1、1.1 1.1 自动控制的基本原理自动控制的基本原理 1.2 1.2 自动控制系统示例自动控制系统示例1.3 1.3 自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.4 1.4 对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求End End 本章重点本章重点1.自动控制和自动控制系统的含义；自动控制和自动控制系统的含义；2.反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点；反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点；3.控制系统的组成和分类和特点。控制系统的组成和分类和特点。本章难点本章难点1.深刻理解反馈的概念和思想；深刻理解反馈的概念和思想；2.确定控制系统的被控对象、被控量、给定量等；确定控制系统的被控对象、被控量、给定
2、量等；绘制方块图，分析实际控制系统的基本原理。绘制方块图，分析实际控制系统的基本原理。11控制系统的基本原理 自动控制技术在工农业生产、国防、航空航天等各 个领域中起着重要的作用！广泛应用于各种工程学科领域，并扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域。独立的学科并与其它学科相互渗透、相互促进。自动控制原理是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备一定的自动控制理论基础知识！一定的自动控制理论基础知识！自动控制自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用外加：是指在没有人直接参与的条件下，利
3、用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。（即被控量）自动地按照预定的规律运行。系统：系统：由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达到一定目的、具有一定功能的整体达到一定目的、具有一定功能的整体。一、自动控制系统的概念一、自动控制系统的概念自动控制理论：自动控制理论：是研究自动控制共同规律的科学。是研究自动控制共同规律的科学。反馈：反馈：将检测出来的输出量送回到
4、系统的输入端，将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入信号比较的过程。反馈分为并与输入信号比较的过程。反馈分为负反馈负反馈（反馈（反馈信号与输入信号相减）和信号与输入信号相减）和正反馈正反馈（反馈信号与输入（反馈信号与输入信号相加）。信号相加）。例例 水温自动控制系统水温自动控制系统系统中增加了：系统中增加了：控制器控制器电机电机加入给定信号加入给定信号工作原理：工作原理：检测实际温度检测实际温度产生控制信号产生控制信号 通过电机调通过电机调节阀门的开度节阀门的开度 从而调节蒸从而调节蒸汽流入，控制汽流入，控制水的温度水的温度.实实现没有人直接现没有人直接参入的自动水参入的自动水温控制温
5、控制.为了方便地分析系统性能，一般用为了方便地分析系统性能，一般用框图来表示系统的结构，如图所示框图来表示系统的结构，如图所示:要使自动控制系统满足工程实际的需要使自动控制系统满足工程实际的需要要,必须研究自动控制系统的结构参数与必须研究自动控制系统的结构参数与系统性能之间的关系。系统性能之间的关系。实际实际温度温度偏差偏差反馈量反馈量预期预期温度温度_控制器控制器执行机构执行机构阀门阀门水箱水箱自动控制系统的特征自动控制系统的特征：1.结构上必须有反馈装置并按负反馈的原则构成系统。结构上必须有反馈装置并按负反馈的原则构成系统。2.由偏差产生控制作用。由偏差产生控制作用。3.控制的目的是尽量的
6、减小或消除偏差，使输出量接近控制的目的是尽量的减小或消除偏差，使输出量接近于期望值。于期望值。自动控制系统定义：自动控制系统定义：是一个带有反馈装置的动力学系统。系统能自动而连是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，而控制的目的是力图减小或消除和正负极性进行控制，而控制的目的是力图减小或消除所存在的偏差。所存在的偏差。自动控制系统自动控制系统：为了实现各种复杂的：为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来
7、，组成一个有机按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。整体，这就是自动控制系统。温度计温度计 加热电阻丝加热电阻丝调压器调压器u(a)原理图原理图220V输出量输出量(手柄位置手柄位置)输入量输入量 调压器调压器 加热加热 电阻丝电阻丝 电炉电炉 恒温箱恒温箱 被控对象被控对象(温度温度)扰动量扰动量(b)方块图方块图控制装置控制装置扰动扰动输出量输出量输入量输入量控制装置控制装置被控对象被控对象开环控制系统的方框图开环控制系统的方框图 开环控制开环控制MugudoVGT+-(a)原理图原理图给定信号给定信号(电压电压)触发触发 器器电动机电动机被控对象被控对象输出量输出
8、量(转速转速)扰动量扰动量(b)方块图方块图控制装置控制装置 晶闸管可晶闸管可 控整流器控整流器控制装置与控制装置与被被控对象之间只有顺向作用而无反向联系。控对象之间只有顺向作用而无反向联系。开环控制开环控制 结论：开环控制优点结论：开环控制优点结构简单，缺点结构简单，缺点无抗干扰能力无抗干扰能力 按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出的影响，这种控制方式也称的影响，这种控制方式也称顺馈控制顺馈控制。按扰动控制的速度控制系统按扰动控制的速度控制系统开环控制系
9、统的特点开环控制系统的特点：1.结构简单、造价低。结构简单、造价低。2.系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及控制器系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及控制器及被控对象参数的稳定性。及被控对象参数的稳定性。3.开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。应用场合：应用场合：1.控制量的变化规律可以预知。控制量的变化规律可以预知。2.可能出现的干扰可以抑制。可能出现的干扰可以抑制。3.被控量很难测量。被控量很难测量。应用较为广泛，如家电、加热炉、车床等等。应用较为广泛，如家电、加热炉、车床等等。闭环控制控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，控制装置与受
10、控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系而且还有反向联系.闭环控制又称为闭环控制又称为反馈控制反馈控制或或按偏差控制按偏差控制。例例 转速负反馈直流电动机调速系统转速负反馈直流电动机调速系统直流电机直流电机测速发电机测速发电机电源和放电源和放 大装置大装置负载负载系统组成：系统组成：UnUf给定电压给定电压反馈电压反馈电压 转速取决于给转速取决于给定电压与反馈定电压与反馈电压的差值。电压的差值。fnUUe 调速系统结构图调速系统结构图unufeudn_直流电动机直流电动机放大器放大器测速机测速机 由电网电压波动，负载变化以及其他由电网电压波动，负载变化以及其他部分的参数变化所引起的转速变化
11、，都可部分的参数变化所引起的转速变化，都可以通过系统的自动调整加以抑制。以通过系统的自动调整加以抑制。nUf eUd n 减小或消除由于扰动所形成的偏差值，减小或消除由于扰动所形成的偏差值，具有较高的控制精度和较强的抗扰能力。具有较高的控制精度和较强的抗扰能力。闭环控制系统具有的特点：闭环控制系统具有的特点：前向通道前向通道：系统输入量到输出量之间的通道。：系统输入量到输出量之间的通道。反馈通道反馈通道：从输出量到反馈信号之间的通道。：从输出量到反馈信号之间的通道。比较环节比较环节：输出量为各输入量的代数和。：输出量为各输入量的代数和。输入量输入量：输出量输出量：n 反馈量反馈量：控制量控制量
12、：偏差量偏差量()给定量给定量()反馈量反馈量()rufuaueurufu(-)utug扰动扰动 给定给定 装置装置 放大器放大器 电动机电动机 转速反转速反 馈装置馈装置 触发器触发器 晶阐管可晶阐管可 控整流器控整流器控控 制制 装装 置置受控对象受控对象n(b)方框图方框图ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2-+-+TGMudouc(a)原理图原理图+闭环控制系统：通过反馈回路使系统构成闭环并按偏差的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差(从而减小或消除误差)的控制系统。闭环控制系统的特点：闭环控制系统的特点：1.系统对外部或内部干扰(如内部件参数变动)的影响不甚敏感。2.出于采用
13、反馈装置，导致设备增多，线路复杂。3.闭环系统存在稳定性问题。由于反馈通道的存在，对于那些惯性较大的系统，若参数配合不当，控制性能可能变得很差甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。注意：对于主反馈必须采用负反馈。若采用正反馈将使 偏差越来越大。3复合控制复合控制 按偏差控制和按扰动控制相结合的控按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制。制方式称为复合控制。前馈补偿控制前馈补偿控制复合控制具有两种基本形式复合控制具有两种基本形式.复合控制：复合控制：反馈控制反馈控制+(a)按输入前馈补偿的复合控制按输入前馈补偿的复合控制给定值给定值被控制量被控制量_受控对象受控对象检测元件检测元件控制
14、器控制器前馈控制前馈控制(b)按扰动前馈补偿的复合控制按扰动前馈补偿的复合控制检测元件检测元件_前馈控制前馈控制扰动扰动被控制量被控制量给定值给定值受控对象受控对象控制器控制器_复合控制复合控制udoMR iugutTG(a)原理图原理图 负载负载放大器放大器 放大器放大器+被控量被控量 输入信号输入信号(-)补偿装置补偿装置 控制装置控制装置 受控对象受控对象n扰动扰动(ML)uiugut(-)(b)方块图方块图 扰动检扰动检 测装置测装置 晶阐管可晶阐管可 控整流器控整流器 转速反转速反 馈装置馈装置 电动电动 机机 放大器放大器 放大器放大器 触发器触发器反馈控制系统的基本组成反馈控制系
15、统的基本组成 控制系统控制系统被控对象被控对象控制装置控制装置测量元件测量元件 比较元件比较元件 放大元件放大元件 执行机构执行机构 校正装置校正装置 给定元件给定元件控制系统的组成测量反馈元件测量反馈元件用以测量被控量并将其转换成用以测量被控量并将其转换成与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。较。比较元件比较元件用来比较输人信号与反馈信号。用来比较输人信号与反馈信号。放大元件放大元件将微弱的信号作线性放大。将微弱的信号作线性放大。校正元件校正元件按某种函数规律变换控制信号，并按某种函数规律变换控制信号，并产生反映两者差值的偏差信号。以利于改善
16、系统产生反映两者差值的偏差信号。以利于改善系统的动态品质或静态性能。的动态品质或静态性能。执行元件执行元件根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控量按期望值变化。使被控量按期望值变化。控制对象控制对象又称被控对象或受控对象，通常是指生产过程中又称被控对象或受控对象，通常是指生产过程中需要进行控制的工作机械或生产过程。出现于被控对象中需要需要进行控制的工作机械或生产过程。出现于被控对象中需要控制的物理量称为被控量。控制的物理量称为被控量。常用的名词术语常用的名词术语输入信号输入信号：也叫参考输入，给定量或给定值，它是控制着输出：也叫参考输入，给定
17、量或给定值，它是控制着输出量变化规律的指令信号。量变化规律的指令信号。输出信号输出信号：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。反馈信号反馈信号：由系统：由系统(或元件或元件)输出端取出并反向送回系统输出端取出并反向送回系统(或元件或元件)输入端的信号称为反馈信号。反馈有输入端的信号称为反馈信号。反馈有主反馈主反馈和和局部反馈局部反馈之分。之分。偏差信号偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。：它是指参考输入与主反馈信号之差。误差信号误差信号：指系统输出量
18、的实际值与期望值之差，简称误差。：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。扰动信号扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部，望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部，又可来自系统外部，前者称又可来自系统外部，前者称内部扰动内部扰动，后者称，后者称外部扰动外部扰动。11第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.按给定信号的形式 恒值系统/程序系统/随动系统 2.按系统是否满足叠加原理 线性系统/非线性系统3.按系统参数是否随时间变化 定常系统/时变系统4
19、.按信号传递的形式 连续系统/离散系统5.按输入输出变量的多少 单变量系统/多变量系统一、按输入信号形式一、按输入信号形式1、恒值控制系统（或称自动调节系统）、恒值控制系统（或称自动调节系统）这类系统的特点是输入信号是一个恒定的数这类系统的特点是输入信号是一个恒定的数值。恒值控制系统主要研究各种干扰对系统输出值。恒值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰，把输入、输出量的影响以及如何克服这些干扰，把输入、输出量尽量保持在希望数值上。尽量保持在希望数值上。一、按输入信号形式一、按输入信号形式2、过程控制系统（或称程序控制系统）、过程控制系统（或称程序控制系统）这类系统的特点
20、是输入信号是一个已知的时间这类系统的特点是输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求函数，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。被控量能迅速准确地复现。恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。3、随动控制系统（或称伺服系统）、随动控制系统（或称伺服系统）这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。如雷达天线跟踪系要求输出量跟随给定量变化。如雷达天线跟踪系统，当被跟踪目标位置未知时属于这类系统。随统，当被跟踪目标位置未知时属于这类系统。随动系统是指参
21、考输入量随时间任意变化的系统。动系统是指参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求输出量以一定的精度和速度跟踪参其任务是要求输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度是随动系统的两项考输入量，跟踪的速度和精度是随动系统的两项主要性能指标。主要性能指标。工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统的雷达天线控制系统(如图所示如图所示)等均属于随动控等均属于随动控制系统。制系统。二、按系统是否满足叠加原理二、按系统是否满足叠加原理(1)线性系统线性系统 当系统的运动规律用线性微分方程或者线性差分当系统的运动规律用线性微分方程或者线性
22、差分方程描述时，则这类系统称为线性系方程描述时，则这类系统称为线性系 统。线性统。线性系统有两个重要特性：叠加性和齐次性。系统有两个重要特性：叠加性和齐次性。（a）叠加性）叠加性当系统同时存在几个输入量时，其输出量等于各当系统同时存在几个输入量时，其输出量等于各输入量单独作用时所引起的输出量的和。如果用输入量单独作用时所引起的输出量的和。如果用箭头表示输入量箭头表示输入量x和输出量和输出量y的对应关系，上述性的对应关系，上述性质可表示如下：质可表示如下：例如：设有线性系统的微分方程式为例如：设有线性系统的微分方程式为:)()()()(22tytxdttdxdttxd)()()()(111212
23、tytxdttdxdttxd)()()()(222222tytxdttdxdttxd若 时，方程式的解为 ；而 时，方程式的解为 ：即有：则当则当 时容易验证，时容易验证，原方程式的解为原方程式的解为 ，这就是叠加性。，这就是叠加性。叠加性表明，叠加性表明，两个不同的外作用同时作用于系统两个不同的外作用同时作用于系统所产生的总响应，等于两个外作用单独作用时分所产生的总响应，等于两个外作用单独作用时分别产生的响应之和。别产生的响应之和。(b)齐次性齐次性当输入量增大或缩小当输入量增大或缩小k(k为实数为实数)倍时，系统输出倍时，系统输出量也按同一倍数增大或缩小。即当量也按同一倍数增大或缩小。即当
24、 时，时，式中式中a为常数，则方程式的解为为常数，则方程式的解为 ，这就是齐次性。这就是齐次性。齐次性表明，齐次性表明，当外作用的数值增当外作用的数值增大若干倍时，其响应也相应增大同样的倍数。大若干倍时，其响应也相应增大同样的倍数。(2)非线性系统非线性系统 在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节时，则称此系统为非线性系统。典型的非线性特性有时，则称此系统为非线性系统。典型的非线性特性有饱和特性、死区特性、间隙特性、继电特性、磁滞特饱和特性、死区特性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等。如图性等。如图:（1）定常系统）定常系统 如果系统中参数不
25、随时间变化，则这类系统称如果系统中参数不随时间变化，则这类系统称为定常系统。在实践中遇到的系统，大多数属于为定常系统。在实践中遇到的系统，大多数属于这一类。这一类。（2）时变系统）时变系统 如果系统中的参数是时间如果系统中的参数是时间t的函数，则这类系统的函数，则这类系统称为时变系统。称为时变系统。三、按系统参数是否随时间变化三、按系统参数是否随时间变化 如果一个线性系统微分方程的系数为常数，如果一个线性系统微分方程的系数为常数，那么系统称为那么系统称为线性定常系统线性定常系统。例如：。例如：)()()(2)(22tytxdttdxdttxd如果一个线性系统微分方程的系数为时间的函数，如果一个
26、线性系统微分方程的系数为时间的函数，那么系统称为那么系统称为线性时变系统线性时变系统。例如。例如:)()()(2t)(22tytxdttdxdttxd连续系统和离散系统连续系统和离散系统 连续系统是指系统内各处的信号都是以连续的连续系统是指系统内各处的信号都是以连续的模拟量传递的系统。即系统中各元件的输入量和模拟量传递的系统。即系统中各元件的输入量和输出量均为时间的连续函数。连续系统的运动规输出量均为时间的连续函数。连续系统的运动规律可以用微分方程来描述。系统内某处或数处信律可以用微分方程来描述。系统内某处或数处信号是以脉冲序列或数码形式传递的系统则称为离号是以脉冲序列或数码形式传递的系统则称
27、为离散系统，如下图所示，其运动方程只能用差分方散系统，如下图所示，其运动方程只能用差分方程描述。程描述。四、按信号传递的形式四、按信号传递的形式 1-4 对控制系统性能的要求对控制系统性能的要求 常见的评价系统优劣的性能指标是常见的评价系统优劣的性能指标是从动态过程中定义出来的。对系统性能从动态过程中定义出来的。对系统性能的基本要求有三个方面。的基本要求有三个方面。二、快速性二、快速性一、稳定性一、稳定性三、准确性三、准确性 系统受外作用力后系统受外作用力后,其动态过程的振其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。荡倾向和系统恢复平衡的能力。一、稳定性一、稳定性稳定性：稳定性：如果系统受外作用
28、力经过一段时间如果系统受外作用力经过一段时间，其被控量达到某一稳定状态，则系统，其被控量达到某一稳定状态，则系统是稳定的。是稳定的。否则为不稳定的。否则为不稳定的。稳定系统的动态过程稳定系统的动态过程r(t)t0c(t)1r(t)c(t)不稳定系统的动态过程不稳定系统的动态过程(a)给定信号作用给定信号作用c(t)(b)扰动信号作用扰动信号作用d(t)t0c(t)r(t)t0c(t)r(t)c(t)d(t)不稳定的系统是无法正常工作的。不稳定的系统是无法正常工作的。通过动态过程时间长短表征。时间通过动态过程时间长短表征。时间越短，表明快速性越好，反之亦然。越短，表明快速性越好，反之亦然。二、快
29、速性二、快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t)快速性表明了系统输出对输入响应快速性表明了系统输出对输入响应的快慢程度的快慢程度 由输入给定值与输出响应的终值由输入给定值与输出响应的终值之间的差值之间的差值ess大小表征。大小表征。三、准确性三、准确性r(t)t0c(t)r(t)c(t)ess 稳定性、快速性和准确性往往是互稳定性、快速性和准确性往往是互相制约的。在设计与调试的过程中相制约的。在设计与调试的过程中,若过若过分强调某方面的性能分强调某方面的性能,则可能会使其他方则可能会使其他方面的性能受到影响面的性能受到影响.怎样根据工作任务的不同怎样根据工作任务的不同,分析和设分
30、析和设计自动控制系统，使其对三方面的性能有计自动控制系统，使其对三方面的性能有所侧重所侧重，并兼顾其它正是自控原理课程，并兼顾其它正是自控原理课程要解决的问题。要解决的问题。自动控制理论研究的是如何按受控对自动控制理论研究的是如何按受控对象和环境特征，通过能动地采集和运用信象和环境特征，通过能动地采集和运用信息，施加控制作用使系统在不确定的条件息，施加控制作用使系统在不确定的条件下正常运行并具有预定功能。它是研究自下正常运行并具有预定功能。它是研究自动控制共同规律的技术科学，其主要内容动控制共同规律的技术科学，其主要内容涉及受控对象、环境特征、控制目标和控涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制
31、手段以及它们之间的相互作用。制手段以及它们之间的相互作用。1-5 自动控制理论发展简述自动控制理论发展简述 具有具有“自动自动”功能的装置自古有之功能的装置自古有之，瓦特发明的蒸汽机上的离心调速器是比，瓦特发明的蒸汽机上的离心调速器是比较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于析，于1868年发表的论文当属最早的理论年发表的论文当属最早的理论工作。从工作。从20世纪世纪20年代到年代到40年代形成了以年代形成了以时域法，频率法和根轨迹法为支柱的时域法，频率法和根轨迹法为支柱的“古古典典”
32、控制理论。控制理论。60年代以来，随着计算机技术的发年代以来，随着计算机技术的发展和航天等高科技的推动，又产生了基于展和航天等高科技的推动，又产生了基于状态空间模型的所谓状态空间模型的所谓“现代现代”控制理论。控制理论。随着自动化技术的发展，人们力求随着自动化技术的发展，人们力求使设计的控制系统达到最优的性能指标，使设计的控制系统达到最优的性能指标，为了使系统在一定的约束条件下，其某项为了使系统在一定的约束条件下，其某项性能指标达到最优而实行的控制称为最优性能指标达到最优而实行的控制称为最优控制。控制。当对象或环境特性变化时，为了使当对象或环境特性变化时，为了使系统能自行调节，以跟踪这种变化并
33、保持系统能自行调节，以跟踪这种变化并保持良好的品质，又出现了自适应控制。良好的品质，又出现了自适应控制。各种理论中仍是古典频率法最为适用。各种理论中仍是古典频率法最为适用。真正优良的设计必须允许模型的结构和真正优良的设计必须允许模型的结构和参数不精确并可能在一定范围内变化，参数不精确并可能在一定范围内变化，即具有鲁棒性。这是当前的重要前沿课即具有鲁棒性。这是当前的重要前沿课题之一。题之一。另外，使理论实用化的一个重要途径另外，使理论实用化的一个重要途径就是数学模拟（仿真）和计算机辅助设就是数学模拟（仿真）和计算机辅助设计（计（CAD）。）。近年来，在非线性系统理论、离散事近年来，在非线性系统理
34、论、离散事件系统、大系统和复杂系统理论等方面均件系统、大系统和复杂系统理论等方面均有不同程度的发展。智能控制也得到了很有不同程度的发展。智能控制也得到了很快的发展，它主要包括专家系统、模糊控快的发展，它主要包括专家系统、模糊控制和人工神经元网络等内容。制和人工神经元网络等内容。总之，自动控制理论正随着技术和总之，自动控制理论正随着技术和生产的发展而不断发展，而它反过来又生产的发展而不断发展，而它反过来又成为高新技术发展的重要理论根据。本成为高新技术发展的重要理论根据。本书所介绍的内容是该理论中最基本的也书所介绍的内容是该理论中最基本的也是最重要的内容，即古典控制理论部分。是最重要的内容，即古典
35、控制理论部分。它在工程实践中用得最多，也是进一步它在工程实践中用得最多，也是进一步学习自动控制理论的基础。学习自动控制理论的基础。课程要求课程要求深刻理解反馈控制的概念深刻理解反馈控制的概念系统的建模和化简系统的建模和化简掌握时域和频域的分析设计方法掌握时域和频域的分析设计方法应用应用MATLAB进行控制系统的辅助分析和设计进行控制系统的辅助分析和设计 （1 1）阶跃信号）阶跃信号 阶跃信号的表达式为：(1-1)当A=1时，则称为单位阶跃信号，常用1(t)表示，如图1-11所示。典型外界干扰作用典型外界干扰作用00 t0A tr(t)（2 2）斜坡信号）斜坡信号 斜坡信号在斜坡信号在t=0时为
36、零，并随时间线性增加，所时为零，并随时间线性增加，所以也叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，以也叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式为：为：0 00ttAttr )(（2 2）斜坡信号）斜坡信号 斜坡信号在斜坡信号在t=0时为零，并随时间线性增加，所时为零，并随时间线性增加，所以也叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，以也叫等速度信号。它等于阶跃信号对时间的积分，而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式而它对时间的导数就是阶跃信号。斜坡信号的表达式为：为：0 00ttAttr )(
37、（3）抛物线信号）抛物线信号 抛物线信号也叫等加速度信号，它可以通过对斜坡信号的积分而得。抛物线信号的表达式为：（3.3）当A=1时，则称为单位抛物线信号，如图3-3所示 0 00 )(ttAttr221（4 4）脉冲信号）脉冲信号 单位脉冲信号的表达式为：(1-3)其图形如图1-13所示。是一宽度为e，高度为1e 的矩形脉冲，当e 趋于零时就得理想的单位脉冲信号(亦称d(t)函数)。(3.5)eeettttr及000 1)(1d)(ttd（5）正弦信号）正弦信号 正弦信号的表达式为:（1-4）其中A为幅值，w=2p/T为角频率。图1-14 正弦信号 0 00tttAtr sin)(w 暂态过程特点暂态过程特点:下图中下图中,(a),(a)、(b)(b)非周期振荡；非周期振荡；(c)(c)发散振荡；发散振荡；(d)(d)、(e)(e)收敛振荡；收敛振荡；(f)(f)等幅振荡。等幅振荡。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)
