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内容回顾 第一章 自动控制系统概述 1.1 引言 1.2 自动控制系统的基本概念 1.3 控制系统的基本结构形式 1.4 闭环控制系统的组成和基本环节 1.5 自动控制系统分类 1.6 对自动控制系统的基本要求 自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。 控制系统的基本结构形式 开环控制系统 闭环控制系统 复合控制系统 闭环控制系统的组成和基本环节 图中，1是给定环节；2是比较环节；3是校正环节；4是放大环节；5是执行机构；6是被控对象；7是检测装置。 闭环控制系统的分类 按照输入信号分类，控制系统可分为定值控制系统、伺服系统和程序控制系统。 按照系统是否满足叠加原理，系统可分为线性系统和非线性系统两类 。 按控制系统信号性质分，连续控制系统和离散控制系统 为实现自动控制，必须对控制系统提出一定的要求。 对于闭环控制系统，输入量和扰动量均不变时，输出量也恒定不变，这种状态称为平衡态或静态、稳态； 输入量或扰动量变化时，反馈量将与输入量产生偏差，通过控制器的作用,使输出量最终稳定，即达到一个新的平衡状态 ； 由于各环节存在惯性，系统从一个平衡点到另一个平衡点无法瞬间完成，存在过渡过程，亦称为动态过程或暂态过程。 1．6 对自动控制系统的基本要求 根据系统稳态输出和暂态过程的特性，对闭环控制系统的 基本要求可以归纳为三个方面：稳、快、准。 1、稳：控制系统的稳定性与平稳性。 稳定性是指控制系统偏离平衡状态后，自动恢复到平衡状态的能力； 控制系统必须具有稳定性（系统正常工作的必要条件）； 稳定的控制系统必然存在过渡过程； 稳定与否通常可以用曲线来描述（如下图所示）。 平稳是指动态过程振荡的振幅和频率。即被控量围绕给定值摆动的幅度和摆动的次数。好的动态过程摆动的幅度小，摆动的次数少。 2、快：系统的快速性，即动态过程进行的时间长短。 稳和快反映了系统在控制过程中的性能。系统在跟踪过程中，被控量偏离给定值越小，偏离时间越短，说明系统的动态精度越高。 3、准：就是要求被控量和设定值之间的误差达到所要求的精度范围 。 准确性反映了系统的稳态精度 通常控制系统的稳态精度可以用稳态误差来表示： 即对一个稳定系统来说，过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差，稳态误差越小，准确度越好。 cr(t)——系统希望输出；c(t) ——实际输出 两者误差—— e(t) = cr(t) - c(t) 稳态误差—— 根据输入点的不同，一般可以分为参考输入稳态误差和扰动输入稳态误差。 稳态误差与系统的类型和输入信号有关。 对于随动系统或其他有控制轨迹要求的系统，还应当考虑动态误差 。 注意：不同性质的控制系统对稳、快、准的要求各有侧重。而对于同一系统，稳、快、准的要求之间相互制约，提高过程的快速性，可能会引起系统强烈振荡；改善了平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至使最终精度也很差。分析和解决这些矛盾，将是本课程讨论的重要内容。 td ①延迟时间td tr ②上升时间tr ③峰值时间tp tp ④超调量% % ⑤调节时间ts 误差带 ts ⑥振荡次数N ⑦稳态误差ess 控制系统的典型单位阶跃响应 ess=1-h() 暂态性能指标： 上升时间是指输出量在暂态过程中第一次到达稳态值所需的时间。 调节时间是指输出量与稳态值之间的误差达到所允许范围并维持在此范围内所需的时间。 快速性 稳态误差 平稳性 最终(稳态)精度 自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学，而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。 解决的基本问题： 建立系统的数学模型（建模） 分析控制系统的性能（分析）:给定系统结构和参数,计算分析稳、准、快三个指标 控制系统的综合与校正——控制器设计（综合）：在已知被控对象和给定性能指标的前提下,如何选择参数、改变结构，或采用何种校正方式使系统满足性能指标 自动控制原理及其要解决的基本问题 自动控制原理研究的主要内容 经典控制理论 现代控制理论 研究对象 单输入、单输出系统（SISO） 多输入、多输出系统（MIMO） 数学模型 传递函数 状态方程 研究手段 频域法、根轨迹法 状态空间方法 研究目的 系统综合、校正 最优控制、系统辨识、最佳估计、自适应控制 课 程 小 结 自动控制的一般概念 基本控制方式 控制系统的基本组成 控制系统的分类 对控制系统的要求 课程