麻省理工学院：《自动控制原理》课程教学资源（课件讲义）第2讲 反馈控制简介

16060第二讲 反馈控制简介 Karen willcox 2003.94 今天的主题 1、控制系统的分类 2、开环和闭环控制 3、标准的方框图 、使用的工具 阅读:1.1,1.2,1.3,14,1.5,1.6,1.7直到第14页的上端

1 16.060 第二讲 反馈控制简介 Karen Willcox 2003.9.4 今天的主题 1、控制系统的分类 2、开环和闭环控制 3、标准的方框图 4、使用的工具 阅读：1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7 直到第 14 页的上端

1控制系统的分类(1.2) 1.1调节器系统 输出必须尽可能的接近某个期望的值 12伺服机构 输出的变化必须尽可能的紧紧跟随输入的变化。 例

2 1 控制系统的分类（1.2） 1.1 调节器系统 输出必须尽可能的接近某个期望的值。 例： z z z 1.2 伺服机构 输出的变化必须尽可能的紧紧跟随输入的变化。 例： z z z

如果我们进行更进一步的研究,控制系统可以分成以下几类:

3 如果我们进行更进一步的研究，控制系统可以分成以下几类： 1、 2、 3、 4、 5、 6

2开环和闭环控制(13) 21开环控制 例1:一个电烤面包炉 输出c是烤面包炉的温度 我们希望能够实现恒定的输出 一我们可以通过在一个机械式定时器上选择一个设置做到这 点 这个设置作为系统的输入,或者是参考温度r 这并不是一个高性能的系统,会产生系统误差e=rc,这是因为 1、系统中存在扰动,如: 2、系统的参数发生变化,如:

4 2 开环和闭环控制（1.3） 2.1 开环控制 例 1：一个电烤面包炉 －输出 c 是烤面包炉的温度 －我们希望能够实现恒定的输出 －我们可以通过在一个机械式定时器上选择一个设置做到这一 点 －这个设置作为系统的输入，或者是参考温度r 这并不是一个高性能的系统，会产生系统误差 e=r-c，这是因为： 1、系统中存在扰动，如： 2、系统的参数发生变化，如：

例2:飞机的滚转飞行控制 这种情形的动态过程如下: 飞机头部的变化:需要一个水平力 ●顶端上升幅度:需要一个角加速度 ●产生滚转运动:副翼改变幅度 通过替换控制轮移动副翼 我们导出一个线性化的模型,目的是为了得到合适的微分方程。 注意:如果你们还不习惯线性化这个概念,可以查阅 htp/ web. mit.edw/aa-mah来进行补充,这一数学概念将贯穿于我们这堂 课的始终! δ是机翼偏转角 φ是滚转角

5 例 2：飞机的滚转飞行控制 这种情形的动态过程如下： z 飞机头部的变化：需要一个水平力 z 顶端上升幅度：需要一个角加速度 z 产生滚转运动：副翼改变幅度 z 通过替换控制轮移动副翼 我们导出一个线性化的模型，目的是为了得到合适的微分方程。 注意：如果你们还不习惯线性化这个概念，可以查阅 http://web.mit.edu/aa-math 来进行补充，这一数学概念将贯穿于我们这堂 课的始终！ δ 是机翼偏转角 φ 是滚转角

运动方程: 飞行员如何知道什么时候移动? 他(她)可以尝试着改变控制轮的一个时间位移分布,但是如果 出现以下两种情况将怎么办: ●各种扰动,如:一阵狂风 参数的变化,如:飞行高度的变化 解决的办法是采用闭环控制…

6 运动方程： 飞行员如何知道什么时候移动δ ？ 他（她）可以尝试着改变控制轮的一个时间位移分布，但是如果 出现以下两种情况将怎么办： z 各种扰动，如：一阵狂风 z 参数的变化，如：飞行高度的变化 解决的办法是采用闭环控制……

22闭环控制 飞行员可以观察关于地平线的滚转角,然后将观察的角度与期望 的角度相比较,即,比较输出和参考输入之间的误差。 让我们画一个方框图来说明该如何做: 但是如果我们飞到了云里将会发生什么呢? 我们失去了反馈! 因此让我们用一个滚转角测量系统来替换飞行员

7 2.2 闭环控制 飞行员可以观察关于地平线的滚转角，然后将观察的角度与期望 的角度相比较，即，比较输出和参考输入之间的误差。 让我们画一个方框图来说明该如何做： 但是如果我们飞到了云里将会发生什么呢？ 我们失去了反馈！ 因此让我们用一个滚转角测量系统来替换飞行员：

期望 液转角信号 补偿器误差信号 滚转角 滚转角信号 滚转角 传感器 图1滚转角测量系统 补偿器 ●误差 ●反馈回路(环)

8 图１ 滚转角测量系统 z 补偿器 z 误差 z 反馈回路（环）

3一个反馈控制系统的标准方框图(13) 扰 x控制器 功率放 执行机构 对象或轴出 传感器 图2标准方框图 重点 2

9 3 一个反馈控制系统的标准方框图（1.3） 图 2 标准方框图 重点： 1． 2． 3． 4．

4采用的研究工具 411线性化的动态模型(15) 大多数物理系统都是非线性的,然而,通过对非线性方程在某特 定工作点上进行线性化处理,我们可以提出线性模型。你们将在实验 中需要运用这一概念,家庭作业练习也将帮助你们记住线性化是如何 进行的。 42拉普拉斯变换(1.6) 如果需要的话,可以复习一下已学过的知识,在这学期将会有足 够的机会去实践

10 4 采用的研究工具 4.1 线性化的动态模型（1.5） 大多数物理系统都是非线性的，然而，通过对非线性方程在某特 定工作点上进行线性化处理，我们可以提出线性模型。你们将在实验 中需要运用这一概念，家庭作业练习也将帮助你们记住线性化是如何 进行的。 4.2 拉普拉斯变换（1.6） 如果需要的话，可以复习一下已学过的知识，在这学期将会有足 够的机会去实践！