烟台理工学院：《自动控制原理 Automatic Control Theory》课程教学资源（课件讲稿）第一章 控制系统导论

自动控制原理 ● 第一 控制系统导论 11

自动控制原理 1 1

自动控制原理 ● 1-1、自动控制的基本原理 1、自动控制技术及其应用 所谓自动控制，是指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。 近几十年来，自动控制技术正在迅猛的发展，在工农业 生产、交通运输、国防建设和航空航天等领域中获得广泛 应用。 22

自动控制原理 2 1-1、自动控制的基本原理 1、自动控制技术及其应用 所谓自动控制，是指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。 近几十年来，自动控制技术正在迅猛的发展，在工农业 生产、交通运输、国防建设和航空航天等领域中获得广泛 应用。 2

自动控制原理 ●●●●● 人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收 哈勃望远镜-特殊的卫星 广播卫星 通信卫星 33

自动控制原理 3 哈勃望远镜－特殊的卫星 通信卫星 人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收 广播卫星 3

自动控制原理 无人驾驶飞机 制导导弹 按预定轨迹自动升降和飞行 长上了“眼睛”和“大 脑”，可以跟踪并击中 目标。 44

自动控制原理 4 无人驾驶飞机 制导导弹 长上了“眼睛”和“大 脑”，可以跟踪并击中 目标。 4 按预定轨迹自动升降和飞行

自动控制原理 自动控制技术应用于其他领域，如家电领域 ■电扇：控制转速 ■洗衣机：控制水位、时间等 ■电冰箱、空调、电饭煲：控制温度

自动控制原理 5 自动控制技术应用于其他领域，如家电领域 ◼电扇：控制转速 ◼电冰箱、空调、电饭煲：控制温度 ◼洗衣机：控制水位、时间等 5

自动控制原理 工业领域 中国幕墙网制作 ALwindoor.com RYKO 德国St山rtz( 产品个介绍 门窗自动加工生产线（框架的切割、钻孔、组合、放置 等均由机器完成) 总之，控制技术已无处不在。 只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 都是一样的。 6

自动控制原理 6 门窗自动加工生产线（框架的切割、钻孔、组合、放置 等均由机器完成） ……………… 总之，控制技术已无处不在。 只要是能够替代人来完成某种事情的系统或设备，均 有自动控制技术的存在。尽管自动控制系统各式各样， 结构和用途各不相同，但将它们抽象之后的基本原理 都是一样的。 工业领域 6

自动控制原理 2、自动控制理论 自动控制理论正是在解决这些实际技术问题的 过程中逐步形成和发展起来的，是研究自动控制 共同规律的技术科学。 按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为 经典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论 两大部分。 77

自动控制原理 7 2、自动控制理论 ◼ 自动控制理论正是在解决这些实际技术问题的 过程中逐步形成和发展起来的，是研究自动控制 共同规律的技术科学。 ◼ 按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为 经典控制理论（自动控制原理）和现代控制理论 两大部分。 7

自动控制原理 ■经典控制理论 一以传递函数为基础，主要研究单输入-单输 出、线性定常系统的分析和设计问题。 ■ 现代控制理论 采用以状态为基础的状态空间法，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。 ■目前，自动控制理论还在继续发展，正 向以控制论、信息论、仿生学为基础的 智能控制理论方向深入。 88

自动控制原理 8 ◼经典控制理论 –以传递函数为基础，主要研究单输入-单输 出、线性定常系统的分析和设计问题。 ◼现代控制理论 –采用以状态为基础的状态空间法，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。 ◼目前，自动控制理论还在继续发展，正 向以控制论、信息论、仿生学为基础的 智能控制理论方向深入。 8

自动控制原理 3.反馈控制原理 首先，明确几个概念。 ■1.自动控制系统 一将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来 组成一个有机整体，以实现某种控制任务的系统。 ■2被控对象 一 需要加以控制的机器、设备或生产过程等 ■3.被控量/输出量 一 被控对象中需要严格加以控制的物理量。 ■4.控制装置 一对被控对象施加控制作用的机构的总体。 ■5给定量 是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物 理量。又称输入信号、参考输入、指令输入

自动控制原理 9 首先，明确几个概念。 ◼ 1.自动控制系统 –将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来， 组成一个有机整体，以实现某种控制任务的系统。 ◼ 2.被控对象 –需要加以控制的机器、设备或生产过程等 ◼ 3.被控量/输出量 –被控对象中需要严格加以控制的物理量。 ◼ 4.控制装置 –对被控对象施加控制作用的机构的总体。 ◼ 5.给定量 – 是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物 理量。又称输入信号、参考输入、指令输入。 9 3.反馈控制原理

自动控制原理 ■6.反馈控制系统 一将被控对象和控制装置按照反馈控制原理组成的 控制系统。 ■7.反馈控制原理 在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的 控制作痈，是取自被控量的反馈信息，用来不断 修正被控量和输入量之间的偏差，从而实现对被 控对象进行控制的任务。 ■8.反馈 常. 我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信 遭产空生美号过程系劣奴费。 ■9.负反馈/正反馈 若反馈的信号是与输入信号相诚，使产生的偏差 越来越小，则称之为负反馈。反之，为正反馈。 1910

自动控制原理 10 ◼ 6.反馈控制系统 –将被控对象和控制装置按照反馈控制原理组成的 控制系统。 ◼ 7.反馈控制原理 –在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的 控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断 修正被控量和输入量之间的偏差，从而实现对被 控对象进行控制的任务。 ◼ 8.反馈 – 通常，我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信 号相比较产生偏差信号的过程称为反馈。 ◼ 9.负反馈/正反馈 –若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差 越来越小，则称之为负反馈。反之，为正反馈。 10