第一章自动控制原理绪论例题
1-3 图1-12(a)和(b)均为自动调压系统。设空载时， 均为自动调压系统。 和 均为自动调压系统 设空载时， 与图(b)的发电机端电压均为 图(a)与图 的发电机端电压均为 与图 的发电机端电压均为110V。试问带上 。 负载后， 与图(b)中哪个系统能保持 负载后，图(a)与图 中哪个系统能保持 与图 中哪个系统能保持110V 电压 不变?那个系统的电压会稍低于 那个系统的电压会稍低于110V?为什么 为什么? 不变 那个系统的电压会稍低于 为什么
• 对于图 中的自动调压系统，当发电机两端 对于图(b)中的自动调压系统， 中的自动调压系统 电压低于给定电压时， 电压低于给定电压时，其偏差电压直接经放大 器使发电杭的激磁电流增大， 器使发电杭的激磁电流增大，提高发电机的端 电压，即发电机G的端电压回升 的端电压回升， 电压，即发电机 的端电压回升，此时偏差电 压减小，但偏差电压始终不能为零。 压减小，但偏差电压始终不能为零。因为当偏 差电压为零时，激磁电流也为零， 差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能 工作。因此， 工作。因此，图(a)中的自动调压系统端电压 中的自动调压系统端电压 会低于110V。 会低于 。
• 数字计算机控制的机床刀具进给系统是开环 控制系统，被控对象是刀具， 控制系统，被控对象是刀具，被控量是刀具 位置，给定量是程序设定的刀具位置。 位置，给定量是程序设定的刀具位置。该系 统的工作原理是先由数字计算机将预先编好 的加工过程控制程序转换为控制X、 、 三 的加工过程控制程序转换为控制 、Y、Z三 个方向运动的电脉冲信号， 个方向运动的电脉冲信号，然后经过脉冲分 解与功率放大， 解与功率放大，将放大后的信号输入到步进 电动机， 电动机，有步电动机来控制刀具与工件的 相对运动位置，保证刀尖的运动轨迹符合工 相对运动位置， 件的轮廓形状， 件的轮廓形状，这样就可加工出所要求的零 件。
• 此时，水箱液面下降，浮子位置也相应下降， 此时，水箱液面下降，浮子位置也相应下降， 直到电位器电刷回到中点位置， 直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于 平衡状态，液面恢复给定高度。反之， 平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱 液位下降，则系统会自动增大阀门开度， 液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大 流入水量，使液位回到给定高度c。 流入水量，使液位回到给定高度 。
• 解题过程按扰动控制的开环控制系统，是利 解题过程按扰动控制的开环控制系统， 用可测量的扰动量，产生一种补偿作用， 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量的影响。显然， 减小或抵消扰动对输出量的影响。显然，这 种控制方式是直接从扰动取得信息， 种控制方式是直接从扰动取得信息，并以此 改变被控量， 改变被控量，所以它只适用于扰动是可测量 的场合， 的场合，而且一个补偿装置只能补偿一种扰 动因素，对其余扰动均不起补偿作用。 动因素，对其余扰动均不起补偿作用。 • 如图 如图1-19中按电枢电流进行控制的速度控制 中按电枢电流进行控制的速度控制 系统，当电动机的激磁电压增大时， 系统，当电动机的激磁电压增大时，电动机 的转速上升；当电动机的激磁电压减小时， 的转速上升；当电动机的激磁电压减小时， 电动机的转速下降。 电动机的转速下降。 • 这种补偿装置不能补偿由激磁电压变化引起 的转速变化。 的转速变化。
• 对于图 中的自动调压系统，当发电机两端 对于图(a)中的自动调压系统， 中的自动调压系统 电压低于给定电压时， 电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放 大使执行电机SM转动，经减速器带动电刷， 大使执行电机 转动，经减速器带动电刷， 转动 使发电机的激磁电流增大，提高电动机G的端 使发电机的激磁电流增大，提高电动机 的端 电压，从而使偏差电压减小， 电压，从而使偏差电压减小，直到偏差电压为 执行电机停止转动。因此， 零，执行电机停止转动。因此，图(a)中的自 中的自 动调压系统能保持端电压110V不变。 不变。 动调压系统能保持端电压 不变
•
被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉； 被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉； 给定量：电阻炉的温度希望值；外扰： 给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉 门开关频度变化；内扰：电源电压波动。 门开关频度变化；内扰：电源电压波动。
• 系统是复合控制系统，它的控制方式是把按 系统是复合控制系统， 偏差控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。 偏差控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。 • 采用温度负反馈，由温度控制器对热水温度 采用温度负反馈， 进行自动控制。若热水温度过高， 进行自动控制。若热水温度过高，控制器使 阀门关小，蒸汽量减小， 阀门关小，蒸汽量减小，热水温度回到给定 冷水流量是主要扰动量， 值。冷水流量是主要扰动量，用流量计测量 扰动信号，将其送到控制器输入端， 扰动信号，将其送到控制器输入端，进行扰 动顺馈补偿。当冷水流量减少时， 动顺馈补偿。当冷水流量减少时，补偿量减 通过温度控制器使阀门关小， 小，通过温度控制器使阀门关小，蒸汽量减 以保持热水温度恒定。 少，以保持热水温度恒定。 • 系统的被控对象是热交换器，被控量是热水 系统的被控对象是热交换器， 温度。控制装置是温度控制器。 温度。控制装置是温度控制器。
• 1-9 图1-22为数字计算机控制的机床刀具 为数字计算机控制的机床刀具 进给系统。 进给系统。要求将工件的加工过程编制成 程序与先存入数字计算机，加工时， 程序与先存入数字计算机，加工时，步进 电动机按照计算机给出的信息动作， 电动机按照计算机给出的信息动作，完成 加工任务。试说明该系统的工作原理。 加工任务。试说明该系统的工作原理。
•
画出图示电加热系统的结构图， 画出图示电加热系统的结构图，并说明 结构特点及受控对象，被控量、给定量、 结构特点及受控对象，被控量、给定量、 内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。 内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。
自耦变压器 ～220V
加热器
•
结构图：结构特点为开环， 结构图：结构特点为开环，它不具备抗 干扰能力。 干扰能力。
• 解题过程电炉使用电阻丝加热的，并要求保 解题过程电炉使用电阻丝加热的， 持炉温稳定。 持炉温稳定。图中采用热电偶来测量炉温并将 其转换为电压信号， 其转换为电压信号，将此电压信号反馈到输入 端与给定电压比较， 端与给定电压比较，测量得到的电压信号与给 定电压信号反极性连接，实现负反馈。 定电压信号反极性连接，实现负反馈。二者的 差值称为偏差电压， 差值称为偏差电压，它经电压放大和功率放大 后驱动直流电动机。 后驱动直流电动机。电动机经减速器带动调压 变压器的可动触头，改变电阻丝的供电电压， 变压器的可动触头，改变电阻丝的供电电压， 从而调节炉温。 从而调节炉温。
1-5 图1-15是电炉控制系统原理示意图。试分析系统保 是电炉控制系统原理示意图。 是电炉控制系统原理示意图 持电路温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、 持电路温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、 被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。 被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。
• 解题过程带上负载以后，(a)(b)两个系统 解题过程带上负载以后， 两个系统 的端电压均会下降。但是图(a)中的系统 的端电压均会下降。但是图 中的系统 由于自身调压作用能够恢复到110V，而 由于自身调压作用能够恢复到 ， 中的系统不能够恢复到110V，其端 图(b)中的系统不能够恢复到 中的系统不能够恢复到 ， 电压将会稍低于110V。 电压将会稍低于 。
• 当炉温偏低时，测量电压u小与给定电压 ， 当炉温偏低时，测量电压 小与给定电压 小与给定电压u0， 二者比较得偏差电压△u=u0- u ，△ u 为正时， 二者比较得偏差电压△ 为正时， 电动机“ 使调节器的可动触头上移， 电动机“正”转，使调节器的可动触头上移， 电阻丝的供电电压增加，电流加大，炉温上升， 电阻丝的供电电压增加，电流加大，炉温上升， 直至炉温升至给定值为止。 直至炉温升至给定值为止。 u =u0，△u =0， ， ， 电动机停止转动，炉温保持恒定。 电动机停止转动，炉温保持恒定。 • 当炉温偏高时，△u为负，经放大后使电动机 当炉温偏高时， 为负， 为负 调节器的可动触头下移， “反”转，调节器的可动触头下移，使供电电 压减小，直至炉温等于给定值为止。 压减小，直至炉温等于给定值为止。
• 系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温； 系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温； 电动机、减速器、调压器是执行机构， 电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶 是检测元件。 是检测元件。 • 电炉温度控制系统的方块图如图 电炉温度控制系统的方块图如图1-16所示。 所示。 所示
1-7 在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一 在按扰动控制的开环控制系统中， 种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素? 种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素 对于图1-19中的按扰动控制的速度控制系统，当 中的按扰动控制的速度控制系统， 对于图 中的按扰动控制的速度控制系统 电动机的激磁电压变化时，转速如何变化?该补 电动机的激磁电压变化时，转速如何变化 该补 偿装置能否补偿这个转速的变化? 偿装置能否补偿这个转速的变化
• 当电位器电刷位于中点位置时，电动机保持不 当电位器电刷位于中点位置时， 控制阀门有一定的开度， 动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水 量与流出水量相等， 量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度 c上。 上 • 一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱的液 一旦流入水量或流出水量发生变化， 面高度便相应发生变化。例如，当液面升高时， 面高度便相应发生变化。例如，当液面升高时， 浮子位置就相应升高， 浮子位置就相应升高，通过杠杆作用使电位器 电刷从中点位置下移， 电刷从中点位置下移，从而给发电机提供一定 的控制电压， 的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门 开度，使进入水箱的流量减少。 开度，使进入水箱的流量减少。
1-4 图1-13为水温控制系统示意图。冷水在热交换器 为水温控制系统示意图。 为水温控制系统示意图 中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。 中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。 冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图， 冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图， 并说明为了保持热水温度期望值， 并说明为了保持热水温度期望值，系统是如何工作 系统的被控对象和控制装置各是什么? 的?系统的被控对象和控制装置各是什么 系统的被控对象和控制装置各是什么
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中职教育-《自动控制原理》课件：第1章 绪论(5)电子工业出版社.ppt
4
1-5 自动控制系统的基本要求
尽管自动控制系统有不同的类型，对每个 系统也都有不同的特殊要求，但对于各类系统 来说，在已知系统的结构和参数时，对该系统 在某种典型输入信号作用下，其被控变量变化 全过程的基本要求都是一样的，可以归结为稳 定性、准确性和快速性，即稳、准、快的要求。
1
1．稳定性 对于一个自动控制系统，最基本要求为系统是
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自动控制理论研究的主要内容是阐述对自 动控制系统进行分析和设计的基本理论。在对 实际控制系统进行分析和设计时，首先要建立 研究问题的数学模型，进而利用所建立的数学 模型来讨论对自动控制系统进行分析和设计的 基本理论和方法。在已知系统数学模型下，计 算和研究自动控制系统的性能并寻找系统性能 与系统结构、参数之间的关系，称为系统的分 析。如果已知对工程系统性能指标的要求，寻 找合理的控制方案，这类问题称为系统的设计 或校正。
绝对稳定的。否则系统无法正常工作，也无法完成 控制任务，甚至会毁坏设备，造成重大损失。考虑 到实际系统工作环境或参数的变动，可能导致系统 不稳定，因此，我们除要求系统稳定外，还要求其 具有一定的稳定裕量。
2．准确性 系统的准确性是用稳态误差来衡量的，稳态误差
是指系统过渡到新的平衡工作状态以后，或系统对 抗干扰重新恢复平衡后最终保持的精度。稳态误差 与控制系统的结构及参数，输入信号形式有关。
2
3．快速性 动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作
用下随时间变化的全过程，衡量系统快速性的品质 好坏常采用单位阶跃信号作用下动态过程中的超调 量，过渡过程时间等性能指标。
对不同的被控对象，系统对稳、准、快的要求 有所侧重。例如，随动系统对快要求较高。同一系 统稳、准、快是相互制约的。过分提高响应动作的 快速性，可能会导致系统的强烈振荡；而过分追求 系统的平稳性，又可能使系统反映迟钝，控制过程 拖长，最终导致控制精度也变差。如何分析与解决 这些矛盾，是自动控制理论研究的重要内容。
1-5 自动控制系统的基本要求
尽管自动控制系统有不同的类型，对每个 系统也都有不同的特殊要求，但对于各类系统 来说，在已知系统的结构和参数时，对该系统 在某种典型输入信号作用下，其被控变量变化 全过程的基本要求都是一样的，可以归结为稳 定性、准确性和快速性，即稳、准、快的要求。
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1．稳定性 对于一个自动控制系统，最基本要求为系统是
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自动控制理论研究的主要内容是阐述对自 动控制系统进行分析和设计的基本理论。在对 实际控制系统进行分析和设计时，首先要建立 研究问题的数学模型，进而利用所建立的数学 模型来讨论对自动控制系统进行分析和设计的 基本理论和方法。在已知系统数学模型下，计 算和研究自动控制系统的性能并寻找系统性能 与系统结构、参数之间的关系，称为系统的分 析。如果已知对工程系统性能指标的要求，寻 找合理的控制方案，这类问题称为系统的设计 或校正。
绝对稳定的。否则系统无法正常工作，也无法完成 控制任务，甚至会毁坏设备，造成重大损失。考虑 到实际系统工作环境或参数的变动，可能导致系统 不稳定，因此，我们除要求系统稳定外，还要求其 具有一定的稳定裕量。
2．准确性 系统的准确性是用稳态误差来衡量的，稳态误差
是指系统过渡到新的平衡工作状态以后，或系统对 抗干扰重新恢复平衡后最终保持的精度。稳态误差 与控制系统的结构及参数，输入信号形式有关。
2
3．快速性 动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作
用下随时间变化的全过程，衡量系统快速性的品质 好坏常采用单位阶跃信号作用下动态过程中的超调 量，过渡过程时间等性能指标。
对不同的被控对象，系统对稳、准、快的要求 有所侧重。例如，随动系统对快要求较高。同一系 统稳、准、快是相互制约的。过分提高响应动作的 快速性，可能会导致系统的强烈振荡；而过分追求 系统的平稳性，又可能使系统反映迟钝，控制过程 拖长，最终导致控制精度也变差。如何分析与解决 这些矛盾，是自动控制理论研究的重要内容。
机械控制工程基础 自动控制原理第一章 绪论
同作用于系统的过程。
负（正）反馈：如果反馈回去的信号与系统的输入信号方向相反，称之
为负反馈；如果方向相同，则称之为正反馈。
内（外）反馈： 反馈控制：利用反馈信号对系统进行控制。
21
? 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
蒸汽机离心调速器调速系统 结构示意图
22
? 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
动态关系：系统在外界条件作用（输入或激励、包括控制与外界干扰）
下，从一定初始状态出发，所经历由内部的固有特性 （由系 统结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）
12
第一章 绪论
自动控制原理
汽车自动焊装生产线
第一章 绪论
自动控制原理
汽车风挡玻璃涂胶机器人
第一章 绪论
自动控制原理
人造卫星
第一章 绪论
给定n0 比较 机构
-
转换 机构
阀 门
蒸汽 q 系统
T 蒸汽机
实际n
离心机构
蒸汽机离心调速器调速系统 原理方框图
23
第四节 本课程的特点及学习方法
课程特点： 内容抽象、概括性强、涉及知识范围广。
学习方法： 1、准确使用数学结论，不必过分追求数学论证 2、对物理概念要明确掌握 3、做好笔记、作业、实验，有利于概念的理解
1、能满足自动化技术高度发展的需要
2、与信息科学和系统科学紧密相关
3、提供了辩证的系统分析方法
不但从局部，而且从整体认识和分析机械系统，改进 和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。
课程的体系结构
1
一般 概念
2
系统 模型
时域法 3
负（正）反馈：如果反馈回去的信号与系统的输入信号方向相反，称之
为负反馈；如果方向相同，则称之为正反馈。
内（外）反馈： 反馈控制：利用反馈信号对系统进行控制。
21
? 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
蒸汽机离心调速器调速系统 结构示意图
22
? 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
动态关系：系统在外界条件作用（输入或激励、包括控制与外界干扰）
下，从一定初始状态出发，所经历由内部的固有特性 （由系 统结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）
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第一章 绪论
自动控制原理
汽车自动焊装生产线
第一章 绪论
自动控制原理
汽车风挡玻璃涂胶机器人
第一章 绪论
自动控制原理
人造卫星
第一章 绪论
给定n0 比较 机构
-
转换 机构
阀 门
蒸汽 q 系统
T 蒸汽机
实际n
离心机构
蒸汽机离心调速器调速系统 原理方框图
23
第四节 本课程的特点及学习方法
课程特点： 内容抽象、概括性强、涉及知识范围广。
学习方法： 1、准确使用数学结论，不必过分追求数学论证 2、对物理概念要明确掌握 3、做好笔记、作业、实验，有利于概念的理解
1、能满足自动化技术高度发展的需要
2、与信息科学和系统科学紧密相关
3、提供了辩证的系统分析方法
不但从局部，而且从整体认识和分析机械系统，改进 和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。
课程的体系结构
1
一般 概念
2
系统 模型
时域法 3
《自动控制原理》课后习题章节测试满分答案
绪论单元测试1【判断题】(100 分)自动控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论和近代控制理论三个发展阶段。
A.错B.对第一章测试1【单选题】(10 分)下列系统中属于开环控制的为（）。
A.家用空调器B.普通车床C.无人驾驶车D.自动跟踪雷达2【单选题】(10 分)下列系统属于闭环控制系统的为（）。
A.家用电冰箱B.传统交通红绿灯控制C.自动流水线D.普通车床3【单选题】(10 分)下列系统属于定值控制系统的为（）。
A.自动跟踪雷达B.自动化流水线C.家用空调D.家用微波炉4【单选题】(10 分)下列系统属于随动控制系统的为（）。
A.火炮自动跟踪系统B.家用空调器C.自动化流水线D.家用电冰箱5【单选题】(10 分)下列系统属于程序控制系统的为（）。
A.传统交通红绿灯控制B.火炮自动跟踪系统C.家用空调器D.普通车床6【单选题】(10 分)（）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。
A.连续控制系统B.离散控制系统C.线性控制系统D.随动控制系统7【单选题】(10 分)下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（）。
A.准确性B.快速性C.稳定性D.复现性8【单选题】(10 分)下列不是自动控制系统基本方式的是（）。
A.开环控制B.复合控制C.闭环控制D.前馈控制9【单选题】(10 分)下列不是自动控制系统的基本组成环节的是（）。
A.测量变送器B.控制器C.被控变量D.被控对象10【单选题】(10 分)自动控制系统不稳定的过度过程是（）。
A.发散振荡过程B.其余选择都不是C.单调过程D.衰减振荡过程第二章测试1【单选题】(10 分)自动控制系统的数学模型为（）。
A.热学方程B.梅森公式C.微分方程、传递函数、动态结构框图、信号流图D.状态方程、差分方程2【单选题】(10 分)以下关于传递函数的描述，的是（）。
A.传递函数取决于系统和元件的结构和参数，并与外作用及初始条件有关B.传递函数是一种动态数学模型C.传递函数是复变量的有理真分式函数D.一定的传递函数有一定的零极点分布图与之相对应3【单选题】(10 分)系统的传递函数是由系统的（）决定的。
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10
3．自动控制理论的发展经历和研究内容
自动控制理论学科的发展经历了以 下三个时期。
经典控制理论时期 现代控制理论时期 智能控制理论时期
11
(1) “经典控制理论”时期 经典控制理论形成于20世纪20～50年代，
它以拉氏变换或z变换为数学工具，以传递函 数或z传递函数为基础，主要研究单输入、单 输出自动控制系统的分析与设计问题。基本内 容包括时域分析法、根轨迹法、频率特性法、 相平面分析和描述函数法等。经典控制理论虽 然能够较好地解决单输入单输出反馈控制系统 的问题，但它具有明显的局限性，突出的是难 以有效地应用于时变系统和多变量系统，也难 以揭示系统更为深刻的特性。
自动控制理论由经典控制理论、现代控制理论和 智能控制理论组成。其中经典控制理论以传递函数 为基础，主要研究单输入、单输出自动控制系统的 分析与设计问题。
17
5
1876年在法国科学院院报上，俄国机械学家H.A. 维什涅格拉茨基发表了题为《论调节器的一般理论》 的文章，进一步总结了调节器的理论。
1875年英国数学家劳斯（E．J．Routh）提出了 著名的劳斯稳定判据。
1895年德国数学家赫尔维茨（A．Hurwitz）提出 著名的赫尔维茨稳定判据。
1892年俄国数学家李雅普诺夫（A.M.Lyapunov） 发表了《论运动稳定性的一般问题》的专著，以数学 语言形式给运动稳定性的概念下了严格的定义，给出 了判别系统稳定的两种方法。
16
本章小结
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用 控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准 确地按照预定的要求规律变化。
自动控制系统的基本要求是在系统稳定的前提下， 稳态精度要高，动态响应要快，这些要求可以归结 为稳、准、快三个字。
3．自动控制理论的发展经历和研究内容
自动控制理论学科的发展经历了以 下三个时期。
经典控制理论时期 现代控制理论时期 智能控制理论时期
11
(1) “经典控制理论”时期 经典控制理论形成于20世纪20～50年代，
它以拉氏变换或z变换为数学工具，以传递函 数或z传递函数为基础，主要研究单输入、单 输出自动控制系统的分析与设计问题。基本内 容包括时域分析法、根轨迹法、频率特性法、 相平面分析和描述函数法等。经典控制理论虽 然能够较好地解决单输入单输出反馈控制系统 的问题，但它具有明显的局限性，突出的是难 以有效地应用于时变系统和多变量系统，也难 以揭示系统更为深刻的特性。
自动控制理论由经典控制理论、现代控制理论和 智能控制理论组成。其中经典控制理论以传递函数 为基础，主要研究单输入、单输出自动控制系统的 分析与设计问题。
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5
1876年在法国科学院院报上，俄国机械学家H.A. 维什涅格拉茨基发表了题为《论调节器的一般理论》 的文章，进一步总结了调节器的理论。
1875年英国数学家劳斯（E．J．Routh）提出了 著名的劳斯稳定判据。
1895年德国数学家赫尔维茨（A．Hurwitz）提出 著名的赫尔维茨稳定判据。
1892年俄国数学家李雅普诺夫（A.M.Lyapunov） 发表了《论运动稳定性的一般问题》的专著，以数学 语言形式给运动稳定性的概念下了严格的定义，给出 了判别系统稳定的两种方法。
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本章小结
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用 控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准 确地按照预定的要求规律变化。
自动控制系统的基本要求是在系统稳定的前提下， 稳态精度要高，动态响应要快，这些要求可以归结 为稳、准、快三个字。
自动控制原理例题与习题
leading cadres ' aware nes s of right in place, study the party Constituti on a nd party rules, series of spee che s ca n make proper effect. Party ca dres to "tw o" lead by example , to lead by example we must change our mind, recogni zing that "two" is im portant. First, learn t he Communist Party Constitution Party rul es, lear ning lear ning series important s pee ch by General Secretary ca n e nha nce t heor y. With t he "third revol ution" the rise of rapid cha nges in our life are feeli ng, the Communists s hould a dher e to the t heory of confi dence will continue to lear n from t he voi ces of the times, the times , in turn, will have new re quireme nts for leadi ng party ca dres. "Two" is t he most basi c meaning of members all masteri ng the core the ory and the m ost adva nce d weapons the ory, compl ement the spirit of calci um. Secondly, t he C ommunist Party Constituti on Party rules, le arning l earni ng series im portant s pee ch by General Secretary be able t o firmly bui l d the i deol ogical foundation. Under the impact of multiple values, the "two" is to hel p cultivate indepe ndent judgment i n numer ou s miscell ane ous m ultiple conce pts, s o that the majority consensus of party members ,
王划一自动控制原理1-1绪论-文档资料
生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现
了。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例
中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面
高度h）维持在某种特定的标准上。
这人种工人控为制的例流入子。
地强制性地改
变进水量，而 使液面高度维
水箱
持恒定的过程，
h
即是人工控制
流出
过程。 8
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件
般用r(t)和c(t)表示。
c(t)
r(t)
0
t
0
t
29
2.离散系统
控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码 时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一 般用差分方程来描述。实际物理系统中，信息的表现 形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要， 人为地将连续信号离散化，我们称其为采样。
c(t)
人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系 统。比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现 了闭环控制的原理。
直流电动机转速闭环控制的例子。 19
电动机
负载
电 位 器
功率 放大器
M
给定 位置
F 测速发动机
负载 扰动
电位器 ur +- e
uf
功率 ua 放大器
转速 电动机
测速发动机 20
闭环控制的特点： ① 控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏 差信号，由偏差产生对系统被控量的控制； ② 系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差 信号，即影响控制作用的大小。这种自成循环的控制作用， 使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环。 ③ 提高了控制精度。 闭环控制系统的典型方框图如图所示。
自动控制原理典型例题1
⑥
C
⑤
H1
1、求C(s)/R(s)：
G4 R
①
1
E
②
G1
③
G2
1
④
G3
C
⑤
H1
H 2
H2
该系统有两条前向通道，三个独立回路。
P 1 G 1G2G3 , P 2 G4G3 ;
⑥
其中 L1和 L2不接触。
L1 G3 H 2 , L2 G1H1 , L3 G1G2G3 H1 H 2
[解]考虑SISO系统的传递函数， F ( s) 所以输入为X(s)时，令F(s)=0； X ( s ) E ( s) Y ( s) G ( s ) 输入为F(s)时，令X(s)=0。经过 适当的变换后，可画出如下等 Z ( s) H (s) 效结构图：
⑥
要仔细找出每一个前向通路，并判断独立回路之间， 独立回路与前向通路之间是否接触。
[例2-3]试求如下图所示结构图的传递函数：
Y ( s) Y ( s) Z ( s) Z ( s) E ( s) E ( s) Z ( s) E ( s) , , , , , , , X ( s) F ( s) X ( s) F ( s) X ( s) F ( s) E ( s) Z ( s)
2、求
E s 。该系统该有两条前向通路，三个独立回路。 R s
G4
R
①
1
E
②
G1
③
G2 1
④
G3 H 2
C
⑤
H1
H2
⑥
P 2 G4G3 H 2 H1 , 同上, 1 1 G3 H 2 , 2 1 1 1, P
E s 1 G3 H 2 G4 G3 H 1 H 2 Rs
C
⑤
H1
1、求C(s)/R(s)：
G4 R
①
1
E
②
G1
③
G2
1
④
G3
C
⑤
H1
H 2
H2
该系统有两条前向通道，三个独立回路。
P 1 G 1G2G3 , P 2 G4G3 ;
⑥
其中 L1和 L2不接触。
L1 G3 H 2 , L2 G1H1 , L3 G1G2G3 H1 H 2
[解]考虑SISO系统的传递函数， F ( s) 所以输入为X(s)时，令F(s)=0； X ( s ) E ( s) Y ( s) G ( s ) 输入为F(s)时，令X(s)=0。经过 适当的变换后，可画出如下等 Z ( s) H (s) 效结构图：
⑥
要仔细找出每一个前向通路，并判断独立回路之间， 独立回路与前向通路之间是否接触。
[例2-3]试求如下图所示结构图的传递函数：
Y ( s) Y ( s) Z ( s) Z ( s) E ( s) E ( s) Z ( s) E ( s) , , , , , , , X ( s) F ( s) X ( s) F ( s) X ( s) F ( s) E ( s) Z ( s)
2、求
E s 。该系统该有两条前向通路，三个独立回路。 R s
G4
R
①
1
E
②
G1
③
G2 1
④
G3 H 2
C
⑤
H1
H2
⑥
P 2 G4G3 H 2 H1 , 同上, 1 1 G3 H 2 , 2 1 1 1, P
E s 1 G3 H 2 G4 G3 H 1 H 2 Rs
自动控制原理习题及解答
dt 2
dt
（2-1)
此方程为二阶非线性齐次方程。
（5）线性化
由前可知，在θ ＝0 的附近，非线性函数 sinθ ≈θ ，故代入式（2-1）可得线
性化方程为
ml d 2θ + al dθ + mgθ = 0
dt 2
dt
例 2-3 已知机械旋转系统如图 2-3 所示，试列出系统运动方程。
图 2-3 机械旋转系统
U (s) = Z(s) I (s)
如果二端元件是电阻 R、电容 C 或电感 L，则复阻抗 Z(s)分别是 R、1/C s 或 L s。
(2) 用复阻抗写电路方程式：
I1
(S)
=
[U
r
(S
)
−
U
C1
(S )]
⋅
1 R1
U
c1
(S)
=
[I1(S
)
−
I
2
(S )]
⋅
1 C1s
I
2
(S
)
=
[U
c1
(S)
=1−
(L1
+
L2
+
L3 )
−
L1 L2
=1+
1 R1C1S
+
1 R2C2 S
+
1 R2 C1 S
（2－2）
式中，J 为摆杆围绕重心 A 的转动惯量。
摆杆重心 A 沿 X 轴方向运动方程为：
m d 2xA = H dt 2
即
m d 2 (x + l sinθ ) = H
（2
dt 2
－3）
摆杆重心 A 沿 y 轴方向运动方程为：
自动控制原理(第2版)第1章绪论_简明教程PPT课件
（ 3 ）反馈信号 : 将系统 ( 或环节 ) 的输出信号经变换、处 理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。若 此信号是从系统输出端取出送入系统输入端 ,这种反馈信 号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。
（4）偏差信号:控制输入信号与主反馈信号之差。
第1章 绪论
（5）误差信号:它指系统输出量的实际值与希望值 之差。系统希望值是理想化系统的输出，实际上 并不存在,它只能用与控制输入信号具有一定比例 关系的信号来表示。在单位反馈情况下,希望值就 是系统的输入信号,误差信号等于偏差信号。 （6）扰动信号：除控制信号以外,对系统的输出有 影响的信号。 (7)被控对象:它是控制系统所控制和操纵的对象,它 接受控制量并输出被控制量。 (8)控制器:接收变换和放大后的偏差信号,转换为对 被控对象进行操作的控制信号。
第1章 绪论
元件的作用
将给定量与测 量值进行运算 得到偏差量
输入值
在系统中添加的 用以改善系统的 控制性能的装置
串联校正 装置 比较、放大 装置 局部反馈 反馈校正 装置
直接对被控对 象作用，以改 变被控量的值
干扰 被控量统主反馈
执行 装置
设定与被控 量相对应的 给定量
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
自动控制系统组成
自动控制系统的分类 自动控制理论的发展历史 自动控制系统的性能要求
第1章 绪论
1.1 自动控制系统的一般概念
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，使机器、设备或生产过程的
某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行 被控量 控制装置 被控对象 或控制器 给定量
线性系统的校正方法
线性离散系统的分析与校正
《自动控制原理》程鹏第一章
自动控制原理
第一章 控制系统的一般概念 §1 绪论
一.控制系统的发展史 自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。
• 开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、 粘度自动控制
• 后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、 导弹、卫星、宇宙飞船自动控制
• 目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管 理等
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
适用场合：系统元件参数变化和扰动无法预计的场合。
§3 控制系统的组成
介绍由原理图画方块图的步骤：（以角度随动系统为例）
1、看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。 2、从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。 3、依原理图补上中间部分。
一.组成与术语 组成: 1.测量元件：测量被控量 2.比较元件：产生偏差信号 3.放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大 4.执行元件：对被控对象施加作用 5.校正元件：改善系统性能 6.给定元件：给出输入信号
自动控制: 在无人直接参与的情况下，利用控制装置使设备、 生产过程（被控对象）的一个物理量（被控量）按 预定规律（给定量）运行。
自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
三.自动控制技术的作用
1. 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化， 极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强 度。
一般的形式
输入信号 比较
放大
执行
被控对象
输出信号
测量
输入信号——系统控制目标的反映 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出
控制量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行 状况。
• 反馈(feedback)：将输出量通过一定的方式送回到输入端， 并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈
第一章 控制系统的一般概念 §1 绪论
一.控制系统的发展史 自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。
• 开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、 粘度自动控制
• 后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、 导弹、卫星、宇宙飞船自动控制
• 目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管 理等
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
适用场合：系统元件参数变化和扰动无法预计的场合。
§3 控制系统的组成
介绍由原理图画方块图的步骤：（以角度随动系统为例）
1、看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。 2、从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。 3、依原理图补上中间部分。
一.组成与术语 组成: 1.测量元件：测量被控量 2.比较元件：产生偏差信号 3.放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大 4.执行元件：对被控对象施加作用 5.校正元件：改善系统性能 6.给定元件：给出输入信号
自动控制: 在无人直接参与的情况下，利用控制装置使设备、 生产过程（被控对象）的一个物理量（被控量）按 预定规律（给定量）运行。
自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
三.自动控制技术的作用
1. 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化， 极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强 度。
一般的形式
输入信号 比较
放大
执行
被控对象
输出信号
测量
输入信号——系统控制目标的反映 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出
控制量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行 状况。
• 反馈(feedback)：将输出量通过一定的方式送回到输入端， 并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈