控制理論與仿真I講授：李秀娟合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系（第1講）第一章自動(dòng)控制的一般概念

§1.1引言

§1.2自動(dòng)控制理論發(fā)展概述

§1.3自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念

§1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成

§1.5控制系統(tǒng)示例控制理論與仿真I控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論(19世紀(jì)初)

時(shí)域法復(fù)域法(根軌跡法)

頻域法

現(xiàn)代控制理論(20世紀(jì)60年代)

線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制最優(yōu)控制魯棒控制最佳估計(jì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)辨識(shí)集散控制大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)智能控制理論(20世紀(jì)70年代)

專家系統(tǒng)模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法控制理論與仿真I自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的一般性理論是研究自動(dòng)控制過程共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科自動(dòng)控制在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某一個(gè)物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行。控制理論基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。控制器：對(duì)被控對(duì)象起控制作用裝置的總體.被控對(duì)象：要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程。控制器：對(duì)被控對(duì)象起控制作用裝置的總體，稱做控制裝置或控制器。輸出量：表現(xiàn)于控制對(duì)象或系統(tǒng)輸出端，并要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的物理量。輸入量：作用于控制對(duì)象或系統(tǒng)輸入端，并可使系統(tǒng)具有預(yù)定功能或預(yù)定輸出的物理量。擾動(dòng)：所有妨礙控制量對(duì)被控量按要求進(jìn)行正常控制的因素，稱為干擾量或擾動(dòng)量。基本控制方式1.開環(huán)控制

2.閉環(huán)控制

3.復(fù)合控制

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測(cè)量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；主要特點(diǎn)：控制方式：按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場(chǎng)合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。主要特點(diǎn)：開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測(cè)量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場(chǎng)合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測(cè)量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；控制方式：按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對(duì)于工作過程中受到的擾動(dòng)或特性參數(shù)的變化無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場(chǎng)合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。

開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用

,而沒有反向聯(lián)系的控制過程。控制器被控制對(duì)象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖按擾動(dòng)補(bǔ)償

：利用對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的測(cè)量產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。由于擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)測(cè)量裝置，控制器至被控對(duì)象的輸出量是單向傳遞的，故屬于開環(huán)控制方式。對(duì)于不可測(cè)擾動(dòng)以及被控對(duì)象及各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響，系統(tǒng)自身無(wú)法控制。因此，控制精度有限，常用于工作機(jī)械的恒速控制（如穩(wěn)定刀具轉(zhuǎn)速）以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓，穩(wěn)頻控制。控制器被控制對(duì)象輸出量測(cè)量裝置擾動(dòng)按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑矸娇驁D閉環(huán)控制：是指控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向

聯(lián)系的控制過程。輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。主要特點(diǎn)：控制方式：反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負(fù)反饋。我們所講述的反饋系統(tǒng)如果無(wú)特殊說(shuō)明，一般都指負(fù)反饋。控制器被控制對(duì)象輸出出量擾動(dòng)擾動(dòng)閉環(huán)控制典型方框圖輸入量例1爐溫控制系統(tǒng)

爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖由上述舉例表明，盡管控制系統(tǒng)不同，復(fù)雜各異，但基本組成是類同的，即閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成為：(1)比較元件；(2)放大元件；(3)執(zhí)行元件；(4)校正元件；(5)被控對(duì)象；(6)測(cè)量元件。放大整形串聯(lián)校正-并聯(lián)校正變換放大執(zhí)行元件被控對(duì)象測(cè)量元件-閉環(huán)系統(tǒng)的組成:方框圖中各符號(hào)的意義

元部件方框（塊）圖信號(hào)（物理量）及傳遞方向中的符號(hào)比較點(diǎn)引出點(diǎn)表示負(fù)反饋

例2函數(shù)記錄儀

函數(shù)記錄儀方框圖

控制系統(tǒng)的組成(1)

被控對(duì)象控制系統(tǒng)

測(cè)量元件比較元件

控制裝置

放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)

校正裝置

給定元件控制系統(tǒng)的組成(2)

控制系統(tǒng)的分類1、按給定信號(hào)的形式恒值系統(tǒng)/隨動(dòng)系統(tǒng)2、按系統(tǒng)是否滿足疊加原理線性系統(tǒng)/非線性系統(tǒng)3、按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化定常系統(tǒng)/時(shí)變系統(tǒng)4、按信號(hào)傳遞的形式連續(xù)系統(tǒng)/離散系統(tǒng)5、按輸入輸出變量的多少單變量系統(tǒng)/多變量系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)：（基本要求）要求系統(tǒng)要穩(wěn)定2.準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出跟蹤精度要高3.快：（動(dòng)態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)