1、1自动控制原理自动控制原理上海交通大学电信学院韩 正 之2开场白开场白1.关于教师：韩正之，博士、教授、博士生导师关于教师：韩正之，博士、教授、博士生导师 研究兴趣：非线性控制、智能控制、网络控制研究兴趣：非线性控制、智能控制、网络控制2.关于教材：关于教材：工程控制基础工程控制基础田作华等编著，田作华等编著，清华大学出版社版（清华大学出版社版（07版）版）3.关于教学内容：经典控制理论。概述、模型、关于教学内容：经典控制理论。概述、模型、分析、设计分析、设计4.关于教学方法：传统式：讲授、实验、练习、关于教学方法：传统式：讲授、实验、练习、考试考试 。控制式：反馈，控制式：反馈，Intera
2、ctivity 31.1.自动控制 控制：使被控者按照控制者的愿望行事。控制：使被控者按照控制者的愿望行事。自动控制：运行过程中不需要人参与的控制。自动控制：运行过程中不需要人参与的控制。自动：自动：man-free，human-free第一章第一章 导论导论自动化（自动化（Automation Automation 或或 AutomatizationAutomatization）1.1 1.1 引言引言一。控制和控制系统一。控制和控制系统42.2.自动控制系统自动控制系统 为了实现控制目的，由相互制约的各部分按为了实现控制目的，由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体。一定规律组
3、成的具有特定功能的整体。3.3.自动控制系统最基本的组成自动控制系统最基本的组成 1 1）控制目标（输入信号）控制目标（输入信号）2 2）控制器）控制器 3 3）控制（执行）信号）控制（执行）信号4 4）控制对象）控制对象 5 5）输出信号）输出信号1.1 引言引言输入信号控制器控制器控制对象控制对象输出信号执行信号51.1 引言引言1 1。一个例子。一个例子 a.a.温控系统温控系统人工控制人工控制设定温度人调压器调压器实际温度二。二。控制系统的结构：开环系统和闭环系统控制系统的结构：开环系统和闭环系统控制系统，但控制系统，但不是自动控制不是自动控制系统！系统！6例例1.b.1.b.温控系统
4、温控系统自动（时间）控制自动（时间）控制1.1 引言引言OFFSTART设定温度时间控制规律调压器 电炉实际温度控制对象自动控制系统，自动控制系统，信号顺序传递，信号顺序传递，因果关系确定。因果关系确定。自动开环控制系自动开环控制系统！统！7例例1.c.1.c.温控系统温控系统自动自动(反馈反馈)控制控制1.1 引言引言设定温度比较器电动机 电炉实际温度控制对象自动控制系统，存在信号环路，互为因果关自动控制系统，存在信号环路，互为因果关系。自动闭环控制系统！系。自动闭环控制系统！81.1 引言引言n开环（控制）系统n闭环系统输入信号控制器控制器控制对象控制对象输出信号执行信号输入信号控制器控制
5、器控制对象控制对象输出信号执行信号检测器检测器比较器比较器偏差信号反馈信号偏差信号偏差信号=输入信号输入信号-反馈信号反馈信号9三、三、自动控制的发展历史自动控制的发展历史 古代：指南车古代：指南车1.1 引言引言10近代：1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器 1.1 引言引言111.1 1.1 引言引言121.1 1.1 引言引言131-2 1-2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类一、反馈控制原理一、反馈控制原理 产生偏差、利用偏差、修正偏差 注意：反馈系统必定存在信号回路。Weiner认为反馈原理是自然界运行的基本原则之一。141.2 1.2 自动控制原理与
6、系统分类自动控制原理与系统分类二、控制系统分类二、控制系统分类 恒值控制系统恒值控制系统151.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类程序（过程）控制系统程序（过程）控制系统161.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类随动控制系统随动控制系统171 1。典型的反馈控制系统的结构图。典型的反馈控制系统的结构图1.2自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类181 1）恒值控制系统）恒值控制系统 特点：特点：输出信号跟踪一个恒定的数值。输出信号跟踪一个恒定的数值。工业生产中的位置工业生产中的位置系统、恒值等自动控制系统都属于这一类型。系统、恒值等自动控制系统
7、都属于这一类型。2 2）过程控制系统）过程控制系统（程序控制系统）（程序控制系统）特点：特点：输出信号跟踪一个已知的函数。输出信号跟踪一个已知的函数。系统的控制过程系统的控制过程 按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化工中的压力、温度、流量控制。如化工中的压力、温度、流量控制。3）随动控制系统随动控制系统 特点：特点：输入信号是一个未知函数。输入信号是一个未知函数。要求控制系统的输出量要求控制系统的输出量跟随输入信号变化。跟随输入信号变化。1.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类2 2。按系统的控制作用来分类
8、。按系统的控制作用来分类191 1）开环控制系统）开环控制系统 特点：特点：信号顺序传递。控制按照预定规律进行。信号顺序传递。控制按照预定规律进行。简单，精度差。简单，精度差。2 2）闭环控制系统）闭环控制系统 特点：特点：存在信号回路。存在信号回路。控制根据误差进行。控制根据误差进行。精度高，容易产生震荡。精度高，容易产生震荡。1.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类3 3。按信号的传递来分类。按信号的传递来分类201 1）连续控制系统）连续控制系统 特点：特点：信号为时间的连续函数。信号为时间的连续函数。例如火炮系统例如火炮系统 2 2）离散控制系统）离散控制系统 特点
9、：特点：信号为序列。信号为序列。例如计算机控制系统。例如计算机控制系统。1.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类4 4。按信号的特点来分类。按信号的特点来分类211 1）线性控制系统）线性控制系统 特点：特点：系统满足叠加原理系统满足叠加原理。简单，精度差。简单，精度差。2 2）非线性控制系统）非线性控制系统 特点：特点：系统不满足叠加原理系统不满足叠加原理。精度高，设计困难。精度高，设计困难。1.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类5 5。按系统的性质来分类。按系统的性质来分类22三、控制理论的分类三、控制理论的分类1 1、经典控制理论、经典控制理论
10、研究的主要对象是单输入、单输出研究的主要对象是单输入、单输出单变量系统。单变量系统。如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。的运动轨迹等。2 2、现代控制理论、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出研究的主要对象是多输入、多输出多变量系统。多变量系统。如如:汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏 板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。1.2 1.2 自动控制原理与系统分类自动控制原理与系统分类23n开环控制与闭环控制，反馈控制原理开环控制与闭环控制，反馈控制原理n控制系统基本结构控制系统基本结构n能够作控制系统功能方框图能够作控制系统功能方框图 步骤：确定基本信号，细分物理部分步骤：确定基本信号，细分物理部分n作业：作业：A-4第一章小结第一章小结
