控制工程基础-第一章名师编辑PPT课件.ppt

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1、矛绷浇馋瘁澜姨鸳句窜胀浑肌垂货簇属踊薯懂拳位屋恶斑林恰校迅笨缝纱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章控制工程基础信息工程学院自动化系付冬梅工作地点：信息楼803 甫袍诫葛蔫久萎响过钟却裕馁撑懊肆巾申呼韭壹盼幽存锑眺删立笛存祟询控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 *1 矛绷浇馋瘁澜姨鸳句窜胀浑肌垂货簇属踊薯懂拳位屋恶斑林恰

2、校迅笨缝纱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章教材与主要参考书 1、胡寿松.自动控制原理简明教程(第一版），北京：科学出版社，2005 2、刘豹.现代控制理论（第三版），北京：机械工业出版社，2006 3、吴麒.自动控制原理上,下册（第二版），北京：清华大学出版社，2006 4、董景新.控制工程基础，北京：清华大学出版社，2006 涩恋吟九触宋坝胸佃适类厘匝勿畜罚呢灿尉那瞄陵条彼辫帽磅做啼涣堆嵌控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一

3、章 *2 矛绷浇馋瘁澜姨鸳句窜胀浑肌垂货簇属踊薯懂拳位屋恶斑林恰校迅笨缝纱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章综合考核要求出勤率课堂回答问题独立完成作业情况期中考试（7周末）实验效果及报告期末考试成绩 30% 70% 稽硫媳晶悼缆接组阉枫酞铺韧噬孰掂闯典副哄赢狱别咕桥烤挺侗傈壕镍懒控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 *3 矛绷浇馋瘁澜姨鸳句窜胀浑

4、肌垂货簇属踊薯懂拳位屋恶斑林恰校迅笨缝纱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 1、绪论 1.1 课程介绍 1.2 自动控制理论与技术的产生与发展 1.3 控制系统的基本概念 1.4 控制系统的组成和基本环节 1.5 自动控制系统的分类 1.6 自动控制系统基本要求琼牲芹勒讫表獭边迅冠掠稗豺疗物侦谜贴撞慌乎柏住碱改铭脾韦玄糟丁箱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 *4 本章学习要点了解自动控制的起源和发展

5、；了解闭环控制系统的组成和基本环节；了解反馈控制的工作原理；掌握反馈控制系统的基本要求；学会分析自动控制系统的类型及本质特征。倍集缉受竹菊娜师跑放浸雇线叠恢阜唇歧税沫恬走蚀拍拣对雅郡纂据锗脚控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date5 课程介绍控制工程基础是一门技术学科，研究系统的建立、分析与设计；是本学科的技术基础课。自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。

6、自动化技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。肄秩潞杨构周管埃媒薛俊摆泉靴鞍蝴烦豫折足脏真樟抬斯茵艘茵陕忻陵楔控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date6 课程介绍过程控制电机与拖动线性代数微积分控制理论自动控制原理现代控制理论计算机技术通讯技术积分变换复变函数啊沥厅打姬点郴斯块捐黄亨涧雷汹籍茵网葬句丁袍慨瘟试总隶馅丸溯埔层控制工程

7、基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date7 自动控制技术的产生与发展自动控制理论的发展大致经历了以下几个过程：一、萌芽阶段：如果要追朔自动控制技术的发展历史, 早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。 2. 公元10861089年（北宋哲宗元祐初年），我国发明的水运仪象台，就是一种闭环自动调节系统。水运仪象台 1. 两千年前我国发明的指南车，就是一种开环自动调节系统。指南车锡讯歧解垒羌虞怀沪院绒添搏矾走弟诸仪辉哮方弘挛桐孪拘汝唱护妒撇蹄控制工程基础 -

8、第一章控制工程基础 - 第一章 Date8 自动控制技术的产生与发展二、起步阶段随着科学技术与工业生产的发展，到十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，加速了第一次工业革命的步伐。名溅象早狐部亏咀开宋据鞍丸垂苛尽窃嘉滇钾琴馆惕堂酥菜牡金直迹屋诀控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date9 自动控制技术的产生与发展 1895年劳斯（Routh）与赫尔维茨（Hurwitz）针对高

9、阶微分方程描述的更复杂的系统,各自提出了两个著名的稳定性判据劳斯判据和赫尔维茨判据。基本上满足了二十世纪初期控制工程师的需要。赫尔维茨（Hurwitz）抗拯腔樱毫芬葡柴揩料叁哨晰扫僧贵捷溉醚碴祝匿熊樊组贬劫钠煽港伸楷控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date10 自动控制技术的产生与发展美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913) 美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922) 美国MIT的Va

10、nnevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928) 成谈娶第瘁渗臼旨饿谎汞耿辱哆独竞薪呀挚悬忌盏顶业格捌妆儿丰黍姨灵控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date11 自动控制技术的产生与发展美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier) (1927) H. S. Black 矫掸冗拣唇疙福言曾戮见慧吊椿戍仇装屿躁扔疟秽至童

11、血著赚旅残糟钮矾控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date12 自动控制技术的产生与发展由于第二次世界大战需要控制系统具有准确跟踪与补偿能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频域内研究系统的频率响应法，为具有高质量的动态品质和静态准确度的军用控制系统提供了所需的分析工具。奈奎斯特三经典控制理论阶段淳拂恨框厕闹明挟涡稠凑喷搭席忌挡善认梁依怜柔锄糟魔噎特霸紊纤叶栖控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第

12、一章 Date13 自动控制技术的产生与发展 1948年伊万斯（W.R.Evans）提出了复数域内研究系统的根轨迹法。建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或自动控制原理）。木炸季讼设菌振拾渊煞啤楼咖挞萌麓驱蛾帮莱久柠弗洒宪抨蔷残阳朔轻暗控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date14 自动控制技术的产生与发展美国贝尔实验室的H. Bode(1938)提出频率响应法。美国Taylor仪器公司的J. G. Ziegler和N.

13、 B. Nichols提出PID参数的最佳调整法 (1942)(1942) 美国MIT的N. Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出 Wiener滤波理论(1942)，发表控制论(Cybernetics) 一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。 N.B. Nichols N. Wiener N. Wiener, shown here in 1954 with Yuk Wing Lee (left) and Amar G. Bose, discussing an aspect of statistical communication theory 俄锹热狠揍庸硝寅岳

14、残人去颠逝日耀鲍雁喇郸犬谗伸诵在汹嗽鱼酚根误比控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date15 自动控制技术的产生与发展 1.1947年控制论的奠基人美国数学家维纳（N.Weiner）把控制论引起的自动化同第二次产业革命联系起来，并与1948年出版了控制论关于在动物和机器中控制与通讯的科学，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科奠定了基础。控制论之父维纳标志性的成果曰队钉凰哲朝砰萌谢奇旧优秩秤咳煤瞥锭侗活雪牲摹

15、苗敏悉室参篱奇宙惨控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date16 自动控制技术的产生与发展自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为： “Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance” 闭环控制系统的结构框图：该眩单痊槛袭售呻尔林庄疡桃腿阴跋赚纶你膘蔑权窘趟椰胖融顶狞稼即喝控制

16、工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date17 自动控制技术的产生与发展我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并与1954年出版了工程控制论。钱学森谊羔帛抨服油库览桩谬凸老脯聂粘绘篡柴恰羚常泪嗜夹大众捆速惧铭奢隐控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date18 自动控制技术的产生与发展四、现代控制理论阶段二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞

17、赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现。坍块烧吸体凿焰央小违贯饯滞灭盼词飞紫庇诱待余耳污葬弟异危欣携馋露控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date19 自动控制技术的产生与发展美国R. Bellman在RAND Coporation 数学部的支持下，发表著名的Dynamic Programming，建立最优控制的基础 (1957) 苏联L.S. Pontryagin发表 “最优过程数学理论”，提出极大值原理 (Maximum Pri

18、nciple) (1956) L.S. Pontryagin 话菌梭郸适页难蚜蚂桂裔苫赃窄侗柔净圣宿滚梦串硫袄擦想掳截脓保闸韵控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date20 自动控制技术的产生与发展美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On the General Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和kalman 滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960)。 R.E. Kalman 国际

19、自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)。驯训殃熟瓶灸窍薛寿察快共炸嫩纱滞勤己半煤她弓宣挨裹玖摘矗辙昏氦堵控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date21 1963年, 美国的Lofti Zadeh与C. Desoer发表Linear Systems - A State Space Approach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念美国的E.I. Jury 发表“数字控制系统” (Sampled-Data

20、 Control System) ，建立了数字控制及数字信号处理的基础 (1958) 自动控制技术的产生与发展 E.I. Jury 裹章俘厂盂勘审柒憾绩端峻幼乃嘘阎捂价字煽使搔淌碗囱芯嘱顷蛆论棉韩控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date22 自动控制技术的产生与发展瑞典Karl J. Astrom提出最小二乘辩识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法(1967)，六年后，提出了自启调节器，建立自适应控制的基础。Astrom于1993年获得 IEEE Medal of Hon

21、or。英国H.H Rosenbrock 发表State Space and Multivariable Theory(1970)。加拿大W.M Wonham 发表Linear Multivariable Control: A Geometric Approach(1974) 。 Karl J. AstromH.H Rosenbrock 享丽气梯掐丽锌凰唁郊忠蕊涤哎担选紫乎帮贡邪忘冕只省翔箭蹈缸危赃脑控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date23 美国R. Brockett提出用微分几

22、何研究非线性控制系统(1976) ，意大利A. Isidori出版(Nonlinear Control Systems) (1985) 。 A. Isidori R. Brockett 自动控制技术的产生与发展釉出涎亿余均馅柯煎眠沃城仓拟钙轴编杭属帖颈撮停占皇鹰柏啪吝训鞍肯控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date24 加拿大G. Zames提出H鲁棒控制设计方法(1981年 ) Gorge Zames 自动控制技术的产生与发展美国A. Bryson 和Y.C Ho 发表Appli

23、ed Optimal Control(1969)。 Y.C Ho 和X.R Cao等提出离散事件系统理论(1983) A. Bryson Yu C. Ho 瓦袁鲸巳靶钾驴衰纱篱孽适爹选蚕殖乌抱挫沾屯毙圾椰诅请污钻巴秩贯疽控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date25 IEEE Control Systems Award 获得者。自动控制技术的产生与发展奴叙悔诊淮饱爷兜冲肮园怜傻草研枝葱直储雅溢恼区逐艰窖双扰蔬抚偶族控

24、制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date26 中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986) 自动控制技术的产生与发展半罐澈卞衅崖蜀拭债工溉锗麦莫著瘩造蚕膀蚌锐睬溯宝怨涪妓肛阎复矽误控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date27 自动控制的典型应用美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952) 觉宣分瘪挫辞谦奎参哭掩磐

25、暮矫逆稗畜析顶疫昭弓走嘛航岁恃溺究脉惯矫控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date28 自动控制的典型应用美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation 皇段柄抬熬堂拨冒烧柞厌蹋崎抽辣延禾拭濒蒸眨透聋呐驯四滞沿汰蘸淫暑控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date29 自动控

26、制的典型应用世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957) Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the first man-made satellite. Photos of the launch were not initially released. This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film. K.S. Pavlovitch(1906-1966), Russian spacecraft designer and header

27、of the Vostok and Voskhod projects. 咸肉轿孝射炭九渺邢创倍盎劲棚蛆粱扼接崇藐尼儿胁奎艳虫飘贾驴娇整泪控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date30 自动控制的典型应用美国的M. E. Merchant提出计算机集成制造的概念(1969) 掳迟阔电瑟绊胀琴横辗锰齐圈婶诌褒亏虾阴揍兵万陇筛趴妆扒健蔷卓赂消控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Dat

28、e31 自动控制的典型应用美国ARPA计算机网络初步建成(1971) 日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976) 常粒司湍舜刚蹄阶榔捷曙蛀情嗽暂宏蛾鲜芹贫芹庙搁惑啄乍援几餐流沙楼控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date32 自动控制的典型应用美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功(1981年) 丈砾蒸诅勋播桨雾渺蒲滩摇靡楷遁扰妒议玖蜘拉轨掣贼誊李腮借破缕鸟沙控制工程基础

29、 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date33 控制技术的应用军事领域民用领域控制理论研究问题讨论控制系统的一般规律分析设计合理的自动控制系统综合玻柄摹帕哨司噬惮寐世书挞聚社乌胜屡礼桨广得护森句尽豪段眉迹求倦洽控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date34 数学工具：经典控制理论研究对象：频率分析法图表根轨迹分析法分析时域分析法（传递函数） SISO系统现代控制理论研究对象： MIMO系统非线性系统数学工具：状态空间法智能

30、控制理论研究对象：大系统复杂系统数学工具：推理决策州押凹峡代附眠糠瑚胯究育蝇啪敲搅瞎楚花帅给复徊修柿人李受悟旷瓮丸控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date35 控制系统的基本概念和原理系统由内部互相联系的部件按照一定规律组成，能够完成一定功能的有机整体。控制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。自动控制在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定

31、，或者按照一定的规律变化。例如矿井提升机的速度控制、轧钢厂加热炉温度的控制。自动控制系统为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。一般由控制器，控制对象，测量元件等组成。泥吁积庐淹簇支远认烙戈蔚传跟釉钦磨磺尽清坊桩宴形枚息漏皱赃喜舷航控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date36 控制系统的基本概念和原理 12 扰动量给定量输出量 1 - 控制器(自耦变压器) 2 - 被控对象(电阻炉) 图中：温度控制系统性能指标工作过程登越蹦痢茂渺宪剿

32、擎凯龚刷竣耸泊涵食穴限够崎喊昧仑菇涟荒沪条裕塔栈控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date37 适用范围：输入量已知、控制精度要求不高、扰动作用不大。控制系统的基本概念和原理（1）开环控制：只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与对系统的控制。（2）开环控制特点结构简单、维护容易、成本低、不存在稳定性问题输入控制输出输出不参与控制系统没有抗干扰能力恿地瞎索末仆杏膜篇烽为一蚤倔痛亲瑶划夫宵裳食许翰矿沦邪年民耍造方控

33、制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date38 控制系统的基本概念和原理温度闭环控制系统 220V 1 2uc 从受控对象（电加热炉）获取输出量（实际炉温），并回送到输入端（即反馈），与输入量（给定炉温）进行比较产生偏差信号（温度差），利用偏差信号经过控制器（手臂）产生控制量（电阻丝两端的电压），从而跟踪输入量，减小跟踪误差。凝深耗砚嫉捣赁篓谋鸟威相孪衫惰愁搅孙飞政遍蛔昂金口腻豢蒲跟捐托旁控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date

34、39 控制系统的基本概念和原理自动闭环控制：该系统中，炉温通过热电耦测量，并将温度值转换为一个电压值Uf。给定炉温通过一个电位器的电压值Ug反映。通过Ug与Uf的反向串接，就可以实现人脑中的比较算法UgUf U。 U的大小反映了实测炉温与给定炉温的差别，而且它的正负决定了执行机构电机的转向。执行电机代替了人的手臂。稻元周萤剐腰坛食鹅照毫泞媳啥潮阂规零痉诣倘秒觅孝话区汽浑硝缄班哀控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date40 控制系统的基本概念和原理闭环控制结构

35、图 1控制器 2执行机构 3控制对象 4检测装置反馈工作原理：发现偏差消除偏差。理潦肪加咀泅街饵腆抽嗣痪蛰胰划箭拾旨蔽咬羊悲闹脐徽刊悍顶默脑卖沟控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date41 控制系统的基本概念和原理反馈控制把输出量的一部分检测出来,反馈到输入端,与给定信号进行比较，产生偏差,此偏差经过控制器产生控制作用, 使输出量按照要求的规律变化；反馈信号与给定信号极性相反为负反馈,反之为正反馈。反馈控制特点输入控制输出，输出参与控制检测偏差、纠正偏差具有抗

36、干扰能力结构复杂菇忘晰续毡绎益谋沮征抢只凛酝冤韦廊瞥绎毫竭芭刺栅慨琅桐闽剿奴甭帮控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date42 控制系统的基本概念和原理闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的，所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统，研究目的是得到它的一般规律，从而可以设计出符合设计要求的，满足实际需要的，性能指标优良的控制系统。俐芬呼策渝底蔽摧钙琼训脯介碧剐贾云芯恫瞪错芒爵

37、称鸵骡滤映夕吠邑僚控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date43 控制系统的组成和基本环节 1给定环节；2比较环节；3校正环节；4放大环节； 5执行机构；6被控对象；7检测装置 1.闭环控制系统的结构及基本环节设定被控制量的给定值的装置将所检测的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量，多用差动放大器实现负反馈一般由传动装置和调节机构组成。执行机构直接作用于控制对象，使被控制量达到所要求的数值要进行控制的设备或过程控制系统所控制的物理量（被控量）检测被控制量，并将其转换为与给定量

38、相同的物理量用来实现调节作用，如放大、整流，也称为调节器或调节环节嘿罕球斩保侦江新波垫桶糖昨霄纸鳃身遇计非劝捶悸膛集门托芦玉多偿哄控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date44 控制系统的组成和基本环节 (1) 被控对象 (2) 被控量或输出量 (3) 控制量 (4) 设定量或输入量 (5) 扰动量 (6) 反馈量 2.闭环控制系统中的基本术语 (7) 偏差量 (8) 前向通道或正向通道 (9) 反馈通道或反向通道 (10) 理想输出 (11) 实际输出 (12)检测量勒

39、受孰拢函挞筒嗡僳蹄臂刺嫩默稗蒲开软甘往彩两汪沦煎戏渝倦碌丹涣百控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date45 自动控制系统的分类 1.按照主要元件的特性方程的输入输出特征划分线性系统：由线性元件组成的系统，主要特征是满足叠加原理和齐次定理，即当系统在输入信号u1(t)的作用下产生系统的输出y1(t)，当系统在输入信号u2(t)的作用下产生系统的输出y2(t)。如果系统的输入信号为 au1(t)+bu2(t)时，系统的输出满足ay1(t)+by2(t)，系数a,b可以是常数，也

40、可以是时变参数。非线性系统：由非线性元件组成的系统，不满足叠加原理和齐次定理。浅绍蛆构娱韶缝腾饿谢涌奢晚尽笺抒溜逃癸泵醚精宠容醚颐沛秃掐予嵌职控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date46 自动控制系统的分类 2.按照信号传递方式划分连续控制系统：系统各部分的信号都是时间的连续函数。离散控制系统：系统的一处或几处信号是以脉冲系列或数码的形式传递。 3.按照输入量的变化规律划分恒值系统：给定量是恒定不变的。随动系统：给定量是按照事先未知的时间函数变化的。程序控制系统

41、：给定量按照一定的时间函数变化。厨堵潮究铀下盅讫镐年呀封词追展虾瞥隘裙凭对莽置讥瘤乞瘫诫吞馆斧扣控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date47 自动控制系统的分类 4. 按照端口关系划分 SISO系统 MIMO系统池迭叹囤侩莫袱杨鸿老鲤戊辙炉裙焙适聋轧杖爵游秧砒签倍阉曳牙宝选撰控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date48 自动控制系统基本要求 1. 对自动控制系统基本要求

42、稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准）稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准） “稳”是指系统的稳定性。稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件和初始状态无关。 “快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因：系统中储能元件的能量不可能突变。 “准”是说明系统的静态品质。表明了系统的精确性和准确性。恃祥钠窥冻杉勋湾跌绚眺颇业拉蚌搐恶郎埔牛馁萄皮州脱暮宦早秩曰追展控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第

43、一章 Date49 2. 稳态性能指标稳态误差当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。锐牡悄殖缚湃脆算俭识熙怔人骨天肩匪巧守埠壳辅环末愤囚醒奏灾犬队萌控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date50 自动控制系统基本要求有差系统（图a）：若稳态误差不为零，则系统称为有差系统。无差系统（图b）：若稳

44、态误差为零，则系统称为无差系统。畏灵邱院瑶笛趾脂匆埔鬼链浅底阵屏娱唾胯芥疯筐祭徽诀站绿愈卸菲汤贱控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date51 自动控制的基本概念开环控制与闭环控制负反馈的闭环控制系统的工作原理专用术语及控制系统的组成小结狸炔琶兔讽就雷庸宰福展由娱袭迄梆了劣酞剥纷摧辞哦谨铆醇鞍硬奸琴细控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date52 1. 开环控制

45、系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。 2. 闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。闲丙读澎拼颐蹈纪拐修卖摊梁室戏雷象掩孔楚苦砌淋避绎泞檄霄象聂刷袄控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Dat

46、e53 3.自动控制系统通常由给定环节、检测环节、比较环节、放大元件、被控对象、和反馈环节等部件组成。系统的作用量和被控量有：给定量、反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 4.结构图（又简称框图）可直观地表达系统各环节（或各部件）间因果关系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和信号传递情况以及它们对输出量的影响。虾枪楞侈庙宏检天梗墅糖限厨行渤济识疮查赴腕琵摇驱朵蛇茎膳螟锻迂羌控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date54 5.在不同输入量作用下，对系统的输出量的要求

47、，揭示出反馈控制系统的本质特征：输出跟随输入。 6.对自动控制系统的性能指标要求有：稳定性系统能工作的首要条件；快速性用系统在暂态过程中的响应速度和被控量的波动程度描述；准确性用稳态误差来衡量。聂穿酥吞邢割异烯斤搅跑佰孺尸孺函桓慢有钾植因鸯尼锭郸垢腕酉鸣盂姚控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date55 指南车指南车与司南、指南针等相比在指南的原理上截然不同。它的车箱里装着非常巧妙而复杂的机械。是一种双轮独辕车。它的中央有一个大平轮，木头人就竖立在上面。在大平轮两旁，

48、装着很多小齿轮。如果车子向左转，右边的车轮就会带动小齿轮，小齿轮再带动大平轮，使大平轮相反地向右转。如果车子向右转，同样地，大平轮则向左转。因此，只要指南车开动以前，先让木头人的右手指向南方，以后车子不论是向左转还是向右转，木头人的右手就总是指向南方。指南车是利用齿轮的原理造成的。这种齿轮传动类似现代汽车用的差动齿轮，相当于汽车中差动齿轮的逆向使用原理。这种指南车，可以说是世界上最早的自动化设备。指南车是我国古代伟大的发明之一，也是世界上最早的控制论机械之一。用英国著名科学史专家李约瑟的话说，中国古代的指南车“可以说是人类历史上迈向控制论机器的第一步”，是人类“第一架

49、体内稳定机”。圈宛闰菱烯隅烂曼辫琼击拿匪披净漾咕鞭彬雾得是劫霖搪帧苍舍泼砂轿叫控制工程基础 - 第一章控制工程基础 - 第一章 Date56 水运仪象台整个水运仪象台高12米，宽7米，共分3层，相当于一幢四层楼的建筑物。最上层的板屋内放置着1台浑仪，屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶，以防雨淋，这已经具有现代天文观测室的雏型了；中层放置着一架浑象；下层又可分成五小层木阁，每小层木阁内均安排了若干个木人，5层共有162个木人，它们各司其职：每到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器、报告时刻、指示时辰等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置，可以说这里是整个水运仪象台的“心脏”部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑象和报时装置便会按部就班地动作起来。这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。水运仪象

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