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第一章：自动控制理论的一般概念 §1.1引言 §1.2自动控制理论发展概述 发展过程： 19世纪 20世纪60年代初 应用：深入到人民生产、生活的各个领域 日常生活：收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机… 工程：数控机床、合成塔、核反应堆… 军事:火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机… 科技：航天飞机、卫星姿态控制、机器人… §1.3自动控制和自动控制系统的基本概念 自动控制: 在无人直接参与的情况下，使被控对象的一个物理量（被控量）按预定规律（给定量）运行。 自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。 举例： 被控对象 被控量C 给定量R 炉温控制系统 烘炉 炉温T （T希望值） X-Y记录仪 笔 笔位移L （L希望值） 液压控制系统 水箱 水箱水位H （H希望值） 开环（信号单向流动） 特点：简单、稳定、精度低。 闭环（信号有反向作用） 特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。 复合（前向联系、反向作用） 特点：性能要求高时用之。 例如：炉温系统可以采用开环或闭环的。 闭环控制工作原理： 外部作用： 控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。 负反馈原理——构成闭环控制系统的核心 把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。 负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统 1）、有反馈，信号流动构成闭回路。 2）、按偏差进行控制。 §1.4控制系统的组成 组成（以X-Y记录仪为例） 控制器： 测量元件：测量被控量 比较元件：产生偏差信号 放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大 执行机构：对被控对象施加作用 校正元件：改善系统性能 给定元件：给出输入信号 二、外部作用： 1．给定量：使被控量跟随给定量。 2．干扰量：使被控量偏离给定量。 自控系统的目的在于：排除扰动量的影响，使被控量随给定量而变化。 例：液面控制系统： 介绍由原理图画方块图的步骤：（以角度随动系统为例） 看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。 从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。 依原理图补上中间部分。 §1.5 示例 §1.6 分类（按r形式） 按特性分：线性、非线性、定常或时变 ◇ 负反馈（闭环）控制原理：——构成自控系统的核心 根据给定量与被控量之间的偏差，产生控制作用，并力图减小偏差，使被控量趋于给定量。 ◇ 闭环（负反馈）控制系统的特点：——用以区分开、闭环系统 是按偏差控制的、具有负反馈的闭环系统 §1.7 控制系统的基本要求--是否只要构成负反馈就能正常工作? 一、控制过程分析：（加阶跃输入，以X-Y记录仪为例） 可见：控制过程有一个过渡过程： 振荡原因： 内部原因：系统有惯性，有储能元件。 外部原因：参数配置不当。 分类（按输入信号的形式不同） 稳定系统（调节系统）:r（t）是定常值（如炉温系统） 随动系统（跟踪系统）：r（t）是时变量（如角度控制系统） 挑瓜、钉丁 打炮、踢球 单位 阶跃 合闸 滴注、龙头 单位 斜坡 匀速跟踪 频域分析 正弦函数 交流电压 2.对系统的阶跃响应性能要求： 我们要求被控量尽可能好地跟踪给定量，但常常不能完全符合。例如角度系统。 §1.8 本课程的研究内容 自动控制系统概念的扩展(见非控稿第1-4页) 本次课的重点： ⑴掌握有关自动控制理论的一些基本概念 ⑵掌握负反馈控制原理 ⑶掌握由工作原理图画出相应方框图的方法 自动控制系统概念的扩展： 生物领域：人体温的调节机能 眼睛瞳孔对光线的调节能力 人手拿书的控制过程 经济领域：价值规律：商品价格由市场供需关系的调节在商品价值附近波动的过程 社会领域：教学过程： 作业布置：第一章1-5题 参考书： [1]自动控制原理 北航、孙虎章 中央电大出版社 [2]自动控制原理(上册) 三院校合编 国防工业出版社 [3]现代控制工程 [日]绪方胜彦 本课程的内容及其任务