以 改善系统的性能。最简单的校正元件是电阻、电容组成的无 源或有源网络，复杂的则可用计算机构成数字控制器。
17
(6)反馈量：由系统输出端取出并反向送回系统输入端 的信号。反馈有主反馈和局部反馈之分。
(7)偏差量：给定量与主反馈信号之差。 (8)自动控制系统：由被控对象和控制器按一定方式连 接起来的、完成一定自动控制任务的有机整体。
18
1.2.2 自动控制系统的基本组成 自动控制系统根据被控对象和具体用途的不同，可以有
各种不同的结构形式。但是，从工作原理来看，自动控制系 统通常是由一些具有不同职能的基本元件所组成。图1-3所 示为典型的反馈控制系统的基本组成，图中各元件的职能如 下：
19 图1-3 反馈控制系统的基本组成
20
(1)给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的 系统输入量。给定元件一般为电位器。
24 图1-4 开环直流调速系统
25 图1-5 开环直流调速系统方框图
26
图1-4中开环系统的输入量是给定电压ug，输出量是转 速n。电动机励磁电压为常数，采用电枢控制方式。调整给 定电位器滑臂的位置，可得到不同的给定电压ug，放大后得 到不同的电枢电压ua，从而控制电机转速n。当负载转矩不变 时，给定电压ug与电机转速n有一一对应关系。因此，可由给 定电压直接控制电动机转速。如果出现扰动，如负载转矩增 加，电动机转速便随之降低而偏离要求值。
10
1.人工控制 如图1-1所示为人工控制水位保持恒定的供水系统。水 池中的水源源不断地经出水管道流出，以供用户使用。随着 用水量的增多，水池中的水位必然下降。这时，若要保持水 位高度不变，就得开大进水阀门，增加进水量以作补充。因 此，进水阀门的开度是根据实际水位的多少进行操作的。上 述过程由人工操作实现的正确步骤是：操作人员首先将要求 水位牢记在大脑中，然后用眼睛和测量工具测量水池的实际 水位，并将实际水位与要求水位在大脑中进行比较、计算， 从而得出误差值；再按照误差的大小和正负性质，由大脑指 挥手去调节进水阀门的开度，使实际水位尽量与要求水位相 等。
《自动控制原理》电子教案(共8章)
第一章自动控制的一般概念第一节控制理论的发展自动控制的萌芽:自动化技术学科萌芽于１８世纪,由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。
特点:简单的单一对象控制。
1. 经典控制理论分类线性控制理论，非线性控制理论,采样控制理论2.现代控制理论ﻫ3．大系统理论ﻫ４. 智能控制理论发展历程:1. 经典控制理论时期（１9４0-19６0）研究单变量的系统,如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。
⏹1９４5年美国人Bodｅ出版了《网络分析与放大器的设计》,奠定了控制理论的基础；⏹1942年哈里斯引入传递函数;⏹1９４８年伊万恩提出了根轨迹法；⏹1９４9年维纳关于经典控制的专著。
特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法,研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计,而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。
2．现代控制理论时期（20世纪５0年代末-60年代初)研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。
空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。
并推动了控制理论的发展。
⏹Kａlｍan的能控性观测性和最优滤波理论;⏹庞特里亚金的极大值原理;⏹贝尔曼的动态规划。
特点：采用状态空间法（时域法)，研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。
3．大系统控制时期（19７0ｓ-)各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂。
大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。
它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。
如:人体,我们就可以看作为一个大系统,其中有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制等等。
自动控制原理(第一章)
说 明
系统的元件 信息的流向
第7页，共24页。
例2：人如何控制设备：温箱的温度控制
被控对象：温箱； 被控量：温箱的温度；
测量元件：温度计
关键：利用温度偏差， 减小偏差。
期 温 望 度大 脑
手
调 压 器 恒 温 箱
实 际 温 度
眼 睛 温 度 计
人工控制恒温箱的功能框图
第8页，共24页。
例3：电炉的自动控制系统
示例： 直流电机调速系统
负
Ug
K
Ud M
载
第14页，共24页。
② 按干扰补偿的开环控制
第15页，共24页。
（3）复合控制
即按偏差的控制和按扰动的控制相结合的控制方式。 按可测扰动补偿的复合控制
第16页，共24页。
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统
电阻炉微型计算机温度控制系统 锅炉液位控制系统
第23页，共24页。
谢谢大家
第24页，共24页。
第17页，共24页。
1-3 自动控制系统的分类
按控制方式分： 按元件类型分： 按系统功用分： 按性能分： 按给定值类型分：
第18页，共24页。
常见的几种自动控制系统 1）线性连续控制系统
线性指满足线性叠加原理；
连续指系统的输入量和输出量都是时间连续函数； a0d dn ntc(t)a1d dn nt 1 1c(t) an1d dc t(t)anc(t) b0d dm m tr(t)b1d dm m t 1 1r(t) bm1d dtr(t)bmr(t)
u1
u2
u
第9页，共24页。
放大元件 执行机构
被控对象 测量元件
自动控制原理第一章
2003.6
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：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：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函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：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：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函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 放大环节： 由于经过计算机处理的信号通常是标准化的 弱信号，不能驱动被控对象，因此需要加以放大。放大环 节的输出必须有足够的能量，一般需要幅值的放大和功率 的放大，才能实现驱动能力。
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
自动控制原理第一章PPT课件
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16
首次冲出太阳系 （美国伽利略号木 星 探 测 器 ， 1989 年）
-
仿人机器人 （日本，2001年）
17
神舟五号载人航天成功（中国，2003年）
-
18
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
-
19
“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
（1）装置用方框表示 （2）信号用带箭头的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）
-
27
方框（块）图 中的符号
控制系统框图的基本组成单元
元部件 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 － 表示负反馈
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1-２自动控制系统基本控制方式
1. 开环控制 2. 闭环控制 3. 复合控制
近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控 制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用 取得了长足进展。
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二．自动控制理论
1．定义 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科 学. 2．分类 （1）经典控制理论：以传递函数为基础，主要研 究单输入—单输出，线性定常系统的分析和设计问题 。 （2）现代控制理论：主要研究具有高性能，高精 度的多变量多参数系统的最优控制问题。
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三、自动控制系统
1．定义： 为了实现各种复杂的控制任务，将被控对象 和控制装置按照一定的方式连接起来组成的一 个有机总体。
控制装置（控制器）：外加的设备或装置. 被控对象（process, plant, controlled system ）：设备或生产过程.
自动控制原理李素玲教材配套第一章第一节.2021完整版PPT
完整的理论体系。
经典控制理论的形成
第一章 绪论
• 20世纪40~50年代 经典控制理论 （频域法或复频域法）
核心：传递函数，稳定性、稳定裕度等 特点：图形方法，直观简便，设置参数少，
（以简单控制结构获取相对满意的性能）
• 适用范围：单输入单输出（SISO）系统 数学基础：复变函数，积分变换
SISO: Single Input and Single Output
第一章 绪论
按其发展的不同阶段，自动控制理论分为经典 控制理论和现代控制理论两大部分。
经典控制理论也就是自动控制原理，是20世纪 40年代到50年代形成的一门独立学科。早期的控制 系统较为简单，只要列出微分方程并求解之，就可 用时域法分析他们的性能。第二次世界大战前后， 由于生产和军事的需要，各国均在大力研制新型武 器，于是出现了较复杂的控制系统，这些控制系统
第一章 绪论
工程控制论是控制论中的一个重要分支， 主要研究工程领域的自动控制。
• 什么是自动控制?
就是指在没有人直接参与的情况下，利 用控制装置使整个生产过程或设备自动地 按预定规律运行，或使其某个参数按要求 变化。
自动控制技术的应用
第一章 绪论
当前，自动控制技术已在工农业生产、交 通运输、国防建设和航空航天事业等领域获 得广泛应用。
经典控制理论的形成
第一章 绪论
种图解法即有名的根轨迹法。追溯到1877 年，劳斯（E.Routh）和1895年赫尔维茨 （A.Hurwitz，瑞士数学家）分别独立地提 出了关于判断控制系统稳定性的代数判据。
这些都是经典控制理论的重要组成部分。20 世纪50年代中期，经典控制理论又添加了非 线性系统理论和离散控制理论，从而形成了