水箱水位自动控制系统

浮子：测量作用
进水
阀门
连杆：比较作用 放大器 伺服电动机 调节作用 减速器 阀门：执行元件作用
＋ 减速器 U M Ub 放大器 Ua 连杆
浮子
＋ Uf -
水箱
出水
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当实际水位低于要求水位时， 电位器输出电压值为正，且 进水 其大小反映了实际水位与水 位要求值的差值，放大器输 出信号将有正的变化，电动 减速器 机带动减速器使阀门开度增 M 加，直到实际水位重新与水 位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏 ＋ Uf 差消除或减小，使实际水位 达到要求的水位值。


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经典控制理论的基本特征：

主要用于线性定常系统的研究，即用于 常系数线性微分方程描述的系统的分析 与综合；
只用于单输入，单输出的控制系统； 只讨论系统输入与输出之间的关系，而 忽视系统的内部状态，是一种对系统的 外部描述方法。
r(t) c(t) 系统
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反馈控制是一种最基本最重要的控制方式。 引入反馈信号后，系统对来自内部和外部干 扰的响应变得十分迟钝，从而提高了系统的抗干 扰能力和控制精度。与此同时，反馈作用又带来 了系统稳定性问题，正是这个曾一度困扰人们的 系统稳定性问题激发了人们对反馈控制系统进行 深入研究的热情，推动了自动控制理论的发展与 完善。因此从某种意义上讲，古典控制理论是伴 随着反馈控制技术的产生和发展而逐渐完善和成 熟起来的。
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目前发展：跨越学科界限，向以控制论、 信息论、仿生学为基础的智能控制理论 深入。 智能控制理论被誉为最新一代的控制理 论。

智能控制代表性理论：模糊控制、神经 网络控制、遗传算法、混沌控制、小波 理论、拟人化智能控制、博奕论等。
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1.1.3 自动控制系统
1.自动控制系统：由被控对象和控制装置
阀门
＋ U Ub 放大器 Ua 水箱 出水 连杆 浮子
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2.自动控制系统在生产生活中应用

空调、冰箱自动调节温度等 数控车床按预定程序自动切削工作 人造卫星准确进入预定轨道并回收 无人驾驶飞机按照预定航线自动升降飞行 工业、农业、交通、通信、生物、医学、 环境、经济管理和其它许多社会生活领域 中
自动控制原理
烟台大学光电信息学院 晋刚
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网络教学平台 :2009jingang 密码：123
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教

材
胡寿松. 自动控制原理简明教程. 科学出版社
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参 考 书
3
参 考 书



程 鹏.自动控制原理.高等教育出版社 吴 麒.自动控制原理.清华大学出版社 戴忠达.自动控制理论基础.清华大学出 版社 文 锋.自动控制理论.中国电力出版社 刘 坤.MATLAB自动控制原理习题精 解.国防工业出版社。
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1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低 阶系统的稳定性代数判据 。 1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨 （Hurwitz）分别独立地提出了高阶系统的稳定 性判据，即Routh和Hurwitz判据。 二战期间（1938-1945年）奈奎斯特 （H.Nyquist）提出了频率响应理论；1948年， 伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法。至此， 控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以 频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。
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几 点 要 求

纪律：考勤；手机；课堂纪律；
作业：认真、独立完成； 考核：考试成绩+平时成绩；
ห้องสมุดไป่ตู้



欢迎任何形式的意见和建议。
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第一章 控制系统导论
§1-1 §1-2 自动控制的基本原理 自动控制系统示例
§1-3
§1-4 §1-5
自动控制系统的分类
自控系统的基本要求 本课程主要内容
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§1-1
现代控制理论在数学工具、理论基础 和研究方法上不仅能提供系统的外部信息 （输出量和输入量），而且还能提供系统 内部状态变量的信息。对线性系统或非线 性系统，定常系统或时变系统，单变量系 统或多变量系统，都是一种有效的分析方 法。
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自动控制原理
古典控制
现代控制
数学 模型
分析方 法
校正方 法
非线性 系统
进水 阀门 实际 水位 水箱
要求 水位
出水
观测实际水位，将实际水位与要求的水位值相比较，得出 两者偏差。根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度，即当 实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度，否则加大阀门开 度以改变进水量，从而改变水箱水位，使之与要求值保持一致。
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(2)自动控制（水箱水位自动控制系统）
状态空 间描述
状态空 间分析
李雅普诺 夫稳定性
状态空间 综合法
时根频 域轨域 分迹分 析法析
串反前 联馈馈 校校校 正正正
离 散 系 统 分 析 与 校 正
非 线 性 典 型 环 节
描 述 函 数 法
定 量 分 析
定 性 分 析
非 线 线 性 性 系 系 统 统
状 状 态 态 观 反 测 馈 器
自动控制原理综合设计
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1.1.2 自动控制理论
1.自动控制理论：研究自动控制共同规律 的技术学科。 2.自动控制理论的发展：
第一阶段：经典控制理论的产生、发展和成熟；
第二阶段：现代控制理论的兴起和发展；
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（1）经典控制理论 控制理论的发展初期，是以反馈理 论为基础的自动调节原理，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、雷达跟踪系统等基于反馈原 理的军用装备，进一步促进和完善了自 动控制理论的发展。
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（2）现代控制理论
经典控制理论的局限性 : 由于经典控 制理论只适用于单输入、单输出的线性定 常系统，只注重系统的外部描述而忽视系 统的内部状态。 随着航天事业和计算机的发展，20世 纪60年代初，在经典控制理论的基础上， 以线性代数理论和状态空间分析法为基础 的现代控制理论迅速发展起来。
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自动控制的基本原理
1.1.1 自动控制技术及其应用 1.自动控制:就是在没有人直接参与的情况下， 利用外加的设备或装置（控制装置），使机 器、设备或生产过程（控制对象）的某个工 作状态或参数（被控量）自动地按照预定的 规律运行。
如：数控车床、无人驾驶飞机、空调、全自动洗衣机等
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(1)人工控制（水箱水位人工控制系统）