自動(dòng)控制原理簡明教程1

1、《自動(dòng)控制原理》,主講：張凱婷光電信息教研室E-mail: zhangkaiting.1@163.com電話：183609209902015年9月,課程性質(zhì)：核心必修課課程特點(diǎn)：理論實(shí)踐結(jié)合學(xué)習(xí)方法： 掌握基本原理，多練習(xí)（作業(yè)、習(xí)題）,《自動(dòng)控制原理》學(xué)習(xí)要求,學(xué)習(xí)注意： 做一定的筆記； 作業(yè)按時(shí)交，每星期交一次； 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)后寫報(bào)告。 評(píng)分方法： 平時(shí)40%（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）

2、 期末考試 60%,《自動(dòng)控制原理》學(xué)習(xí)要求,課程的性質(zhì)和特點(diǎn) 自動(dòng)控制是一門基礎(chǔ)性的技術(shù)學(xué)科，從方法論的角度來研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)。經(jīng)典（古典），現(xiàn)代。《自動(dòng)控制原理》是本學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課（1）自動(dòng)控制理論的基礎(chǔ)課程，該課程與其它課程的關(guān)系。,（2）自動(dòng)控制理論已經(jīng)發(fā)展為理論嚴(yán)密、系統(tǒng)完整、邏輯性很強(qiáng)的一門學(xué)科。已從基本反饋控制原理發(fā)展到：自適應(yīng)控制、優(yōu)化控制、魯棒控制、大系統(tǒng)控制、智能控制研究的對(duì)象：因果系統(tǒng)、

3、工程系統(tǒng)系統(tǒng)的廣義性：經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、工程、生物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)……特點(diǎn)：研究系統(tǒng)的共性問題,頻域法,主要內(nèi)容：自動(dòng)控制的一般概念、物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的一般分析方法、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或校正以及線性離散系統(tǒng)的初步知識(shí),時(shí)域分析法根軌跡法 頻域分析法,主要的學(xué)習(xí)目的和任務(wù)： 掌握關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、基本理論和基本方法；初步掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立、系統(tǒng)分析和綜合方法以及線性離散系統(tǒng)的分析和研究方法。,參考書目：《自動(dòng)控

4、制原理》（第四版） 胡壽松 科學(xué)出版社《控制工程導(dǎo)論》周雪琴，張洪才編，西北工業(yè)大學(xué)出版社《自動(dòng)控制原理》(上下冊(cè))，黃家英編著，東南大學(xué)出版社《自動(dòng)控制理論》，鄒伯敏編著，機(jī)械工業(yè)出版社《現(xiàn)代控制工程》，緒方勝彥著，盧伯英等譯，科學(xué)出版社,教材：《自動(dòng)控制原理簡明教材》， 胡壽松，科學(xué)出版社,第一章 自動(dòng)控制的一般概念,§1.1 自動(dòng)控制的基本原理與方式§1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示

5、例§1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類§1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求,自動(dòng)控制,在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行。,§1.1 自動(dòng)控制的基本原理與方式,如：數(shù)控加工中心、焊接機(jī)器人、溫度控制系統(tǒng)等。,自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)控制的目的，由相互聯(lián)系和制約的各部件

6、組成的具有特定功能的整體。,§1.1.1 自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用,指南車復(fù)原模型,歷史的回顧,§1.1.2 自動(dòng)控制理論發(fā)展概述,指南車 原理,指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動(dòng)離合的齒輪系裝置的車輛。 其結(jié)構(gòu)為馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個(gè)伸臂的木人，車箱內(nèi)裝有能自動(dòng)離合的齒輪系。 當(dāng)車子轉(zhuǎn)彎偏離正南方向時(shí)車轅前端就順此方向移動(dòng)，而后端則向反方向移動(dòng)，并將傳動(dòng)齒輪

7、放落，使車輪的傳動(dòng)帶動(dòng)木人下的大齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，恰好抵消車子轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的影響。,指南車后視圖,18世紀(jì)，James Watt 為控制蒸汽機(jī)速度設(shè)計(jì)的離心調(diào)節(jié)器，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的第一項(xiàng)重大成果。,1932年，Nyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)(對(duì)穩(wěn)態(tài)正弦輸入)，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。1934年，Hezen提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)的概念，討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號(hào)的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。,自動(dòng)控制理論發(fā)展概述,19

8、世紀(jì)40年代，頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供了一種可行方法，Evans提出并完善了根軌跡法。19世紀(jì)50年代末，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)在某種意義上的最佳系統(tǒng)。,自動(dòng)控制理論發(fā)展概述,20世紀(jì)60年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。從1960年到1980，確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，及復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到充分的研究。從1980年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控

9、制理論進(jìn)展集中于魯棒控制、H∞控制及其相關(guān)課題。,自動(dòng)控制理論發(fā)展概述,胚胎萌芽期（1945年以前）2. 經(jīng)典控制理論時(shí)期（1940-1960） 1945年美國人Bode “網(wǎng)絡(luò)分析與放大器的設(shè)計(jì)”，奠定了控制理論的基礎(chǔ)，50年代趨于成熟。 主要內(nèi)容：對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用頻率法、根軌跡法、相平面法、描述函數(shù)法；討論系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)和幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)等。,四個(gè)階段,3. 現(xiàn)代控制理論時(shí)期（

10、50年代末-60年代初） 空間技術(shù)的發(fā)展提出了許多復(fù)雜控制問題，用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上, Kalman “控制系統(tǒng)的一般理論”奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。解決多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。4. 大系統(tǒng)和智能控制時(shí)期 （70年代） 各學(xué)科相互滲透，要分析的系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜。例人工智能、模擬人的人腦功能、機(jī)器人等。,四個(gè)階段,發(fā)展方向：智能控制技術(shù),自動(dòng)控制成為一門科學(xué)是從1945發(fā)展起來

11、的。開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動(dòng)控制后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)控制目前滲透到更多領(lǐng)域：大系統(tǒng)、交通管理、圖書管理等生物學(xué)系統(tǒng)：生物控制論、波斯頓假肢、人造器官經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)：模擬經(jīng)濟(jì)管理過程、經(jīng)濟(jì)控制論,專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)測控制,美國MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(1952)。,美國George De

12、vol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954)。,中國批準(zhǔn)863高技術(shù)計(jì)劃，包括自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和智能機(jī)器人兩個(gè)主題(1986)。,,日本SONY公司二足步行機(jī)械人SDR-4X(2002),日本安川公司娛樂機(jī)械狗(2001),世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由前蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)。,前蘇聯(lián)東方-１號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開始了(1961)。,前蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號(hào)探測器，首次在月面軟著

13、陸成功(1966)，三年后(1969)，美國“阿波羅”11號(hào)把宇航員N. A. Armstrong 送上月球。,第一臺(tái)火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)。,旅行者Voyager 一號(hào)，二號(hào)開始走出太陽系，對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索。,現(xiàn)代化的化工廠,[動(dòng)態(tài)過程]觀測恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較得到溫度偏差的大小和方向根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值。

14、,[實(shí)質(zhì)]檢測偏差再糾正偏差。,人工控制恒溫箱,,§1.1.3 反饋控制原理,溫度偏差信號(hào)經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電流的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差?u=0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。[實(shí)質(zhì)] 檢測偏差，糾正偏差。,[動(dòng)態(tài)過程],,恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng),檢測輸出量（被控制量）的實(shí)際值； 將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比較得

15、出偏差； 用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。,可見，控制系統(tǒng)的工作原理,為了表明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成以及信號(hào)的傳遞情況， 通常把系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)用框圖表示， 并用箭頭標(biāo)明各作用量的傳遞情況，下圖便是電爐箱恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖。,方框圖可以把系統(tǒng)的組成簡單明了地表達(dá)出來， 而不必畫出具體線路。,● 　給定量（參考輸入）：人為給定的并且要求系統(tǒng)輸出量參照變化的外部指令信號(hào)，位于系統(tǒng)的輸入端。給定量與期望的輸出量之

16、間一般存在著物理量綱轉(zhuǎn)換關(guān)系。給定量可以是常值，也可以是隨時(shí)間變化的已知函數(shù)或未知函數(shù)。● 　被控量（輸出量） ：位于系統(tǒng)的輸出端，被控對(duì)象中某個(gè)需要被控制的物理量，它與給定量之間存在一定函數(shù)關(guān)系。● 　干擾（擾動(dòng)信號(hào)）：由某些因素（外部和內(nèi)部）引起的、對(duì)系統(tǒng)被控量產(chǎn)生不利影響的信號(hào)。,常用名詞術(shù)語,● 反饋：把取出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過程。若是從系統(tǒng)輸出端到系統(tǒng)輸入端，這種反饋稱為主反饋；而其他反饋

17、稱為局部反饋。若反饋的信號(hào)與輸入信號(hào)相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，則稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。 ● 前向通道： 系統(tǒng)的給定量端（輸入）到被控量端（輸出）所經(jīng)過的通路。,常用名詞術(shù)語,● 偏差： 給定量與反饋量之差?！?誤差： 系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差。系統(tǒng)期望值是理想化系統(tǒng)的輸出，實(shí)際中很難達(dá)到。在單位反饋情況下，期望值就是系統(tǒng)的給定量，則誤差就等于偏差。● 系統(tǒng)： 一些部件的組合，能完成一定的任務(wù)。系統(tǒng)的概念可以

18、應(yīng)用于抽象的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。,常用名詞術(shù)語,將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。 ——構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心 閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) 系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路； (2) 偏差起調(diào)節(jié)作用。,負(fù)反饋原理,由于存在輸出量反饋，使系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自動(dòng)減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故

19、稱之為反饋控制。,反饋本質(zhì)——測量偏差，利用偏差，減少（乃至消除）偏差,(1) 給定元件：給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（即參據(jù)量）（如電位器）。(2) 測量元件：由傳感器與反饋網(wǎng)絡(luò)組合而成，測量被控制的物理量（如速度）并將其轉(zhuǎn)換為與給定量量綱相同的物理量（如測速發(fā)電機(jī)）。 (3) 比較元件：將所檢測的被控量實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，確定兩者間的偏差。,§1.1.4 反饋控制系統(tǒng)的基本組成,控制裝置由具

20、有一定職能的各種基本元件組成：,(4) 放大元件：對(duì)微弱的偏差信號(hào)進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。(5) 執(zhí)行元件：直接驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化（如閥、電動(dòng)機(jī)、馬達(dá)）。(6) 校正元件（補(bǔ)償元件）：用于改善控制系統(tǒng)的性能和品質(zhì)。(7) 被控對(duì)象：是指系統(tǒng)中被控制的設(shè)備或過程（如電機(jī)、電爐）。,§1.1.4 反饋控制系統(tǒng)的基本組成,工作原理：根據(jù)被控量的反饋信息，即實(shí)際輸出量，來修正控制裝置對(duì)被控對(duì)象的控制作用，實(shí)現(xiàn)控

21、制任務(wù)。,反饋控制系統(tǒng)原理框圖,§1.1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式,1. 反饋控制方式,反饋控制系統(tǒng)舉例,閉環(huán)溫度控制系統(tǒng),閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),工作原理：在控制器和被控對(duì)象之間只有正向控制而沒有反饋控制，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制量沒有影響。,開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖,2. 開環(huán)控制方式,開環(huán)控制系統(tǒng)舉例,開環(huán)溫度控制系統(tǒng),開環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn): 偏差控制，可以抑制內(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)被控制量產(chǎn)生的影響。精度高、

22、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、分析麻煩。,開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。,工作原理：閉環(huán)控制與開環(huán)控制相結(jié)合的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)正饋通道，對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到精確的控制效果。,復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖,3. 復(fù)合控制方式,講授內(nèi)容,1、回顧上次課需把握的內(nèi)容2、自動(dòng)控制系統(tǒng)舉例及分析3、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類4、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求

23、,,§1.2 自動(dòng)控制示例,例：函數(shù)記錄儀,,函數(shù)記錄儀方框圖,自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類方法很多，可以從不同的角度對(duì)其進(jìn)行分類。,§1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類按系統(tǒng)輸入信號(hào)分類按系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分類按系統(tǒng)參數(shù)特性分類按系統(tǒng)時(shí)間變量特性分類其他分類方法,（1）開環(huán)控制系統(tǒng)（2）反饋控制系統(tǒng)（3）復(fù)合控制系統(tǒng),1. 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類,（1）恒值控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸入信號(hào)是某一恒定的常值

24、，要求系統(tǒng)能夠克服干擾的影響，使輸出量在這一常值附近微小變化。 　　例：連續(xù)生產(chǎn)過程中的恒溫、恒壓、恒速等自動(dòng)控制系統(tǒng)。 （2）程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸入信號(hào)是某一已知的時(shí)間函數(shù)（不是常數(shù)），要求系統(tǒng)按照該時(shí)間函數(shù)進(jìn)行順序操作?！　±簲?shù)控機(jī)床按給定程序加工一個(gè)工件、家用洗衣機(jī)等。,2. 按系統(tǒng)輸入信號(hào)分類,（3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（或稱伺服控制系統(tǒng)） 系統(tǒng)的輸入信號(hào)是一個(gè)未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求輸出

25、量能夠精確地跟隨輸入信號(hào)變化，稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 隨動(dòng)控制系統(tǒng)中的被控量是機(jī)械位置或其導(dǎo)數(shù)時(shí)，稱為伺服控制系統(tǒng)。 　例：導(dǎo)彈自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等。,（1）線性系統(tǒng) 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用一個(gè)或一組線性微分方程來描述。 　　線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程一般形式為式中， 為輸入量， 為輸出量。,,,3. 按系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分類,疊加性：當(dāng)同時(shí)存在幾個(gè)輸入量時(shí)，線性系統(tǒng)的輸出量等于各輸入量單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的輸出量之和。

26、即若當(dāng)系統(tǒng)的輸入分別為 和 時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出分別為 和 ，則當(dāng) 和 同時(shí)作用時(shí)，輸出量為 。齊次性：當(dāng)輸入量增大或縮小 Ｋ (Ｋ為實(shí)數(shù))倍時(shí)，線性系統(tǒng)的輸出量也增大或縮小相同倍數(shù)。即若系統(tǒng)的輸入為 時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出為 ，則當(dāng)輸入量為 時(shí)，輸出量為 。,,,線性系統(tǒng)的兩個(gè)重要特性,（2）非

27、線性系統(tǒng) 特點(diǎn)：系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)具有非線性特性，不滿足疊加原理。　 典型的非線性特性：繼電器特性、死區(qū)特性、飽和特性、間隙特性等。,典型的非線性特性,（1）定常系統(tǒng) 系統(tǒng)參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中相對(duì)于時(shí)間是不變的。許多物理系統(tǒng)在所觀察的時(shí)間范圍內(nèi)，可以認(rèn)為參數(shù)是定常的，它的微小變化可以忽略不計(jì)。 （2）時(shí)變系統(tǒng) 系統(tǒng)中的參數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。在工程上的大部分系統(tǒng)屬于這類系統(tǒng)。,4. 按系統(tǒng)參數(shù)特

28、性分類,（1）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng) 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入量和輸出量均為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。例：工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)。（2）離散時(shí)間系統(tǒng) 控制系統(tǒng)中有一處或一處以上的信號(hào)是脈沖序列或數(shù)字編碼 ，又稱為采樣控制系統(tǒng)。,采樣控制系統(tǒng)方框圖,5. 按系統(tǒng)時(shí)間變量特性分類,隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)作為控制器已經(jīng)廣泛引入控制系統(tǒng)中。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是通過A/D轉(zhuǎn)換器，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、處理，得到的

29、結(jié)果再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖,●　按控制系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)量分類，有單輸入－單輸出系統(tǒng)和多輸入－多輸出系統(tǒng)；,6. 其他分類方法,單入--單出 SISO（Single Input Single Output）例： 電加熱爐溫度控制系統(tǒng),多入--多出 MIMO（Multiple ----） 例： 鍋爐燃燒控制系統(tǒng),●　按控制系統(tǒng)的功能分類，有溫度控制系

30、統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等；●　按組成系統(tǒng)的部件分類，有機(jī)械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等；●　按控制理論分類，有PID控制系統(tǒng)、最優(yōu)控制系統(tǒng)、預(yù)測控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)等。,對(duì)于線性定常系統(tǒng)，性能指標(biāo)主要包括三個(gè)方面內(nèi)容：穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。,§1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求,§1.4.1 基本要求的提法,即：☆穩(wěn)（基本要求） ☆準(zhǔn)（穩(wěn)態(tài)要求） ☆快（動(dòng)態(tài)要求）,1. 穩(wěn)定性 一個(gè)控制系統(tǒng)能

31、正常工作的首要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。 穩(wěn)定系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾后，輸出會(huì)偏離正常工作狀態(tài)，但是當(dāng)干擾消失后，系統(tǒng)能夠回復(fù)到原來的工作狀態(tài)，系統(tǒng)的輸出不產(chǎn)生上述等幅振蕩、發(fā)散振蕩或單調(diào)增長運(yùn)動(dòng)。,對(duì)恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。 對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定，與外界因素?zé)o關(guān)。,用穩(wěn)態(tài)誤差來表示，記為 。在參考

32、輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。一般要求穩(wěn)態(tài)誤差在給定量的2％～5％之內(nèi)。,,2. 準(zhǔn)確性,對(duì)過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。反映控制系統(tǒng)輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)的變化情況。 當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)為階躍函數(shù)時(shí)，其輸出信號(hào)稱為階躍響應(yīng)。,階躍輸入信號(hào)和輸出響應(yīng)曲線,例：高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，

33、但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，而炮身行動(dòng)遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。,3. 快速性,階躍信號(hào)斜坡信號(hào)拋物線信號(hào)脈沖信號(hào)正弦信號(hào),§1.4.2 典型外作用,1. 階躍信號(hào)（Step Function）,階躍信號(hào)含寬頻帶諧波分量，產(chǎn)生容易。實(shí)際中，電源的突然接通、負(fù)載的突變等均可近似看作階躍信號(hào)。在時(shí)域分析中， 階躍信號(hào)用得最為廣泛。,單位階躍信號(hào),,,1,,2. 斜坡信號(hào)（Ramp Function）,斜坡信號(hào)為勻速信號(hào)，適于

34、測試勻速系統(tǒng)。當(dāng)R=1時(shí)為單位斜坡信號(hào)：r(t)=t,,3. 脈沖信號(hào)（Pulse Function）,當(dāng)R=1，ε→0時(shí)稱為單位脈沖δ(t),振幅：,周期：,頻率：,角頻率：,初相：,4. 正弦信號(hào)（Sine Function）,● 正弦信號(hào)為單頻率信號(hào)，適于測試系統(tǒng)頻率特性。,5. 拋物線信號(hào)（Parabolic Function）,拋物線信號(hào)為勻加信號(hào)，適于測試勻加速系統(tǒng)。 當(dāng)R=1時(shí)為單位拋物線信號(hào)：,本章小結(jié),重要概