第一章 绪论
1.1 一般概念
1.2 基本控制方式
1.3 控制系统的类型
1.4 对控制系统的基本要求
End
1.1 引言一,控制系统的发展史自动控制成为一门科学是从 1945发展起来的。
开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制
后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、
宇宙飞船自动控制
目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等
生物学系统：生物控制论、波斯顿假肢、人造器官
经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论四个阶段,
1.2 1.3 1.4
1.胚胎萌芽期（ 1945年以前）
十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题
1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器
1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器
1877年产生了古氏判据和劳斯稳定判据
十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展
十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制
二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展很快飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术，搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科。
2.经典控制理论时期 （ 1940-1960）
1945年美国人 Bode,网络分析与放大器的设计,,奠定了控制理论的基础。
50年代趋于成熟主要内容对单输入单输出系统进行分析，采用频率法、根轨迹法、相平面法、描述函数法；讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等
3.现代控制理论时期 （ 50年代末 -60年代初）
空间技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上
Kalman,控制系统的一般理论,奠定了现代控制理论的基础解决多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题
4.大系统和智能控制时期 （ 70年代）
各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。例人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等二,自动控制要解决的基本问题自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定，一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化，就是一个控制系统要解决的基本问题。
何谓控制
何谓自动控制,是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。
自动控制系统,是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。
自动控制理论所研究的问题
1.1 一般概念
被控对象,指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。
控制装置,则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。
被控量,指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号 。
给定值,是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。
干扰量,除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。
动画：
1.2 1.3 1.4
液位自动控制手动控制动画,实际控制温度计加热电阻丝调压器
u
(a) 原理图
~220V
输出量
(手柄位置 )
输入量调压器 加热电阻丝 电炉恒温箱受控对象
(温度 )
扰动量
(b) 方块图控制装置
1.2 控制系统基本控制方式扰动输出量输入量控制装置 受控对象
开环控制系统的方框图
闭环控制
复合控制
1.1 1.3 1.4
开环控制
Mug udo
VGT
+
-
(a) 原理图给定信号
(电压 )
触发器 电动机受控对象输出量
(转速 )
扰动量
(b) 方块图控制装置晶闸管可控整流器
+
-+
ug
udo M
i
ui
n
(a) 原理图
R
放大器负载给定信号
ug
被控量扰动 i
n
ui
(b) 方块图电压放大电阻
R
触发器晶阐管可控整流器电动机
控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。
开环控制
前馈控制 (开环 )
输出量环节名称
(或特性 )
输入量
(a)
(-)
e=r-br (+)
(-)
b
(b)
r e=r-b
b
或
(c)
c
引出点c c
闭环控制 系统的方框图
方框图中的几种表示法：
被控量偏差信号(-)参考输入信号
r(t)
调节器 (或控制器 )
u(t)
受控系统
e(t) c(t)
反馈信号控制量扰动给定装置校正装置放大元件执行机构受控对象反馈装置
(测量元件 )
动画：
ugTi Δ u
(-)
uf
Q To给定装置 放大器电动机,传动装置和阀门 热处理炉放大器 热电偶
M
ua
Δ u
ufug
给定电位计
+
-
电动机煤气空气阀门热处理炉工件热电偶放大器混合器放大器开闭环控制比较闭环控制
(-)
ut
ug
扰动给定装置 放大器 电动机转速反馈装置触发器 晶阐管可控整流器控 制 装 置 受控对象
n
(b) 方框图
ue udo
RP1 u
g
R0
R0
R1
-ut RP2
-
+
-
+
+?
TG
Mudouc
(a) 原理图
+
复合控制
n
扰动
(ML)
uiug
ut
(-)
(b) 方块图扰动检测装置晶阐管可控整流器转速反馈装置电动机放大器放大器触发器被控量输入信号 (-)
补偿装置控制装置 受控对象
udo M
Ri
ug
ut
TG
(a) 原理图负载放大器放大器
+
线性 /非线性系统连续 /离散性系统定常 /时变性系统确定 /不确定系统
1.3 系统类型按控制方式分按被控对象分按系统性能分分类按给定值变化规律分按系统功用分按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制按偏差调节的闭环控制复合控制,闭环反馈为主，开环补偿为辅恒值系统随动系统程序控制系统运动控制系统过程控制系统温度控制系统压力控制系统位置控制系统
1.1 1.41.2
1.4 对控制系统的要求对控制系统的要求,
1.稳定性,是保证控制系统正常工作的先决条件 。
2.快速性,动态性能,有指标 。
3.准确性,稳态 （ 过度结束后的 ） 值应尽量与期望值一致 。
暂态过程特点,下图中,(a),(b)非周期振荡； (c)发散振荡； (d),(e)收敛振荡； (f)等幅振荡。
t
n
n1
(a)0 (b)
n
t0
n0
n1
t0
n
(c)n
0 t(e)
n1
n
0 t
(d)
n0
n1
n
0 t
(f)
1.1 1.2 1.3
1.1 一般概念
1.2 基本控制方式
1.3 控制系统的类型
1.4 对控制系统的基本要求
End
1.1 引言一,控制系统的发展史自动控制成为一门科学是从 1945发展起来的。
开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制
后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、
宇宙飞船自动控制
目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等
生物学系统：生物控制论、波斯顿假肢、人造器官
经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论四个阶段,
1.2 1.3 1.4
1.胚胎萌芽期（ 1945年以前）
十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题
1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器
1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器
1877年产生了古氏判据和劳斯稳定判据
十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展
十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制
二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展很快飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术，搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科。
2.经典控制理论时期 （ 1940-1960）
1945年美国人 Bode,网络分析与放大器的设计,,奠定了控制理论的基础。
50年代趋于成熟主要内容对单输入单输出系统进行分析，采用频率法、根轨迹法、相平面法、描述函数法；讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等
3.现代控制理论时期 （ 50年代末 -60年代初）
空间技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上
Kalman,控制系统的一般理论,奠定了现代控制理论的基础解决多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题
4.大系统和智能控制时期 （ 70年代）
各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。例人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等二,自动控制要解决的基本问题自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定，一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化，就是一个控制系统要解决的基本问题。
何谓控制
何谓自动控制,是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。
自动控制系统,是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。
自动控制理论所研究的问题
1.1 一般概念
被控对象,指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。
控制装置,则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。
被控量,指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号 。
给定值,是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。
干扰量,除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。
动画：
1.2 1.3 1.4
液位自动控制手动控制动画,实际控制温度计加热电阻丝调压器
u
(a) 原理图
~220V
输出量
(手柄位置 )
输入量调压器 加热电阻丝 电炉恒温箱受控对象
(温度 )
扰动量
(b) 方块图控制装置
1.2 控制系统基本控制方式扰动输出量输入量控制装置 受控对象
开环控制系统的方框图
闭环控制
复合控制
1.1 1.3 1.4
开环控制
Mug udo
VGT
+
-
(a) 原理图给定信号
(电压 )
触发器 电动机受控对象输出量
(转速 )
扰动量
(b) 方块图控制装置晶闸管可控整流器
+
-+
ug
udo M
i
ui
n
(a) 原理图
R
放大器负载给定信号
ug
被控量扰动 i
n
ui
(b) 方块图电压放大电阻
R
触发器晶阐管可控整流器电动机
控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。
开环控制
前馈控制 (开环 )
输出量环节名称
(或特性 )
输入量
(a)
(-)
e=r-br (+)
(-)
b
(b)
r e=r-b
b
或
(c)
c
引出点c c
闭环控制 系统的方框图
方框图中的几种表示法：
被控量偏差信号(-)参考输入信号
r(t)
调节器 (或控制器 )
u(t)
受控系统
e(t) c(t)
反馈信号控制量扰动给定装置校正装置放大元件执行机构受控对象反馈装置
(测量元件 )
动画：
ugTi Δ u
(-)
uf
Q To给定装置 放大器电动机,传动装置和阀门 热处理炉放大器 热电偶
M
ua
Δ u
ufug
给定电位计
+
-
电动机煤气空气阀门热处理炉工件热电偶放大器混合器放大器开闭环控制比较闭环控制
(-)
ut
ug
扰动给定装置 放大器 电动机转速反馈装置触发器 晶阐管可控整流器控 制 装 置 受控对象
n
(b) 方框图
ue udo
RP1 u
g
R0
R0
R1
-ut RP2
-
+
-
+
+?
TG
Mudouc
(a) 原理图
+
复合控制
n
扰动
(ML)
uiug
ut
(-)
(b) 方块图扰动检测装置晶阐管可控整流器转速反馈装置电动机放大器放大器触发器被控量输入信号 (-)
补偿装置控制装置 受控对象
udo M
Ri
ug
ut
TG
(a) 原理图负载放大器放大器
+
线性 /非线性系统连续 /离散性系统定常 /时变性系统确定 /不确定系统
1.3 系统类型按控制方式分按被控对象分按系统性能分分类按给定值变化规律分按系统功用分按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制按偏差调节的闭环控制复合控制,闭环反馈为主，开环补偿为辅恒值系统随动系统程序控制系统运动控制系统过程控制系统温度控制系统压力控制系统位置控制系统
1.1 1.41.2
1.4 对控制系统的要求对控制系统的要求,
1.稳定性,是保证控制系统正常工作的先决条件 。
2.快速性,动态性能,有指标 。
3.准确性,稳态 （ 过度结束后的 ） 值应尽量与期望值一致 。
暂态过程特点,下图中,(a),(b)非周期振荡； (c)发散振荡； (d),(e)收敛振荡； (f)等幅振荡。
t
n
n1
(a)0 (b)
n
t0
n0
n1
t0
n
(c)n
0 t(e)
n1
n
0 t
(d)
n0
n1
n
0 t
(f)
1.1 1.2 1.3
