自动控制的一般概念和基本要求

自动控制的一般概念

1-1自动控制的基本原理与方式

自动控制技术及其应用在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称控制对象）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。

在国民经济各部门中，由于广泛应用了自动控制技术，改善了劳动条件，提高了生产品质和劳动生产率。近几十年来，随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具有特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其他许多社会生活中，自动控制已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。

自动控制理论自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，并主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用装备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出、线性定常系统的分析和设计。

60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机技术的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优控制问题，采用的方法是以状态为基础的时域法。目前，自动控制理论还在继续发展，并且已跨越学科界限，正向已控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论发展。

《自动控制原理》基本概念总结

1.自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性

2.一个控制系统至少包括控制装置和控制对象

3.反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的控制系统

4.根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类，控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统。

根据信号的结构特点分类，控制系统可分为：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统。根据给定值信号的特点分类，控制系统可分为：恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

根据控制系统元件的特性分类，控制系统可分为：线性控制系统、非线性控制系统。

根据控制信号的形式分类，控制系统可分为：连续控制系统、离散控制系统。

5.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的特征方程

6.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定

7.对复杂系统的方框图，要求出系统的传递函数可以采用梅森公式

8.线性控制系统的特点是可以应用叠加原理，而非线性控制系统则不能

9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。

10.信号流图中，节点可以把所有输入支路的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。

11.从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有负反馈形式。

12.组成控制系统的基本功能单位是环节。

13.系统方框图的简化应遵守信号等效的原则。

14.在时域分析中，人们常说的过渡过程时间是指调整时间

15.衡量一个控制系统准确性／精度的重要指标通常是指稳态误差

16.对于二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的必要条件

春考自动控制专业大纲

课程名称：自动控制原理

适用专业：控制科学与工程、信息与通信工程

参考书目：胡寿松，《自动控制原理》(第六版) ，科学出版社，2017 年

考试内容:

第一章自动控制的一般概念

1-1 自动控制的基本原理与方式

1-2 典型自动控制系统及其分析

1-3 自动控制系统的分类

1-4 对自动控制系统的基本要求

1-5 自动控制系统分析与设计工具

第二章控制系统的数学模型

2-1 控制系统的时域数学模型

2-2 控制系统的复数域数学模型

2-3 控制系统的结构图与信号流图（只要求结构图）

第三章线性系统的时域分析法

3-1 系统时间响应及性能指标

3-2 一阶系统的时域分析

3-3 二阶系统的时域分析

3-5 线性系统的稳定性分析

3-6 线性系统的稳态误差分析与计算

第四章线性系统的根轨迹法

4-1 根轨迹法的基本概念

4-2 根轨迹绘制的基本法则

4-3 广义根轨迹

4-4 系统性能的分析

第五章线性系统的频域分析法

5-1 频率特性

5-2 典型环节与开环系统的频率特性5-3 频率域稳定判据

5-4 稳定裕度

第六章线性系统的校正方法

6-1 系统的设计与校正问题

6-2 常用校正装置及其特性

6-3 串联校正

第七章线性离散系统的分析与校正7-1 离散系统的基本概念

7-2 信号的采样与保持

7-3 z 变换理论

7-4 离散系统的数学模型

7-5 离散系统的稳定性与稳态误差7-6 离散系统的动态性能分析

第八章非线性控制系统的分析

8-1 非线性控制系统的概述

8-2 常见非线性特性及其对系统运动的影响8-3 相平面法

8-4 描述函数法

自控基本知识

（一）基本概念

自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。

（二）自动控制系统的组成

目前空调自动控制系统多采用电动调节。这样的控制系统可由下面所示方块图表示：

附图：自动控制系统方块图

由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构（调节器），调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。

（三）自动调节常用术语

1．调节参数(也叫被调参数)

需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。

2．给定值(也叫定值值)

就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。例如规定维持房间温度为23±0.5℃，这个数值(即波动范围22.5～23.5℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。

3．偏差

调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。例如，规

定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。

4．扰动

能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。

上篇自动控制原理

第一章自动控制系统概述

本章要点

本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。

第一节自动控制的基本概念

自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。自动控制系统则是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。

在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。

给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。

第二节开环控制和闭环控制

自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。

一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。

⾃动控制原理知识点

精⼼整理

动控制的⼀般概念

第⼀章⾃

1.1⾃动控制的基本原理与⽅式

1、⾃动控制、系统、⾃动控制系统

◎⾃动控制：是指在没有⼈直接参与的情况下，利⽤外加的设备或装置（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（即被控量）⾃

动地按照预定的规律（给定值）运⾏。

◎系统：是指按照某些规律结合在⼀起的物体（元部件）的组合，它们相互作⽤、相互依存，

并能完成⼀定的任务。

◎⾃动控制系统：能够实现⾃动控制的系统就可称为⾃动控制系统，⼀般由控制装置和被

控对象组成。

除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。

测量元件：⽤以测量被控量或⼲扰量。

⽐较元件：将被控量与给定值进⾏⽐较。

执⾏元件：根据⽐较后的偏差，产⽣执⾏作⽤，去操纵被控对象。

参与控制的信号来⾃三条通道，即给定值、⼲扰量、被控量。

2、⾃动控制原理及其要解决的基本问题

◎⾃动控制原理：是研究⾃动控制共同规律的技术科学。⽽不是对某⼀过程或对象的具体控

制实现（正如微积分是⼀种数学⼯具⼀样）。

◎解决的基本问题：

建模：建⽴系统数学模型（实际问题抽象，数学描述） ?分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能） ?综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（⽅案选择、设计）

3、⾃动控制原理研究的主要内容

4、室温控制系统

5、控制系统的基本组成◎被控对象：在⾃动化领

域，

被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空⽓）。

经典控制理论现代控制理论研究对象单输⼊、单输出系统（SISO ）多输⼊、多输出系统（MIMO ）数学模型

第一章自动控制的一般概念

第一次课

本次课基本要求

建立必要的基本概念：反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象；了解控制系统的基本性能要求。

本次课授课方式

采用教师讲授的方式进行。

第一章自动控制的一般概念

1-1自动控制的基本原理与方式

1.自动控制技术及其应用

自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(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(即被控量)自动地按照预定的规律运行。

例如：1）数控车床按照预定程序自动地切削工件；

2）化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；

3）雷达和计算机组成的导弹发射和制导系统；

4）自动地将导弹引导到敌方目标；

5）无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行；

6）人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收等。

应用：近几十年来，随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、机器人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具有特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代社会活动中不可缺少的重要组成部分。

2．自动控制理论

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。

发展：1）以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入—单输出、线性定常系统的分析和设计问题。

2）现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。

3）以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论。