1、第第1 1章章 控制系統的基本概念控制系統的基本概念 目目 錄錄 1.1 1.1 控制系統的工作原理及其組成控制系統的工作原理及其組成 1.1.1 1.1.1 工作原理工作原理 1.1.2 1.1.2 開環控制和閉環控制開環控制和閉環控制 1.1.3 1.1.3 閉環控制系統的組成閉環控制系統的組成 1.2 1.2 控制系統的基本類型控制系統的基本類型 1.2.1 1.2.1 按輸入量的特征分類按輸入量的特征分類 1.2.2 1.2.2 按系統中傳遞信號的性質分類按系統中傳遞信號的性質分類 1.3 1.3 對控制系統的基本要求對控制系統的基本要求 1.4 1.4 控制工程發展概況控制工程發展概

2、況 返回總目錄 1.1 1.1 控制系統的工作原理及其組成控制系統的工作原理及其組成1.1.1 1.1.1 工作原理工作原理 實現恒溫控制有人工控制和自動控制兩種辦法。圖實現恒溫控制有人工控制和自動控制兩種辦法。圖1.1為人為人工控制的恒溫箱簡圖。人工控制的任務是克服外界干擾（如電源工控制的恒溫箱簡圖。人工控制的任務是克服外界干擾（如電源學習目的學習目的1.掌握控制系統的工作原理、組成及其分類掌握控制系統的工作原理、組成及其分類2.理解對控制系統的基本要求理解對控制系統的基本要求3.了解控制工程的發展概況了解控制工程的發展概況 內容提要內容提要本章主要闡述控制系統的工作原理、組成及本章主要闡述

3、控制系統的工作原理、組成及其分類和對控制系統的基本要求其分類和對控制系統的基本要求 重重 點點控制系統的工作原理控制系統的工作原理 難難 點點確定系統的輸入量和輸出量；尋找反饋通道確定系統的輸入量和輸出量；尋找反饋通道 電壓波動、環境溫度變化，等等），保持箱內溫度恒定，以滿足電壓波動、環境溫度變化，等等），保持箱內溫度恒定，以滿足 物體對溫度的要求。操作者可以通過調壓器改變通過加熱電阻絲物體對溫度的要求。操作者可以通過調壓器改變通過加熱電阻絲的電流，以達到控制溫度的目的。箱內溫度是由溫度計測量的。的電流，以達到控制溫度的目的。箱內溫度是由溫度計測量的。人工調節過程可歸結如下：人工調節過程可歸結

4、如下： (1) 觀測由測量元件（溫度觀測由測量元件（溫度計）測出的恒溫箱內的溫度計）測出的恒溫箱內的溫度（被控制量）。（被控制量）。 (2) 與要求的溫度值（給定與要求的溫度值（給定值）進行比較，得出偏差的大值）進行比較，得出偏差的大小和方向。小和方向。 (3) 根據偏差的大小和方向根據偏差的大小和方向再進行控制。當恒溫箱內溫度高再進行控制。當恒溫箱內溫度高于所要求的給定溫度值時，就移于所要求的給定溫度值時，就移動調壓器使電流減小，溫度降低。若溫度低于給定的值，則移動動調壓器使電流減小，溫度降低。若溫度低于給定的值，則移動調壓器，使電流增加，溫度升到正常范圍。調壓器，使電流增加，溫度升到正常范

5、圍。 圖圖1.1 1.1 人工控制的恒溫箱人工控制的恒溫箱人工控制過程實際上測量、求偏差，再控制以糾正偏差的過程。人工控制過程實際上測量、求偏差，再控制以糾正偏差的過程。 圖圖1.2就是一個自動控制系統。其中，恒溫箱的所需溫度由就是一個自動控制系統。其中，恒溫箱的所需溫度由 電壓信號電壓信號u1給定。當外界因素引起箱內溫度變化時，作為測量給定。當外界因素引起箱內溫度變化時，作為測量圖圖1.2 1.2 恒溫箱的自動控制系統恒溫箱的自動控制系統元件的熱電偶，把溫度轉換成對應的電壓信號元件的熱電偶，把溫度轉換成對應的電壓信號 u2 ，并反饋回去，并反饋回去 與給定信號與給定信號 u1 相比較，所得結

6、果即為溫度的偏差信號相比較，所得結果即為溫度的偏差信號u = u1- u2 。經過電壓、功率放大后，用以改變執行電動機的。經過電壓、功率放大后，用以改變執行電動機的 轉速和方向，并通過傳動裝置拖動調壓器動觸頭。當溫度偏高轉速和方向，并通過傳動裝置拖動調壓器動觸頭。當溫度偏高時，動觸頭向著減小電流的方向運動，反之加大電流，直到溫度時，動觸頭向著減小電流的方向運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值為止。即只有在偏差信號達到給定值為止。即只有在偏差信號u = 0 時，電動機才停轉。時，電動機才停轉。這樣就完成了所要求的控制任務。而所有這些裝置便組成了一個這樣就完成了所要求的控制任務。而所有這些裝置便

7、組成了一個自動控制系統。自動控制系統。 自動控制系統和人工控制系統非常相似。這里，測量裝置相自動控制系統和人工控制系統非常相似。這里，測量裝置相當于人的眼睛，控制器類似于人當于人的眼睛，控制器類似于人 腦，執行機構好比人手。它們腦，執行機構好比人手。它們的共同特點都是要檢測偏差，并用檢測到的偏差去糾正偏差。因的共同特點都是要檢測偏差，并用檢測到的偏差去糾正偏差。因此，可以說沒有偏差就不會有控制調節過程。此，可以說沒有偏差就不會有控制調節過程。 在控制系統中，給定量又稱系統的輸入量，被控制量也稱系在控制系統中，給定量又稱系統的輸入量，被控制量也稱系統的輸出量。輸出量的返回過程稱為反饋，它表示輸出

8、量通過統的輸出量。輸出量的返回過程稱為反饋，它表示輸出量通過測量裝置將信號的全部或一部分返回輸入端，使之與輸入量進行測量裝置將信號的全部或一部分返回輸入端，使之與輸入量進行比較。比較產生的結果稱為偏差。在人工控制中，這一偏差是通比較。比較產生的結果稱為偏差。在人工控制中，這一偏差是通過人眼觀測后，由人腦判斷、決策得出的；而在自動控制中，偏過人眼觀測后，由人腦判斷、決策得出的；而在自動控制中，偏差則是通過反饋，由控制器進行比較、計算產生的。差則是通過反饋，由控制器進行比較、計算產生的。 自動控制將檢測偏差、再糾正偏差過程自動化。自動控制將檢測偏差、再糾正偏差過程自動化。 控制系統的工作原理控制系

9、統的工作原理如下：如下： (1) 檢測輸出量的實際值。檢測輸出量的實際值。 (2) 將實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差值。將實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差值。 (3) 用偏差值產生控制調節作用去消除偏差。用偏差值產生控制調節作用去消除偏差。 這種基于反饋原理、通過這種基于反饋原理、通過“檢測偏差再糾正偏差檢測偏差再糾正偏差”的系統稱的系統稱為為反饋控制系統。可見，作為反饋控制系統至少應具備反饋控制系統。可見，作為反饋控制系統至少應具備測量、比較測量、比較（或計算）和執行（或計算）和執行三個基本功能。三個基本功能。 控制系統的控制過程可以用系統的職能框圖清晰而形象地表控制系統的

10、控制過程可以用系統的職能框圖清晰而形象地表示。圖示。圖1.3所示為恒溫箱溫度自動控制系統的職能框圖。所示為恒溫箱溫度自動控制系統的職能框圖。 代表代表比較元件，箭頭代表作用方向，每個職能框代表一個環節，各環比較元件，箭頭代表作用方向，每個職能框代表一個環節，各環節的作用是單向的，其輸出受輸入控制。從圖中可以清楚地看到節的作用是單向的，其輸出受輸入控制。從圖中可以清楚地看到反饋控制的基本原理。反饋控制的基本原理。 1.1.2 1.1.2 開環控制和閉環控制開環控制和閉環控制 1.1.開環控制系統開環控制系統 如果系統只是根據輸入量和干擾量進行控制，而輸出端和輸如果系統只是根據輸入量和干擾量進行控

11、制，而輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量在整個控制過程中對系統的控入端之間不存在反饋回路，輸出量在整個控制過程中對系統的控制不產生任何影響，這樣的系統稱為制不產生任何影響，這樣的系統稱為開環控制系統開環控制系統。圖。圖1.4所示所示的數控機床進給系統，由于沒有反饋通道，所以是一個開環控制的數控機床進給系統，由于沒有反饋通道，所以是一個開環控制系統。系統的輸出量僅受輸入量的控制。系統。系統的輸出量僅受輸入量的控制。 圖圖1.3 1.3 恒溫箱溫度自動控制系統職能框圖恒溫箱溫度自動控制系統職能框圖 開環系統的控制精度較低。但是如果組成系統的元件特性和開環系統的控制精度較低。但是如果組成系統的

12、元件特性和參數值比較參數值比較穩定，而且穩定，而且外界的干擾外界的干擾也比較小，也比較小，則這種控制則這種控制系統也可以系統也可以保證一定的保證一定的精度。開環精度。開環控制系統的最大優點是系統簡單，一般都能穩定可靠地工作，控制系統的最大優點是系統簡單，一般都能穩定可靠地工作，因此對于要求不高的系統可以采用。因此對于要求不高的系統可以采用。 圖圖1.4 1.4 數控機床的開環控制系統數控機床的開環控制系統滑動臺面系統滑動臺面系統 （開環系統）（開環系統）2.2.閉環控制系統閉環控制系統 如果系統的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控如果系統的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過

13、程產生直接影響，這種系統稱為制過程產生直接影響，這種系統稱為閉環控制系統閉環控制系統。反饋控制系統必是閉。反饋控制系統必是閉環控制系統。環控制系統。 閉環控制系統的突出優點是控制閉環控制系統的突出優點是控制精度高，不管遇到什么干擾，只要被精度高，不管遇到什么干擾，只要被控制量的實際值偏離給定值，閉環控控制量的實際值偏離給定值，閉環控制就會產生控制作用來減小這一偏差。制就會產生控制作用來減小這一偏差。 閉環控制系統也有它的閉環控制系統也有它的缺點缺點，這，這類系統是靠偏差進行控制的，因此，類系統是靠偏差進行控制的，因此，在整個控制過程中始終存在著偏差，在整個控制過程中始終存在著偏差，由于元件的慣

14、性（如負載的慣性），由于元件的慣性（如負載的慣性），若參數配置不當，很容易引起振蕩，若參數配置不當，很容易引起振蕩，使系統不穩定而無法工作。使系統不穩定而無法工作。 由由11臺小型電動機驅動臺小型電動機驅動的戰神汽車的戰神汽車“Sojourner” 3.3.半閉環控制系統半閉環控制系統 如果控制系統的如果控制系統的反饋信號反饋信號不是直接從系統的輸出端引出，而不是直接從系統的輸出端引出，而是是間接間接地取自中間的測量元件，例如在數控機床的進給伺服系統地取自中間的測量元件，例如在數控機床的進給伺服系統中，若將位置檢測裝置安裝在傳動絲杠的端部，間接測量工作臺中，若將位置檢測裝置安裝在傳動絲杠的端部

15、，間接測量工作臺的實際位移，則這的實際位移，則這種系統稱為種系統稱為半閉環半閉環控制系統控制系統。 半閉環控制系半閉環控制系統可以獲得比開環統可以獲得比開環系統更高的控制精系統更高的控制精度，但比閉環系統度，但比閉環系統要低；與閉環系統要低；與閉環系統相比，它易于實現相比，它易于實現系統的穩定。目前系統的穩定。目前大多數數控機床都采用這種半閉環控制進給伺服系統。大多數數控機床都采用這種半閉環控制進給伺服系統。 配有高靈敏相機、用于檢查半導體芯片配有高靈敏相機、用于檢查半導體芯片鍍膜層的三軸控制系統鍍膜層的三軸控制系統 （半閉環控制）（半閉環控制）1.1.3 1.1.3 閉環控制系統的組成閉環控

16、制系統的組成 圖圖1.5所示為一個較完整的閉環控制系統。由圖可見，閉環所示為一個較完整的閉環控制系統。由圖可見，閉環控制系統一般應該包括給定元件、反饋元件、比較元件、放大元控制系統一般應該包括給定元件、反饋元件、比較元件、放大元件、執行元件及校正元件等。件、執行元件及校正元件等。 圖圖1.5 1.5 閉環控制系統的組成閉環控制系統的組成 1給定元件給定元件 主要用于產生給定信號或輸入信號。例如，圖主要用于產生給定信號或輸入信號。例如，圖1.2中電位計中電位計里的可變電阻。里的可變電阻。 2反饋元件反饋元件 它測量被控制量或輸出量，產生主反饋信號。一般，為了便它測量被控制量或輸出量，產生主反饋信

17、號。一般，為了便于傳輸，主反饋信號多為電信號。因此，反饋元件通常是一些用于傳輸，主反饋信號多為電信號。因此，反饋元件通常是一些用電量來測量非電量的元件。電量來測量非電量的元件。 必須指出，在機械、液壓、氣動、機電、電機等系統中存在必須指出，在機械、液壓、氣動、機電、電機等系統中存在著內在反饋。這是一種沒有專設反饋元件的信息反饋，是系統內著內在反饋。這是一種沒有專設反饋元件的信息反饋，是系統內部各參數相互作用而產生的反饋信息流，如作用力與反作用力之部各參數相互作用而產生的反饋信息流，如作用力與反作用力之間形成的直接反饋。內在反饋回路由系統動力學特性確定，它所間形成的直接反饋。內在反饋回路由系統動

18、力學特性確定，它所構成的閉環系統是一個動力學系統。構成的閉環系統是一個動力學系統。 3比較元件比較元件 用來接收輸入信號和反饋信號并進行比較，產生反映兩者差用來接收輸入信號和反饋信號并進行比較，產生反映兩者差值的偏差信號。例如，圖值的偏差信號。例如，圖1.2中的電位計。中的電位計。 4放大元件放大元件 對偏差信號進行放大的元件。例如，電壓放大器、功率放對偏差信號進行放大的元件。例如，電壓放大器、功率放大器、電液伺服閥、電氣比例大器、電液伺服閥、電氣比例/伺服閥等。放大元件的輸出一定伺服閥等。放大元件的輸出一定要有足夠的能量，才能驅動執行元件，實現控制功能。要有足夠的能量，才能驅動執行元件，實現

19、控制功能。 5執行元件執行元件 直接對受控對象進行操縱的元件。例如，伺服電動機、液壓直接對受控對象進行操縱的元件。例如，伺服電動機、液壓（氣）馬達、伺服液壓（氣）缸等。（氣）馬達、伺服液壓（氣）缸等。 6校正元件校正元件 為保證控制質量，使系統獲得良好的動、靜態性能而加入系為保證控制質量，使系統獲得良好的動、靜態性能而加入系統的元件。校正元件又稱校正裝置。串接在系統前向通路上的稱統的元件。校正元件又稱校正裝置。串接在系統前向通路上的稱為串聯校正裝置；并接在反饋回路上的稱為并聯校正裝置。為串聯校正裝置；并接在反饋回路上的稱為并聯校正裝置。 1.2 1.2 控制系統的基本類型控制系統的基本類型 1

20、.2.1 1.2.1 按輸入量的特征分類按輸入量的特征分類 1恒值控制系統恒值控制系統 這種控制系統的輸入量是一個恒定值，一經給定，在運行過這種控制系統的輸入量是一個恒定值，一經給定，在運行過程中就不再改變（但可定期校準或更改輸入量）。程中就不再改變（但可定期校準或更改輸入量）。恒值控制系統恒值控制系統的任務的任務是保證在任何擾動下系統的輸出量為恒值。是保證在任何擾動下系統的輸出量為恒值。 工業生產中的溫度、壓力、流量、液面等參數的控制，有些工業生產中的溫度、壓力、流量、液面等參數的控制，有些原動機的速度控制，機床的位置控制，電力系統的電網電壓、頻原動機的速度控制，機床的位置控制，電力系統的電

21、網電壓、頻率控制等，均屬此類。率控制等，均屬此類。 2程序控制系統程序控制系統 這種系統的輸入量不為常值，但其變化規律是預先知道和確這種系統的輸入量不為常值，但其變化規律是預先知道和確定的。可以預先將輸入量的變化規律編成程序，由該程序發出控定的。可以預先將輸入量的變化規律編成程序，由該程序發出控制指令，在輸入裝置中再將控制指令轉換為控制信號，經過全系制指令，在輸入裝置中再將控制指令轉換為控制信號，經過全系統的作用，使控制對象按指令的要求而運動。計算機繪圖儀就是統的作用，使控制對象按指令的要求而運動。計算機繪圖儀就是典型的典型的程序控制系統程序控制系統。 工業生產中的過程控制系統按生產工藝的要求

22、編制成特定的工業生產中的過程控制系統按生產工藝的要求編制成特定的程序，由計算機來實現其控制。這就是近年來迅速發展起來的數程序，由計算機來實現其控制。這就是近年來迅速發展起來的數字程序控制系統和計算機控制系統。微處理機控制將程序控制系字程序控制系統和計算機控制系統。微處理機控制將程序控制系統推向更普遍的應用領域統推向更普遍的應用領域 。 圖圖1.6表示一個用于機床切削加工的表示一個用于機床切削加工的程序控制系統程序控制系統。 圖圖1.6 程序控制系統程序控制系統 a) 上圖為開環控制上圖為開環控制b) 下圖為閉環控制下圖為閉環控制 3隨動系統隨動系統 隨動系統在工業部門又稱隨動系統在工業部門又稱

23、伺服系統伺服系統。這種系統的輸入量的變。這種系統的輸入量的變化規律是不能預先確化規律是不能預先確定的。當輸入量發生定的。當輸入量發生變化時，則要求輸出變化時，則要求輸出量迅速而平穩地跟隨量迅速而平穩地跟隨著變化，且能排除各著變化，且能排除各種干擾因素的影響，種干擾因素的影響，準確地復現控制信號準確地復現控制信號的變化規律（此即伺的變化規律（此即伺服的含義）。控制指服的含義）。控制指令可以由操作者根據令可以由操作者根據需要隨時發出，也可需要隨時發出，也可以由目標物或相應的以由目標物或相應的測量裝置發出。測量裝置發出。 圖圖1.7 液壓仿形車床工作原理圖液壓仿形車床工作原理圖 圖圖1.7所示為液壓

24、仿形車床工作原理圖。當閥心所示為液壓仿形車床工作原理圖。當閥心8處于圖示中處于圖示中間位置時，沒有壓力油進入液壓缸前后兩腔，液壓缸不動。當閥間位置時，沒有壓力油進入液壓缸前后兩腔，液壓缸不動。當閥心偏離中位，例如向前伸出時，節流口心偏離中位，例如向前伸出時，節流口2、4保持關閉，節流口保持關閉，節流口1、3打開，壓力油經節流口打開，壓力油經節流口3進入液壓缸前腔，而其后腔的油液經進入液壓缸前腔，而其后腔的油液經節流口節流口1流回油箱，缸體帶動刀具向前運動；同樣，當閥心偏離流回油箱，缸體帶動刀具向前運動；同樣，當閥心偏離中位向后收縮時，節流口中位向后收縮時，節流口1、3關閉，關閉，2、4打開，壓

25、力油經節流打開，壓力油經節流口口2進入液壓缸后腔，而缸前腔的油液則經節流口進入液壓缸后腔，而缸前腔的油液則經節流口4流回油箱，流回油箱，缸體帶動刀具向后運動。圖中，液壓缸缸體和控制閥閥體連成一缸體帶動刀具向后運動。圖中，液壓缸缸體和控制閥閥體連成一體，形成液壓缸運動的負反饋，使液壓缸缸體與閥心的運動距離體，形成液壓缸運動的負反饋，使液壓缸缸體與閥心的運動距離和方向始終保持一致，所以液壓缸缸體（刀具）完全跟隨閥心和方向始終保持一致，所以液壓缸缸體（刀具）完全跟隨閥心（觸銷（觸銷8）運動。因此，這是一個隨動（伺服）系統。）運動。因此，這是一個隨動（伺服）系統。1.2.2 1.2.2 按系統中傳遞信

26、號的性質分類按系統中傳遞信號的性質分類 1連續控制系統連續控制系統 系統中各部分傳遞的信號都是連續時間變量的系統稱為連續系統中各部分傳遞的信號都是連續時間變量的系統稱為連續控制系統。連續控制系統又有線性系統和非線性系統之分。用線控制系統。連續控制系統又有線性系統和非線性系統之分。用線性微分方程描述的系統稱為線性系統，不能用線性微分方程描述、性微分方程描述的系統稱為線性系統，不能用線性微分方程描述、存在著非線性部件的系統稱為非線性系統。存在著非線性部件的系統稱為非線性系統。 2離散控制系統離散控制系統 系統中某一處或數處的信號是脈沖序列或數字量傳遞的系統系統中某一處或數處的信號是脈沖序列或數字量

27、傳遞的系統稱為離散控制系統（也稱數字控制系統）。在離散控制系統中，稱為離散控制系統（也稱數字控制系統）。在離散控制系統中，數字測量、放大、比較、給定等部件一般均由微處理機實現，計數字測量、放大、比較、給定等部件一般均由微處理機實現，計算機的輸出經算機的輸出經D/A轉換加給伺服放大器，然后再去驅動執行元轉換加給伺服放大器，然后再去驅動執行元 件；或由計算機直接輸出數字信號，經數字放大器后驅動數字式件；或由計算機直接輸出數字信號，經數字放大器后驅動數字式執行元件。執行元件。 由于連續控制系統和離散控制系統的信號形式有較大區別，由于連續控制系統和離散控制系統的信號形式有較大區別，因此在分析方法上也有

28、明顯的不同。連續控制系統以微分方程來因此在分析方法上也有明顯的不同。連續控制系統以微分方程來描述系統的運動狀態，并用拉氏變換法求解微分方程；而離散系描述系統的運動狀態，并用拉氏變換法求解微分方程；而離散系統則用差分方程來描述系統的運動狀態，用統則用差分方程來描述系統的運動狀態，用Z 變換法引出脈沖傳變換法引出脈沖傳遞函數來研究系統的動態特性遞函數來研究系統的動態特性。 多自由度控制器、機器人等都是隨動系統多自由度控制器、機器人等都是隨動系統 。 1.3 1.3 對控制系統的基本要求對控制系統的基本要求 1.穩定性穩定性 由于控制系統都包含儲能元件，若系統參數匹配不當，便可由于控制系統都包含儲能

29、元件，若系統參數匹配不當，便可能引起振蕩。穩定性就是指系統動態過程的振蕩傾向及其恢復平能引起振蕩。穩定性就是指系統動態過程的振蕩傾向及其恢復平衡狀態的能力。對于穩定的系統，當輸出量偏離平衡狀態時，應衡狀態的能力。對于穩定的系統，當輸出量偏離平衡狀態時，應能隨著時間收斂并且最后回到初始的平衡狀態。能隨著時間收斂并且最后回到初始的平衡狀態。穩定性穩定性乃是保證乃是保證控制系統正常工作的先決條件。控制系統正常工作的先決條件。 2.精確性精確性 控制系統的精確性即控制精度，一般以控制系統的精確性即控制精度，一般以穩態誤差穩態誤差來衡量。所來衡量。所謂穩態誤差是指以一定變化規律的輸入信號作用于系統后，當

30、調謂穩態誤差是指以一定變化規律的輸入信號作用于系統后，當調整過程結束而趨于穩定時，輸出量的實際值與期望值之間的誤差整過程結束而趨于穩定時，輸出量的實際值與期望值之間的誤差值，它反映了動態過程后期的性能。這種誤差一般是很小的。如值，它反映了動態過程后期的性能。這種誤差一般是很小的。如數控機床的加工誤差小于數控機床的加工誤差小于 0.02 mm，一般恒速、恒溫控制系統的，一般恒速、恒溫控制系統的穩態誤差都在給定值的穩態誤差都在給定值的1%以內。以內。 3.快速性快速性 快速性快速性是指當系統的輸出量與輸入量之間產生偏差時，消是指當系統的輸出量與輸入量之間產生偏差時，消除這種偏差的快慢程度。快速性好

31、的系統，它消除偏差的過渡過除這種偏差的快慢程度。快速性好的系統，它消除偏差的過渡過程時間就短，就能復現快速變化的輸入信號，因而具有較好的動程時間就短，就能復現快速變化的輸入信號，因而具有較好的動態性能。態性能。 由于控制對象的具體情況不同，各種系統對穩定、精確、快由于控制對象的具體情況不同，各種系統對穩定、精確、快速這三方面的要求是各有側重的。例如，調速系統對穩定性要求速這三方面的要求是各有側重的。例如，調速系統對穩定性要求較嚴格，而隨動系統則對快速性提出較高較嚴格，而隨動系統則對快速性提出較高的要求。的要求。 1.4 1.4 控制工程發展概況控制工程發展概況 控制工程是一門新型的技術科學，也

32、是一門邊緣科控制工程是一門新型的技術科學，也是一門邊緣科學。它的理論基礎是學。它的理論基礎是工程控制論工程控制論。 早在一千多年以前，我國就先后發明了銅壺滴漏計時早在一千多年以前，我國就先后發明了銅壺滴漏計時器、指南針以及天文儀器等多種自動控制裝置，這些發明器、指南針以及天文儀器等多種自動控制裝置，這些發明促進了當時社會經濟的發展。即使從促進了當時社會經濟的發展。即使從1788年瓦特（年瓦特（J.Watt）發明蒸汽機飛球調速器算起，控制工程也已有了二百多年發明蒸汽機飛球調速器算起，控制工程也已有了二百多年的歷史。然而，控制工程作為一門學科，它的形成并迅速的歷史。然而，控制工程作為一門學科，它的

33、形成并迅速發展卻是最近五六十年的事。發展卻是最近五六十年的事。 銅壺滴漏計時器銅壺滴漏計時器 用于測定天體的赤道坐標、用于測定天體的赤道坐標、黃道經度和地平坐標的渾儀黃道經度和地平坐標的渾儀 二次世界大戰前，控制系統的設計因缺乏系統的理論指導而二次世界大戰前，控制系統的設計因缺乏系統的理論指導而多采用多采用試湊法試湊法。二次大戰期間，由于建造飛機自動駕駛儀、雷達。二次大戰期間，由于建造飛機自動駕駛儀、雷達跟蹤系統、火炮瞄準系統等軍事裝備的需要，推動了控制理論的跟蹤系統、火炮瞄準系統等軍事裝備的需要，推動了控制理論的飛躍發展。飛躍發展。1948年年威納威納（N.Wiener）發表了著名的）發表了

34、著名的控制控制論論，從而基本上形成了經典控制理論，使控制工程有了扎實的，從而基本上形成了經典控制理論，使控制工程有了扎實的理論支撐。經典控制理論以理論支撐。經典控制理論以傳遞函數傳遞函數為基礎，主要研究單輸入為基礎，主要研究單輸入 - -單輸出系統的分析和控制問題。單輸出系統的分析和控制問題。 維納發表著維納發表著名的控制論名的控制論 馬克斯威爾首先提馬克斯威爾首先提出反饋控制的概念出反饋控制的概念瓦特發明蒸汽瓦特發明蒸汽機飛球調速器機飛球調速器 除了威納之外，在經典控制理論的形成和發展過程中作出重除了威納之外，在經典控制理論的形成和發展過程中作出重大貢獻的還有：大貢獻的還有：1868年，年，馬克斯威爾馬克斯威爾（J.C.Maxwell）發表了）發表了調速器調速器一文，首先提出了一文，首先提出了“反饋控制反饋控制”的概念；的概念；1875年年勞勞思思（E.J.Routh）和）和1895年年赫維茨赫維茨（A.Hurwifz）先后獨立地提出）先后獨立地提出了判別系統穩定性的代數判據；了判別系統穩定性的代數判據；1932年，年，尼奎斯特尼奎斯特（H.Nyquist）提出了著名的）提出了著名的尼奎斯特穩定性判據尼奎斯特穩定性判據；此后，；此后，博德博德（H.W.Bode）總結了）