武漢理工大學控制工程基礎武漢理工大學機電工程學院

教材及參考書教材：[1]容一鳴·控制工程基礎·北京理工大學出版社，2010、2參考書：[2]楊振中，張和平·控制工程基礎·北京大學出版社，2007、8[3]楊叔子·機械工程控制基礎·華中科技大學出版社，2002、8[4]胡壽松·自動控制原理·國防工業出版社，2001、3[5]HuangAnyi·FundamentalsofMechanicalControlSystems·武漢理工大學出版社，2004、7[6]黃忠霖·控制系統MATLAB計算及仿真·國防工業出版社，2001、11本章主要內容:

1.1緒論1.2控制系統的工作原理及其組成1.3控制系統的分類1.4控制系統的基本要求1.5課程基本內容第一章控制系統的基本概念重點：控制系統的工作原理及基本組成。難點：確定系統的輸入量和輸出量，尋找反饋通道。第一章控制系統的基本概念§1.1緒論控制理論是研究各種控制系統共同存在的控制規律的一門技術科學。它是一門方法論學科。控制理論是自動控制、電子技術、計算機科學等多種學科相互滲透的產物。1948年，N.維納發表了著名的《控制論》，它基本形成了經典控制理論。1954年，我國科學家錢學森在美國運用控制論的思想和方法，首創了工程控制論，把控制理論推廣到工程領域，奠定了工程控制論這一技術科學的基礎。一、系統（System）的定義:

系統是由若干相互作用和相互依賴（聯系）的事物組合而成的具有特定功能的整體（集合）。

對于實際應用來說，系統一般可以定義為任何一組存在某種因果關系的物理元件。系統x1x2…x3y1y2…y3原因稱為激勵或輸入；效果叫做響應或輸出。通常，輸入和輸出都是物理變量，例如，溫度、壓力、液位、電壓、位移、速度等。系統構成的三要素物質能量信息構成系統的形體系統的運動離不開能量信息則是系統的靈魂LCRu0(t)ui(t)tu0(t)二、控制及自動控制控制的本意:按照預先給定的目標，改變系統行為或性能的操作或方法。

〇人工控制：

控制的任務由人來完成，稱為人工控制。〇自動控制：

在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器）,使機器、設備或生產過程（被控對象）的某個工作狀態或參數（即被控量）自動地按照預定的規律運行。§1.2

控制系統的工作原理及其組成一、恒溫箱的人工控制1[動態過程]1.觀測恒溫箱內的溫度（被控制量）22.與要求的溫度（給定值）進行比較得到溫度偏差的大小和方向33.根據偏差大小和方向調節調壓器，控制加熱電阻絲的電流以調節溫度回復到要求值。[實質]檢測偏差再糾正偏差。實際溫度希望溫度大腦調壓器恒溫箱溫度計手眼睛人參入控制：（1）眼睛觀測溫度；（2）大腦比較；（3）手操作調壓器。二、繭恒溫倆箱的歡自動克控制給定信號電壓功率放大態器電動機減速器調壓器恒溫陵箱(控制對象)熱電愿偶u1u2uuanvu溫度t(被控伍量)擾動恒溫叼箱自謊動控凈制系懂統功體能框幫圖（1）恒短溫箱皺實際裹溫度刃由熱汗電偶羽轉換雖為對傘應的忽電壓u2（2）恒曾溫箱箭期望革溫度義由電憲壓u1給定股，并京與實救際溫是度u2比較醉得到得溫度滋偏差器信號u=趴u1-u2（3）溫背度偏購差信娛號經繼電壓腫、功很率放眨大后桃，用妖以驅摘動執嫂行電咸動機婚，并雨通過辜傳動山機構坡拖動衰調壓劉器動涌觸頭社。當議溫度畝偏高紡時，嶄動觸脊頭向條減小歡電流嫩的方散向運儀動，者反之炮加大擴電流誼，直所到溫滅度達像到給淚定值鋼為止頃，此愉時，質偏差u=婦0,電機烘停止首轉動佛。三、茶控制郵系統黎的工視作原香理（1）檢繼測輸味出量修（被囑控制幣量）盲的實取際值凈；（2）將扮輸出熄量的凍實際攻值與炭給定器值（課輸入車量）然進行挨比較膝得到澇偏差打信號框；（3）用委偏差挽值產肚生控狠制調漁節作騙用去院消除館偏差況，使摸得輸鮮出量僑維持盤期望監的輸悉出。四、害反饋張的概閉念反饋屆（Fe幕ed多ba賺ck)：取具出輸錘出量膠送回西到輸嘉入端扯，且么與輸郊入信灘號相俊比較恨產生琴偏差盤的過辨程。正反縮慧饋：營送回兼到輸伙入端炸的信襲號與湊輸入語信號同號；負反詠饋：敞送回謠到輸款入端濁的信訴號與欠輸入村信號異號；基于位負反動饋（Ne躁ga蓬ti昏ve挖F叼ee脾db咸ac內k)。h杠桿引平衡祝時，五控制湊進水慶閥閥文門位腰于某戲位置擴而具籃有一升定開順度，煌使水貍箱中創輸入吊水量藥與流建出水銅量相決等，傍從而耽使液哭位保車持在蠟希望果高度h上。栗當液戴位降繩低時耳，浮異球位貞置也膀隨之城降低楊，這箏時，勇通過括杠桿縣機構顯使水散閥閥轉門開鵲度增蹤蝶大，邀進入囑水箱哄的水框流量蹤蝶增大活，水克箱中判液面貨隨之扭上升棕，浮榜球位闊置又化隨之年上升灑，使隨水閥傲閥門秋開度今減小喜，進勵水增爪加量捐減小喇，直敗至系揚統處縣于新期的平墻衡狀輔態。桌反之成，若緞水箱謙液位傷上升遮，系山統會太自動蘇減小意閥門撇開度斑，從躍而減浩少流表入的瞧水量亭，使宏液位嶄降低梨，直靠至達搏到新等的平宇衡位粗置。例：豆水箱捏液位先控制該系費統的院控制紹任務毯是將吃水箱陜的液睬面維饑持在貫一定養高度味。水箱齡是被理控對尺象，匯水箱凈液位蜓是被緒控制口量，更浮球歪頂桿庸（杠勞桿）澆的長班度（釣表征待液位秋的期豎望值工）是如給定銜量。實際水位希望水位杠桿朱機構水箱進水販閥浮球例[鋼鐵尿軋制]:軋出為厚度夾一致哀的高河精度符鋼板溫度棟控制,生鐵慕成分蔽控制,厚度擠控制,張力牽控制,等等券。比較環節1.給定面環節:根據觀系統歷輸出廢量的配期望叫值，熟產生描系統掘的給赴定輸器入信屯號。鵲如：罵將期挎望恒菠定的嘩溫度息轉換戲為相拴應電翠壓。五、廉控制窩系統剝的組迎成輸出給定環節被控對象執行環節放大環節反饋環節校正環節校正環節五、吐控制負系統殲的組繭成2.反饋祖環節:測量邪并轉畏換輸姜出信煎號。主要塘是各隙種傳漆感器念。該禿環節爹的功蘆能是親，對問系統欺輸出拌量的眉實際浴值進鴿行量矮測，懲將它歡轉換狹成反乳饋信抹號并抗使反煙饋信休號成閃為與凍給定艷輸入滿信號筍同類嫩型、險同數擋量級芒的物跡理量第。3.比較訓環節惹（器購）:將參觀考輸劣入信多號和湊反饋侮信號需進行爸比較洋，產笛生偏絡差信兄號。扭如：呢電壓厲比較帥電路仁、平噴衡電慚橋等劍。4.放大衣環節:對較因弱的梁偏差產信號掠進行涉放大柱并驅蟲動執槳行件龜動作拍。如炎：電毒壓放擺大器雪等。五、欠控制錫系統朗的組作成5.執行奸環節:直接語對被匪控對跌象進誦行操冷作的凳環節詞。如：魂晶閘標管整竄流裝劃置、棚液壓晴缸、惱馬達昆、電騰動機統等。6.校正趟環節:為改渴善控痕制性門能而新加入幻玉的元夢件或該裝置逃。它闊不是寶反饋得控制乏系統辟所必豎須的伯。根據鄉豐其構軋建的疊不同訂，有洞串聯供、并忽聯校煌正等幣。7.被控相對象:控制輛系統茄所要形控制絕的設凡備或柳生產掀過程涉，它喝的輸貍出量股就是司被控爽制量猶。控制歉過程舍的物聚理本附質在機銜器系字統、每生命叢系統貓甚至辜社會他與經輸濟系怠統中色，都郊存在再一個賽共同膨的本板質的枯特點傍，它遮們都倍通過敵信息惜的傳耳遞、家變換崗、處概理與奴交換(反饋)來進臉行控無制的廚。從物飛理本恒質上鬧看，墳控制侄過程敲是一哥種信擇息處寬理及響能量鋪轉移復的過有程。抵因此責，提頸高信哀息處帖理能俊力，嘴以最適短的首時間艦和(或)最小鴨的代刷價(能量拜消耗孔最小)實現系系統愧按預雷定的銹規律魯進行宿能量傻轉移腸，就錫是控貍制系就統設份計所歪要解陪決的咱中心層問題他。一、衰按控讀制策睡略來痰分1.開環眉控制輸出扮端與閘輸入課端不怕存在婚反饋碧回路嗽，即科輸出斗量在炭整個凈控制側過程范中對倘系統軍的控備制不古產生敞任何屆影響遲。2.閉環盒控制輸出涼端與漸輸入下端存橡在反棉饋回閥路，囑即輸爸出量鼓對控國制過暫程產慰生直啊接影稻響。§1.強3控制仙系統受的基根本類坐型3.半閉腫環控違制反饋唐信號鍬不是攔直接橋從系瓶統的記輸出吹端引憑出，羨而是竄間接布取自繪中間聰的測溉量元蟲件。二、梢按輸伯入信該號的怒性質知（特敵征）出來分1.恒值范控制輸入慰是已倒知的武恒定玩值，障控制泄任務雷是保脈證在競任何敬擾動森作用診下系默統的雜輸出殺量為沾恒值廳。2.程序遇控制輸入橫量的居變化江規律貫預先救確知渡，輸腔入裝甩置根趙據輸育入的貌變化痕規律課，發疼出控廢制指踐令，賓使被序控對粥象按戰照指爹令程紛序的鋸要求籌而運痛動。3.伺服餐控制輸入吉量的寫變化并規律刃不能揀預先被確知寨，其門控制哭要求蘿是輸呼出量廳迅速冠、平箏穩地近跟隨非輸入蝴量的以變化居，并諷能排教除各宜種干兇擾因脖素的粉影響肉，準波確地播復現近輸入墓信號殊的變貫化規旱律。三、害按系算統中挨傳遞皮信號巷的性杯質來曾分1.連續英控制系統擋中各虛部分量傳遞駝的信謠號為釘隨時甩間連塔續變遞化的絕信號涼。連貪續控閉制系戒統通承常采升用微贈分方毫程描商述。2.離散猴控制系統濾中某應一處型或多屈處的風信號雖為脈嗚沖序獻列或更數字蹄量傳仔遞的潮系統鉛。離位散控做制系疼統通頭常采駝用差江分方藏程描磁述。四、僚按構俘成系腿統的曾部件鏟的物陸理性凍質來凳分機械抬、電蠢氣、陜機電縱、液磁壓、宣氣動培、熱疲力等掉。一、奧穩定粒性系統板動態培過程諷的振顧蕩傾忽向及步其恢截復平格衡狀歷態的蕉能力芒。穩婆定的器系統蔬當輸晝出量廁偏離竄平衡捧狀態尿時，去其輸爸出能酬隨時慈間的煩增長顆收斂東并回哪到初劇始平桌衡狀狗態。§1.朽4對控燈制系祖統的鍬基本水要求A倒立擺BAC單擺控制眼精度