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控制工程基础 教材: 《控制工程基础》 王益群、孔祥东主编，机械工业出版社 参考资料: 《机械工程控制基础》 柳洪义主编，科学出版社 《自动控制原理》 周其节主编，华南理工大学出版社 《自动控制原理》 李友善主编，国防工业出版社 自动控制原理在现实生活中的应用 自动控制原理在现实生活中的应用 自动控制原理在现实生活中的应用 自动控制原理在现实生活中的应用 第一章 绪论 控制工程 应用控制论(Cybernetics)的原理和方法，研究工程技术领域 中有关问题的一门技术科学。 1765年，瓦特发明了蒸汽机； 1788年，瓦特采用离心式飞锤调速器控制蒸汽机的转速，这引发了 对系统稳定性的讨论； 1868年，麦克斯威尔发表了对离心调速器进行理论分析的论文，从 理论上分析了飞锤调速器的动态特性； 其后，罗斯、奈魁斯特、伯德等人建立了控制系统的稳定性理论， 经典控制理论逐渐形成； 1948年，维纳发表了“控制论——关于在动物和机器中控制和 通讯的科学”，提出了控制论的三个要素： 信息 反馈 控制 维纳把控制论推广到机器系统、生物系统、社会和经济系统。 控制论的研究对象是系统，研究系统如何才能实现稳定的、有目的 的运动。 控制论深刻地揭示了： 系统存在着信息的转换、传递和反馈，并且可以利用反馈进行控制 的客观规律。 自动控制理论的发展过程 §1-1 控制系统的 基本工作原理 一 反馈控制原理 例：恒温炉自动控制系统 在恒温炉自动控制系统中： 恒温炉 被控对象； 实际炉温 被控量，是表示恒温炉状态的信息，称为系统的输出 信号，简称输出； 期望炉温 是控制信息，称为系统的输入信号，简称输入； 实际炉温由热电偶测出，并转化为电压 ub， ub 返回到给定电位器 （输入端），再输入到系统中去。 恒温炉自动控制系统的系统方块图 信息由输出端返回到输入端的传递方式，称为信息的反馈。 反馈到输入端的信息，称为反馈信号，简称反馈。 与输入信号相比较（即相减）的反馈信号，称为负反馈。 反馈信号与输入信号相比较的结果，称为偏差信号，简称偏差。 偏差 ＝ 输入 － 反馈 二 名词术语 控制 根据某种原理或方法，使被控对象的被控量，按预期规律 变化的操纵过程； 系统 由相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体； 控制系统 为了实现某种控制目的而构成的系统，使受控对象的状 态按照预期规律变化的系统； 输入 系统接受到的、对其状态（或被控量）有影响（或有控 制作用）的信息； 输入是期望输出的函数。 输出 系统表现出来的、受输入影响（或控制的）的状态； 输出也是信息，常称为响应。 对控制系统而言，输出就是被控量。 扰动 对系统的输出产生不利影响的信息； 内扰 系统内部参数变化引起的扰动； 外扰 由系统外部环境、负载或能源变化产生的扰动； 反馈 输出的全部或一部分，直接或经过转换后，返回传递 到输入端，再向系统输入的信息； 反馈是输出的函数，并与输入的量纲相同。 负反馈 与输入保持相比较（或相减）关系的反馈，称为 负反馈，反之称为正反馈； 主反馈 由系统的输出端返回到系统的输入端的反馈，称 为主反馈，否则称为局部反馈； 固有反馈（内在反馈） 由于系统本身固有的、内在相互作用而形成的反馈； §1-2. 自动控制系统的基本类型 一 按反馈的情况分类 1 闭环控制系统 闭环控制系统 具有为控制目的而特意设置的主反馈（负反馈）的 控制系统，又称反馈控制系统。 给定元件 接受指令并将其转换为输入的元件； 指令是表示期望输出的信息。 反馈元件 检测输出并将其转化为反馈的元件； 比较元件 将输入与反馈进行比较，并得出偏差的元件； 从广义上讲，比较元件是对信息进行合成的元件。 放大及运算元件