自动控制原理

第一章 绪 论 第一节 引 言 自动控制学科 自动控制技术 自动控制 第一章 绪 论 第一节 引 言 自动控制学科 自动控制技术 自动控制理论 自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置，使整个生产过程或工作机械自动的按预先规定的规律运行，或使它的某些物理量按预先的要求产生变化。 经典控制理论： 20世纪40~50年代 现代控制理论： 20世纪60年代

眼睛 大脑 手 第二节 自动控制的基本概念 一、人工控制与自动控制 人工控制的恒值水位系统 图1-1 人工控制的恒值水位系统 要求水位 阀门 进水 实际 水位 出水 图1-1 人工控制的恒值水位系统

简单的水位自动控制系统 浮子 连杆 进水阀 水池 出水 图1-2 简单的水位自动控制系统

较完善的水位自动控制系统 放大器 ue ua 图1-3 较完善的水位自动控制系统 阀门 进水 + 电位器 浮子 减速器 连杆 实际水位 出水 水池 放大器 电位器 + － 实际水位 ue ua 减速器 电动机 进水 出水 图1-3 较完善的水位自动控制系统

二、开环控制系统 直流电动机转速开环控制系统 n ur ua － 图1-4 直流电动机转速开环控制系统 电压 放大器 功率 E + Rw 负载 E + Rw － ur ua Mc 电动机 n 图1-4 直流电动机转速开环控制系统

ur ua 直流电动机转速开环控制系统方块图 电压 放大器 功率 直流 电动机 Mc干扰 n 图1-5 直流电动机转速开环控制系统方块图 （控制装置） Mc干扰 输出量 n 给定量 ur ua （对象） 图1-5 直流电动机转速开环控制系统方块图

开环控制系统 从给定量到输出量一一对应，信号单向 精度低 无抗扰能力 结构简单 三、闭环控制系统 反馈

直流电动机转速闭环控制系统 － ur ua n u1 ue uf Mc 图1-６ 直流电动机转速闭环控制系统 + 电压 放大器 功率 负载 电位器 － ur ua 电动机 n u1 ue 测速发电机 uf Mc 图1-６ 直流电动机转速闭环控制系统

直流电动机转速闭环控制系统方块图 ur + ua u1 ue uf 图1-7 直流电动机转速闭环控制系统方块图 电压 放大器 功率 电动机 输入量 ur + 测速 发电机 Mc 扰动 输出量 ua u1 ue uf － 图1-7 直流电动机转速闭环控制系统方块图

方块图（方框图，结构图） 功能框 信号线 比较点 引出点 功能 比较环节，信号汇聚点 闭环控制系统（反馈控制系统） 抗干扰 消灭，减少静差

四、自动控制系统的特征和定义 特征 采用反馈结构 由偏差产生控制作用 控制目的是减少或消除偏差 自动控制系统定义 一个带有反馈装置的动力学系统。系统能自动而连续地测量被控制量，并求出偏差，进而根据偏差的大小和正负极性进行控制，而控制的目地是力图减少或消除所存在的偏差。

第三节 自动控制系统的组成 一、基本组成部分 + - －主反馈信号 图1-8 典型自动控制系统的方块图 串联 较正元件 放大元件 执行元件 第三节 自动控制系统的组成 一、基本组成部分 比较元件 串联 较正元件 放大元件 执行元件 输入 信号 r(t) 控制对象 扰动 输出 并联 校正元件 - 局部反馈 反馈元件 主反馈 测量反馈元件 －主反馈信号 e 偏差 c(t) + 图1-8 典型自动控制系统的方块图

系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 二、自动控制系统中常用的名词术语 系 统： 输入信号： 输出信号： 反馈信号： 偏差信号： 误差信号： 扰动信号： 由被控对象和自动控制装置按一定方式连接起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 控制着输出量变化规律的指令信号。 被控对象中要求按一定规律变化的物理量。 由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号，有主反馈和局部反馈之分。 参考输入与主反馈信号之差，简称偏差。 系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 与控制作用相反，是一种不希望的、影响系统输出的不利因素，分为内部扰动和外部扰动。

第四节 自动控制系统的分类 一、按输入信号的特征分类 程序控制系统 随动系统（伺服系统） 二、按描述元件的动态方程分类 第四节 自动控制系统的分类 一、按输入信号的特征分类 恒值控制系统（恒值调节系统，自动调节系统） 程序控制系统 随动系统（伺服系统） 二、按描述元件的动态方程分类 线性系统 非线性系统 三、按信号的传递是否连续分类 连续系统 离散系统 四、按系统的参数是否随时间而变化分类 定常系统 时变系统

第五节 自动控制系统的应用实例 负载 蒸汽机 n1 n n 一、蒸汽机转速自动控制系统 蒸汽 图1-9 蒸汽机转速自动控制系统 弹簧 杠杆 第五节 自动控制系统的应用实例 负载 圆锥形齿轮 飞锤 套筒 杠杆 阀门 弹簧 蒸汽机 一、蒸汽机转速自动控制系统 蒸汽 n1 n n 图1-9 蒸汽机转速自动控制系统

二、炉温自动控制系统 ua u1 ue － uf ur uc 图1-10 炉温自动控制系统原理图 + 电压 放大器 功率 电炉 给定毫伏信号 热电偶 减速器 ~220V 可逆电机 uc 加热器 图1-10 炉温自动控制系统原理图

三、导弹发射架的方位控制 u0 ue ua ui u － 图1-11 导弹发射架方位控制原理图 手轮 输入轴 P２ P1 i 放大器 E0 + － u P２ u0 放大器 输出轴 i o 图1-11 导弹发射架方位控制原理图

四、船舶随动舵的控制 － n u1 ue ui uo 图1-13 船舶随动舵的控制系统原理图 P1 E0 P2 + 放大器 直流 电动机 减速箱 n u1 ue ui uo 图1-13 船舶随动舵的控制系统原理图

第六节 自动控制系统的基本要求 及本课程的研究内容 一、基本要求 稳定性：系统重新恢复平衡状态的能力。 准确性：稳态误差越小，表示系统的准确性越好。 快速性：过渡过程越短，表明系统的快速性越好。 二、本课程的研究内容 系统分析 系统设计