自控原理第1章

自动控制原理1第1章自动控制的基本概念本章介绍自动控制的基本概念、自动控制系统的构成和特点、自动控制系统的几种类型等。1.1概述1.2自动控制的基本原理1.3控制系统的分类1.4对控制系统的性能要求习题自动控制原理220世纪40年代“经典控制理论”正式诞生，代表作是维纳（Wiener）1948年发表的《控制论》（CyberneticsorControlandCommunicationintheAnimalandMachine）。“经典控制理论”以传递函数为数学工具，研究对象主要是单输入单输出线性的一类自动控制系统。60年代初，第一颗人造卫星上天，太空飞船成功登月，催生了“现代控制理论”。“现代控制理论”以状态空间法为基础，主要研究多输入多输出、时变、非线性控制系统的分析和设计问题。1.1概述自动控制原理31.2自动控制的基本原理1.2.1自动控制系统举例(1)温度控制系统自动控制原理4(2)位置随动系统1.2自动控制的基本原理自动控制原理51.2自动控制的基本原理被控对象：它接受控制量并输出被控量测量装置：它把被控对象的被控量检测出来比较装置：它把测量信号与给定信号比较，得到偏差计算装置：可以进行复杂运算，决定系统性能的好坏放大装置：经过计算处理的信号通常是弱信号，不能驱动被控制对象，由它进行放大执行装置：它推动被控对象的被控量发生变化自动控制原理61.3控制系统的分类1.3.1按信号传递路径分类(1)按给定值操作的开环控制系统(2)按干扰补偿的开环控制系统(3)按偏差调节的闭环控制系统自动控制原理71.3控制系统的分类（续）(4)复合控制系统1.3.2按输入信号特征分类(1)恒值控制系统(2)程序控制系统(3)随动控制系统（又称伺服系统）自动控制原理81.3控制系统的分类（续）(1)线性系统线性系统中各元件的静特性为直线。线性系统有两个重要特性——叠加性和齐次性1)叠加性：如果用c1(t)表示由r1(t)产生的输出，用c2(t)表示由r2(t)产生的输出，则当r1(t)和r2(t)同时作用时，输出量为c1(t)+c2(t)。2)齐次性：如果用c(t)表示由r(t)产生的输出量，则在Kr(t)作用下的输出量为Kc(t)。1.3.3按系统数学模型分类自动控制原理91.3控制系统的分类（续）(2)非线性系统系统中只要某一部件具有非线性特性就是非线性系统。非线性系统的特点是不满足叠加原理。图中分别为继电器、死区、饱和、间隙特性，还有大量的其它非线性特性。(a)(b)(c)(d)自动控制原理101.3控制系统的分类（续）(1)连续时间系统：控制系统中各环节的输入量和输出量均为时间t的连续函数(2)离散时间系统：系统中只要一处信号是脉冲序列或数字编码1.3.5按系统参数特性分类(1)定常系统系统参数在系统运行过程中相对于时间是不变的(2)时变系统系统参数是时间t的函数1.3.4按时间变量特性分类自动控制原理111.4对控制系统的性能要求1.4.1稳定性当系统受到干扰后，系统的输出c(t)可能出现增幅振荡或单调增长现象，这种现象称为不稳定现象，这样的系统称为不稳定系统。(a)(b)自动控制原理121.4对控制系统的性能要求1.4.2动态性能指标当系统输入信号r(t)为阶跃函数时，其输出信号c(t)称为阶跃响应。图为某自动控制系统在阶跃输入r(t)作用下的输出响应曲线c(t)。在控制系统稳定的前提下，总是希望响应越快越好，而且超调量越小越好。自动控制原理131.4对控制系统的性能要求1.4.3稳态误差控制系统在稳定的情况下，希望的输出与实际的输出之差称为误差，误差的稳态分量称为稳态误差（或称为静态误差），一般用ess表示。自动控制系统的性能指标分别描述了系统在稳定性、动态性能、稳态性能三个方面的要求，根据这些性能指标，就可以判别系统性能的优劣。