自动控制理论 翁思义 第一章 概论概要

第一章 概论

自动控制和自动控制系统的基本概念 常规控制器的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的性能要求
第一节 自动控制和自动控制系统的基本概念
自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用 外加的设备或装置(控制装置或控制器），使工作 机械、设备或生产过程（被控对象）的某一个物理 量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。
四、简答题
31.开环控制系统的优缺点是什么?
2004年10月高等教育自学考试 二、填空题
24．线性控制系统是指其动态过程可以用___________方程描述的控制系统。
三、名词解释
26．自动控制系统
2005年1月高等教育自学考试
16. 根据系统给定值信号的特点，控制系统可分为__________控制系统、 __________ 控制系统和程序控制系统。 17. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面： 稳定性、__________和准确性。
2002年10月高等教育自学考试
16．常规控制器中定值元件的作用是产生 来的信号一致。 17． 、 信号，其类型应与
和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。
三、名词解释
26．自动控制
四、简答题
34．简要说明发电机闭环励磁控制系统工作原理。
2003年10月高等教育自学考试 二、填空题
16.线性控制系统的特点是可以使用__________原理。
• 测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个 物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。常用的测量元部件有 测速发电机、热电偶、各种传感器等； • 放大元件： 将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去 控制被控对象。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、 晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。
人工控制直流电动机转速示意图如下所示:
人所起的三个作用: (1) 通过转速表观察电机的转速; (2) 将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较; (3) 根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.
直流电动机自动控制系统：
第二节 自动控制系统和常规控制器的组成
一、自动控制系统组成及方框图：
控制系统的动态过程

n
n n
0
n
n1 0 n n1 0
(a)
t
0
n
(b)
t
n1 0 n n1 0
(c)
t
n0
(d) t 0 (e)
t
(f)
t
控制系统的性能要求
• （1）稳定性：对恒值系统而言，要求当系统受到扰动后，经过一定 时间的调整能够回到原来的期望值。而对随动系统而言，被控制量始 终跟踪参考量的变化。稳定性通常由系统的结构决定的，与外界因素 无关，系统的稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预 定任务。 • （2）准确性：控制系统的准确性一般用稳态误差来表示。即系统在 参考输入信号作用下，系统的输出达到稳态后的输出与参考输入所要 求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系 统的输出跟随参考输入的精度越高。 • （3）快速性：对过渡过程的形式和快慢的要求，一般称为控制系统 的动态性能。系统的快速性主要反映系统对输入信号的变化而作出相 应的快慢程度，如稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目 标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。
自动控制理论常用术语
被控对象 输入信号 眼睛
（书位置）
被控量 输出量
（手位置）
大脑
手臂、手 测量元件 眼睛
• • • •
• •
自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成； 受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程 扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统 内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值，又称参考输入或 给定值。 反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。 偏差信号：输入信号与反馈信号的差值。
2.前馈控制系统。
3.前馈—反馈复合控制系统。
三、按给定值信号的特点分类：
1.恒值控制系统：若自动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。
2.随动控制系统：它又称随动系统，它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。
比较元件、控制器、受控对象、测量、变送元件
二、常规控制器的组成
一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：
• 给定元件： 给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统 输入量（即参考量）；
• 比较元件： 把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的 参考值进行比较，求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大 器、机械差动装置和电桥等。
2006年10月高等教育自学考试
16．常规控制器中放大元件的作用是把_________放大，并为反馈信号提供信号源。
26．非线性控制系统
描述。非线性系统还可分为非线性时变系统与非线性定常系统。 严格地说，实际上不存在理想的线性系统。
四、按控制系统信号的形式分类：
1.连续时间系统：当控制系统的传递信号都是时间的连续函 数，这种系统称之为连续（时间）控制系统。连续控制系 统又常称作为模拟量控制系统。 2.离散（时间）控制系统：控制系统在某处或几处传递的信 号是脉冲系列或数字形式的在时间上是离散的系统，称为 离散控制系统或离散时间控制系统。
第三节 自动控制系统的分类
一、按自动控制系统是否形成闭合回路分类：
1.开环控制系统：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中不包 含受控对象输出端的被控量的反馈信号，则称为开环控制系统。
2.闭环控制系统：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中包含
来自受控对象输出端的被控量的反馈信号，则称为闭环控制系，
3.程序控制系统：在这类系统中，被控量的给定值是一个已知的时间
函数，控制的目的是要求被控量按确 定的给定值时间函数来改变。
四、按控制系统元件的特性分类： 1.线性系统是指组成系统的元器件的静态特性为直线，能用线性常
微分方程描述其输出与输入关系的系统。线性系统的主要特点是 具有叠加性和齐次性。
2.非线性系统是指组成系统的元器件中有一个以上不能用线性方程
第四节 对自动控制系统的性能要求
1.系统的动态过程
定义：通常将系统受到给定值或干扰信号作用后，被控量变化的全过程称为 系统的动态过程。 控制系统的动态过程有哪几种？ 答：⑴单调过程。⑵衰减振荡过程。⑶等幅 振荡过程。⑷渐扩震荡过程。
2. 工程上评价控制系统的性能要求
稳： 快： 准： 指动态过程的稳定性。 指动态过程的快速性。 指动态过程的最终精度。
或称为反馈控制系统。
1.开环控制系统：
+
u0 +
功率 放大

+
ua
+
n
SM 负载
开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；
2.闭环控制系统：
闭环控制系统优点：控制精度高， 缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。
二、按信号的结构特点分类：
1.反馈控制系统：是根据被控量和给定值的偏差进行调节的， 最后使系统消除偏差，达到被控量等于给定值的目的。
26. 非线性控制系统
2005年10月高等教育自学考试
16．在发电机开环励磁控制系统的基础上，增加______和反馈元件就构成了闭环励磁控制系统。
28．恒值控制系统
2006年1月高等教育自学考试
16．反馈控制系统是根据给定值和__________的偏差进行调节的控制系统。
26．稳定性 27．随动控制系统