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第一章自动控制的一般概念关于自动控制工程第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日第一章自动控制的一般概念1-1自动控制的基本原理与方式1-2自动控制系统示例1-3自动控制系统的分类1-4对自动控制系统的基本要求第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日1-1自动控制的基本原理与方式1、自动控制技术自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备和装置（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运行。自动控制系统＝被控对象＋控制装置被控量：即被控对象的输出量，是要求严格加以控制的物理量；控制装置：对被控对象施加控制作用的机构的总体。第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日2、自动控制科学自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论是关于自动控制系统组成、分析和设计的理论，其任务是研究自动控制系统中变量的运动规律和改变这种运动规律的可能性与途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论依据。发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理；二战之后形成以传递函数为基础的经典控制理论，主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析和设计问题；20世纪60年代之后发展了现代控制理论，主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日3、反馈(feedback)控制原理在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。反馈控制的实质是一个按偏差进行的控制过程。关键：利用手和书之间的差距，来缩小两者之间的差距。第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日3、反馈控制原理电炉温度人工控制系统方块图人工控制调节过程：观测电炉内温度；与要求的温度进行比较，得到温度偏差的大小和方向；根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日3、反馈控制原理电炉温度自动控制系统方块图第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日3、反馈控制原理用测量元件检测被控制的物理量（输出量）的实际值；将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差；用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持在期望输出。反馈控制系统必须具备测量、比较和执行三个基本功能。第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日控制系统方块图(blockdiagram)方块：被控对象和控制装置的各元部件（硬件）；信号线：系统中感兴趣的物理量（信号），用箭头表示其流向；用进入方块的箭头表示各元部件的输入量，用离开方块的箭头表示其输出量；被控对象的输出量便是系统的输出量，即被控量，一般置于方块图的最右端，系统的输入量一般置于系统方块图的左端。?：代表比较元件，“–”表示负反馈，“+”表示正反馈。第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日4、反馈控制系统的基本组成控制装置第10页，共34页，星期日，2025年，2月5日4、反馈控制系统的基本组成被控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程；测量元件：检测被控制的物理量；给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量；比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的输入量进行比较，求出它们之间的偏差；放大元件：将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象；执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化；校正元件：也叫补偿元件，它是结构或参数便于调整的元部件，用串联或反馈连接在系统中，以改善系统的性能。第11页，共34页，星期日，2025年，2月5日5、自动控制系统基本控制方式开环控制方式控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。反馈控制方式将输出量的测量值与期望的输出值相比较，产生偏差信号并将偏差信号作用于执行机构的控制过程，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。第12页，共34页，星期日，2025年，2月5日开环控制方式1、按给定值控制的开环控制系统2、按干扰控制的开环控制系统干扰信号：不需要的输入信号，它影响系统输出。只适用于扰动是可测量的场合，且一个补偿装置只能补偿一种扰动因素。第13页，共34页，星期日，2025年