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自动控制原理 自动控制的概念 自动控制技术的应用 自动控制理论的发展 经典控制理论 经典控制理论 经典控制理论的基本特征 现代控制理论 大系统理论 智能控制 目 录 第一章 引 论 1-1 开环控制和闭环控制 开环控制系统和闭环控制系统 1-2 自动控制系统的类型 1- 3 自动控制理论概要 1-4 自动控制系统中的术语和定义 教与学系统方框图 恒温箱控制系统 闭环控制 液面控制系统 开环控制 液面控制系统 闭环控制 液面控制系统 闭环控制 介绍几种常用的分类方法 一、恒值控制系统/随动控制系统 按给定量的特征分类。 恒值控制系统：又称为自动调整系统或自镇定系统。给定量是恒定不变的常量。系统的基本任务是保证在任何扰动的作用下能尽快地恢复（或接近）到原有的稳态值。如前面介绍的自动调速系统和液面控制系统。 随动控制系统：又称伺服系统。给定量是变化的。系统的基本任务是保证被控量以一定的精度跟随给定量变化。如雷达高射炮的角度控制系统。 ★ 二、线性控制系统/非线性控制系统 按组成系统的元件的特征分类。 线性控制系统：由线性元件组成，系统的输入与输出间的关系用线性微分方程或差分方程描述，线性系统具有齐次性和叠加性，且系统的响应与初始状态无关。如果线性系统中的参数不随时间而变化，则称为线性定常系统或自治系统；反之，则称为线性时变系统或非自治系统。 非线性控制系统：系统中含有一个或多个非线性元件，输入与输出间的关系用非线性微分方程来描述，非线性系统不具有齐次性和叠加性，且系统的响应与初始状态有很大关系。 ★ 严格来说，绝对的线性控制系统（或元件）是不存在的，但在误差允许范围内，可以将某些非线性特性线性化。 三、连续控制系统/离散控制系统 按系统中信号是连续的还是离散的进行分类。 连续控制系统：系统中各部分的信号都是连续时间变量的函数。如前述的水位控制系统和温度控制系统。 离散控制系统：系统中某一处或多处的信号是离散信号。如脉冲和数码都属于离散信号。在系统中采用采样开关，将连续信号转变为离散的脉冲信号去进行控制的系统称为采样控制系统或脉冲控制系统；离散信号以数码形式传递的系统称为数字控制系统。计算机控制系统就是一种常见的离散控制系统。 ★ 因为数码形式的控制信号远比模拟控制信号的抗干扰能力强，所以一般来说，数字控制的精度高于连续控制，但数字控制系统的结构比较复杂。 四、单输入单输出系统/多输入多输出系统 单输入单输出系统：也称为单变量系统。输入量和输出量各为一个，系统结构较为简单。 多输入多输出系统：也称为多变量系统。输入量和输出量多于一个，系统结构比较复杂，回路多。一个输入量对数个输出量都有控制作用，同时一个输出量往往受多个输入量控制，也就是说相互之间有耦合作用。 ★ 五、确定系统/不确定系统 确定系统：系统的结构和参数是确定的、已知的，系统的输入信号（包括参考输入及扰动）也是确定的，可用解析式或图表确切表示。若系统输入信号基本上是确定的，但夹杂有不严重且其影响可忽略不计的噪声时，则此系统也可视为确定系统。 不确定系统：系统本身或作用于该系统的输入信号不确定。例如系统的输入信号混杂有随机噪声，系统使用的元、器件的特性有随机干扰等就构成简单的不确定系统。 ★ 六、集中参数系统/分布参数系统 集中参数系统：能用常微分方程描述的系统称为集中参数系统。这种系统中的参量或是定常的，或者是时间的函数，系统的各状态（输入量、输出量及中间量）都只是时间的函数，因此，可以用时间作为变量的常微分方程描述其运动规律。 分布参数系统：不能用常微分方程，而需要偏微分方程描述的系统称为分布参数系统。在这种系统中，可能是一部分环节能用常微分方程描述，但至少有一个环节需要偏微分方程描述其运动。这个环节的参量不只是时间的函数（也许与时间无关，对时间而言是定常的），而是明显地依赖这一环节的状态。因此，系统的的输出将不单纯是时间变量的函数，而且还是系统内部状态变量的函数，所以需用偏微分方程描述系统。 ★ ★ 本课程重点： 介绍研究单变量、集中参数、恒值、线性定常、连续系统的理论和方法。 自动控制理论的内容：控制系统的分析与设计。 1.稳定性 稳定性是对控制系统最基本的要求。 当系统受到扰动作用后会偏离原来的平衡状态，但当扰动消失后，经过一定的时间，如果系统仍能回到原来的平衡状态，则称系统是稳定的。 一、自动控制系统需要分析的问题 不稳定的系统是