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1-1 引言 一. 自动控制的概念及应用 1.控制：是使某些物理量按指定的规律变化（包括保持恒定），以保证生产的安全性，经济性及产品质量等要求的技术手段。 2.自动控制：就是应用自动化仪表或控制装置代替人，自动地对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求。 3. 自动控制的应用 ●锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 ●数控机床按照预定的程序自动地切削工件 ●导弹发射与制导系统，自动地使导弹攻击敌方目标 ●无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 ●人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收 自动控制技术的应用范围已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代社会活动中不可缺少的重要组成部分。 二.自动控制理论的发展 1.经典控制理论 1-2 自动控制系统的基本概念 一.自动控制系统 自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。 1.被控对象：（要求实现自动控制的机器设备或生产过程） 2.被控制量：（指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量） 3.给定值：（根据生产要求，被控制量需要达到的数值） 4.扰动：（破坏控制量与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外扰，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数的变化，称为内扰） 给定值和扰动通称为输入量。 5.控制装置：（能够对被控对象起控制作用的设备总称） 二.原理方框图 2.应用 目前比较常见的开环控制系统有自动售货机，自动洗衣机，自动流水线，包装机等。 四.闭环控制系统 1定义：输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫闭环控制系统。 反馈：是把系统输出量全部或一部分回送到输入端，以增强或减弱输入信号的效应。 水箱原来处于一个平衡状态，q1(t)=q2(t)=0。如果打开阀门，冲水，冲好后关上阀门，h(t)发生变化，水位下降， △h变大，通过浮子反馈到执行机构。机械杠杆带动活塞打开， q1(t)变大，使△h 变小，浮子上浮，活塞也上升，直至达到新的平衡。 原理方框图： 主反馈：直接取自系统输出端n，经过测量和变换，又引入到系统输入端的信号ub叫主反馈信号，相应的反馈叫主反馈。 前向通道：从系统输入端到输出量之间的通道称为前向通道。 主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道称为主反馈通道。 单位反馈系统：主反馈信号等于输出量的系统叫单位反馈系统。 非单位反馈系统：主反馈信号不等于输出量的系统叫非单位反馈系统。 局部反馈：对应内回路。 主回路：主反馈闭合了除系统输入信号和干扰信号以外的其它所有信号，所形成的闭合回路称为主回路。 给定元件：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。 测量元件：测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化成与输入量相同。 比较元件：比较系统的输入量和主反馈信号，并给出两者之间的偏差。 放大元件：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。 执行元件：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，操作系统的输出量，使之按照输入量的变化规律而变化。 开环控制系统： 1. 结构简单经济 2.调试方便 3.抗干扰能力差，控制精度不高。 闭环控制系统： 1.系统具有纠正偏差的能力。 2.抗扰性好，控制精度高。 3.包含元件多，结构复杂，价格高。 4.参数应选择适当。 开环＋闭环＝复合控制系统（兼有两者的优点，精度很高） 1-3 自动控制系统的分类 一.分类 1.根据结构划分 a.负反馈系统 b.前馈控制系统 c.复合控制系统 2.按给定值的形式划分 a.定值控制系统（输入量是恒定的常值，任务：在各种扰动作用下都能使输出量保持在恒定希望值附近，如恒温、水位、恒压控制系统） b.随动系统（也叫伺服系统，跟踪系统） 这种控制系统的输入量是事先不知道的任意时间函数。任务：使输出量迅速而准确地跟随输入量的变化而变化。比如：飞机和舰船的操舵系统，雷达自动跟踪系统。 c.程序控制系统（输入