1自動控制原理

AutomaticControl緒論2教材及參考書教材《自動控制原理》(第3版)，劉文定、謝克明編，電子工業出版社參考書《AutomaticControlSystems》BenjaminC.Kuo，高等教育出版社《自動控制原理》，李素玲編，西安電子科技大學出版社《自動控制理論》，夏德矜編，機械工業出版社3概述自動化（Automation或Automatization）自動控制在脫離人的直接干預，利用控制裝置（簡稱控制器）使被控對象（或生產過程等）的某一物理量（如溫度、壓力、PH值等）準確地按照預期的規律運行。自動控制系統實現上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規律組成的具有特定功能的整體。4控制理論的發展原始控制設備沒有理論指導經典控制理論單輸入(SI)現代控制理論多輸入輸出（MIMO）大系統理論/復雜系統理論智能控制理論5控制理論的發展經典控制理論研究的主要對象是單輸入、單輸出——單變量系統。如：調節電壓改變電機的速度；調整方向盤改變汽車的運動軌跡等。現代控制理論研究的主要對象是多輸入、多輸出——多變量系統。如，汽車看成是一個具有兩個輸入（駕駛盤和加速踏板）和兩個輸出（方向和速度）的控制系統。計算機科學地發展，極大地促進了控制科學地發展。6經典控制理論現代控制理論研究對象線性定常系統（單輸入、單輸出）線性、非線性、定常、時變系統（多輸入、多輸出）描述方法傳遞函數（輸入、輸出描述）向量空間（狀態空間描述）研究方法根軌跡法和頻率法狀態空間法研究目標系統分析及給定輸入、輸出情況下的系統綜合揭示系統的內在規律，實現在一定意義下的最優控制與設計7控制系統的組成：輸入部分、控制系統部分和輸出部分。從物理角度上看，自動控制研究的是特定激勵作用下的系統響應變化情況；從數學角度上看，研究的是輸入與輸出之間的映射關系。控制系統的基本組成8自動控制系統的分類按信號流向分類開環控制系統特點：系統的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對系統的控制作用不發生影響的系統。9自動控制系統的分類閉環控制系統（反饋控制系統）特點：系統輸出信號與測量元件之間存在反饋回路?！伴]環”這個術語的含義，就是將輸出信號通過測量元件反饋到系統的輸入端，通過比較、控制來減小系統誤差。10自動控制系統的分類按輸入信號分類恒值控制系統（或稱自動調節系統）特點：輸入信號是一個恒定的數值。工業生產中的恒溫、恒壓等自動控制系統都屬于這一類型。恒值控制系統可看成輸入等于常值的過程控制系統。過程控制系統（或稱程序控制系統）特點：輸入信號是一個已知的函數。系統的控制過程按預定的程序進行，要求被控量能迅速準確地復現輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制、數控機床等。11隨動系統（或稱跟蹤系統）特點：輸入信號是一個未知變量。要求控制系統的輸出量能平穩地跟蹤和復現輸入信號變化。如：火炮自動跟蹤系統。該系統要求有較好的跟蹤能力。12自動控制系統的分類按輸入信號數字特征來分類連續系統特點：系統各部分信號都是模擬的連續函數。目前工業中普遍采用的常規儀表PID調節器控制的系統。離散系統特點：系統的某一處或幾處信號以脈沖序列或數碼形式傳遞的控制系統。系統中用脈沖開關或采樣開關，將連續信號轉變為離散信號。其中離散信號以脈沖形式傳遞的系統又叫脈沖控制系統，離散信號以數碼形式傳遞的系統又叫數字控制系統。1314自動控制系統的分類按數學模型分類線性系統特點：系統由線性元件構成，描述運動規律的數學模型為線性微分方程。運動方程一般形式：

式中：r(t)——系統輸入量；c(t)——系統輸出量主要特點是具有疊加性和齊次性。15非線性系統特點：在構成系統的環節中有一個或一個以上的非線性環節。非線性的理論研究遠不如線性系統那么完整，目前尚無通用的方法可以解決各類非線性系統。近似處理。16自動控制系統的分類其他分類方式按系統數學模型參數特性分：定常系統和時變系統按功能分：溫度控制系統、速度控制系統、位置控制系統等。按元件組成分：機電系統、液壓系統、生物系統等。17一般的形式

輸入信號——系統控制目標的反映，是人的意志的具體體現控制系統——主要完成對有關信號的變換、處理，發出控制量，驅動執行機構完成控制功能輸出信號——系統的控制結果，反映了被控對象的運行狀態反饋控制系統的基本組成18一般組成：

被控對象—系統所控制和操縱的對象，輸出被控量控制器—接收變換和放大后的偏差信號，轉化為被控制對象操作信號放大變換環節—將偏差信號變換為適合控制器執行的信號校正裝置—為改善系統動態和靜態特性而附加的裝置反饋環節—測量變送環節給定環節—產生輸入控制信號的裝置反饋控制系統的基本組成19控制系統性能的基本要求穩定性（穩）能工作（即達到穩態），并在有一定的環境和參數變化時，還能有穩定“裕量”穩態精度（準）系統進入穩態時，穩態值與預期的差別越小越好動態過程（好/快）在輸入信號到到達穩態的變化全過程，包括離預期值的振蕩和過渡時間。反例：高射炮射角隨動系統，雖然炮身最終能跟蹤目標，但如果目標變動迅速，而炮身行動遲緩，仍然抓不住目標20課