這是一個(gè)關(guān)于電子信息工程概論ppt素材，主要介紹控制系統(tǒng)的重要性、控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用例子、為什么絕大多數(shù)控制系統(tǒng)均具有反饋、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類、自動(dòng)控制原理的發(fā)展歷史。第8章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述引言控制系統(tǒng)的重要性控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用例子為什么絕大多數(shù)控制系統(tǒng)均具有反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制原理的發(fā)展歷史 綜上所述：所謂的控制系統(tǒng)就是為完成某種“目標(biāo)”而采用的一整套的完成方法和步驟。而這些方法和步驟通常又包含能夠更好實(shí)現(xiàn)這些“目標(biāo)”的最佳策略。在工業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制系統(tǒng)常常是指那些在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、工藝參數(shù)、目標(biāo)要求等進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預(yù)定的方案達(dá)到要求的指標(biāo)的設(shè)備。自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要性近年來(lái)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代文明和技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步上扮演了越來(lái)越重要的角色。我們?nèi)粘；顒?dòng)的每一個(gè)方面幾乎都受到了某種控制系統(tǒng)的影響�？刂葡到y(tǒng)已經(jīng)大量地應(yīng)用到了工業(yè)的所有部門。如產(chǎn)品質(zhì)量、自動(dòng)裝配線、機(jī)床控制、空間技術(shù)與武器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制、交通運(yùn)輸、動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)器人、微機(jī)系統(tǒng)、納米技術(shù)等，歡迎點(diǎn)擊下載電子信息工程概論ppt素材哦。

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第8章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述引言控制系統(tǒng)的重要性控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用例子為什么絕大多數(shù)控制系統(tǒng)均具有反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制原理的發(fā)展歷史 綜上所述：所謂的控制系統(tǒng)就是為完成某種“目標(biāo)”而采用的一整套的完成方法和步驟。而這些方法和步驟通常又包含能夠更好實(shí)現(xiàn)這些“目標(biāo)”的最佳策略。在工業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制系統(tǒng)常常是指那些在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、工藝參數(shù)、目標(biāo)要求等進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預(yù)定的方案達(dá)到要求的指標(biāo)的設(shè)備。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要性近年來(lái)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代文明和技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步上扮演了越來(lái)越重要的角色。我們?nèi)粘；顒?dòng)的每一個(gè)方面幾乎都受到了某種控制系統(tǒng)的影響�？刂葡到y(tǒng)已經(jīng)大量地應(yīng)用到了工業(yè)的所有部門。如產(chǎn)品質(zhì)量、自動(dòng)裝配線、機(jī)床控制、空間技術(shù)與武器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制、交通運(yùn)輸、動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)器人、微機(jī)系統(tǒng)、納米技術(shù)等。 控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 1.2開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制 1、應(yīng)用：太陽(yáng)能高效抽水機(jī)系統(tǒng)上面例子中存在的問(wèn)題抽水過(guò)程只與太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的電流大小有關(guān)，它不能反應(yīng)水池的蓄水情況。因此，這個(gè)控制系統(tǒng)存在著水資源的浪費(fèi)問(wèn)題。如何解決這個(gè)問(wèn)題？ 2、 開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制比較這兩個(gè)例子，我們給出概念：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(Open－loop Control System)? 　若系統(tǒng)的輸出量不被引回來(lái)對(duì)系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響，則這樣的系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed－loop Control System)? 　若系統(tǒng)輸出量通過(guò)反饋環(huán)節(jié)返回來(lái)作用于控制部分，形成閉合環(huán)路，則這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為反饋控制系統(tǒng)(Feedback Control System)。 開(kāi)環(huán)控制舉例 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)閉環(huán)控制舉例 上例中我們還可以看到：為了表明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成以及信號(hào)的傳遞情況，通常把系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的作用，用方框+環(huán)節(jié)特征說(shuō)明的方式來(lái)表示， 并用箭頭標(biāo)明各環(huán)節(jié)之間信號(hào)（能量或作用量）之間的傳遞情況。系統(tǒng)的這種表示方法稱為原理框圖表，而這樣作的好處就在于：避免去畫復(fù)雜的系統(tǒng)圖形（因?yàn)槲覀儾豢赡芨鱾�(gè)都是畫家）。用原理方框表示系統(tǒng)的另一好處是可以把系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)之間的相互作用關(guān)系簡(jiǎn)單而明了地表達(dá)出來(lái)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單抽象，我們就可以把一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)變換成為一個(gè)滿足某種控制規(guī)律便于理論分析的原理系統(tǒng)。 3、為什么大多數(shù)控制系統(tǒng)均有反饋提高系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性增加系統(tǒng)帶寬和總增益提高系統(tǒng)的輸入阻抗、降低系統(tǒng)的輸出阻抗提高系統(tǒng)的敏感度 設(shè)有一臺(tái)放大器，在未加反饋時(shí)，由于各種原因它的電壓增益由原來(lái)的A=400下降到了A‘=300，比原來(lái)下降了25%，現(xiàn)在加入負(fù)反饋，并使F=0.0475，則當(dāng)A=400時(shí)閉環(huán)電壓增益為： 而當(dāng)開(kāi)環(huán)電壓增益降到A’=300時(shí)，其閉環(huán)增益為： 1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 例1-1 水位控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程： 1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 恒值控制系統(tǒng)（Fixed Set-Point Control System）恒值系統(tǒng)的特點(diǎn)是：控制系統(tǒng)的輸入量是恒量，并且要求系統(tǒng)的輸出量相應(yīng)地保持恒定。恒值控制系統(tǒng)是最常見(jiàn)的一類控制系統(tǒng)。 過(guò)程控制系統(tǒng)（Process Control System）生產(chǎn)過(guò)程通常是指把原料放在一定的外界條件下，經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)變化而制成產(chǎn)品的過(guò)程。在這些過(guò)程中，往往要求自動(dòng)提供一定的外界條件，例如溫度、壓力、流量、液位、粘度、濃度等參量在一定的時(shí)間內(nèi)保持恒值或按一定的程序變化。在化工、輕工、食品等生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度、流量、壓力、濕度等的控制——過(guò)程控制系統(tǒng)。 非線性控制系統(tǒng)（Nonlinear Control System）非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中存在有非線性元件(如具有死區(qū)、出現(xiàn)飽和、含有庫(kù)倫摩擦等非線性特性的元件)，要用非線性微分方程來(lái)描述。非線性系統(tǒng)不能應(yīng)用疊加原理。 時(shí)變系統(tǒng)（Time-Varying System）時(shí)變系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中有的參數(shù)是時(shí)間t的函數(shù)，它隨時(shí)間變化而改變。例如宇宙飛船控制系統(tǒng)。 1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (Stability) 穩(wěn)定系統(tǒng):當(dāng)擾動(dòng)作用(或給定值發(fā)生變化)時(shí)，輸出量將會(huì)偏離原來(lái)的穩(wěn)定值，這時(shí)，由于反饋環(huán)節(jié)的作用，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可能回到(或接近)原來(lái)的穩(wěn)定(或跟隨給定值)穩(wěn)定下來(lái)，如圖1-13a所示。不穩(wěn)定系統(tǒng):由于內(nèi)部的相互作用，使系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)散而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1-13b所示。 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) (Steady-State Performance Specification) 當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動(dòng)作用又重新平衡后，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)偏差，這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，用 表示(Steady-State Error)。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度(或靜態(tài)精度)(Static Accuracy)，它表明了系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度。穩(wěn)態(tài)誤差 越小，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。 １.有靜差系統(tǒng): ≠0，如圖1-14a所示。 ２.無(wú)靜差系統(tǒng): =0，如圖1-14b所示。 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) (Dynamic Performance Specification) 控制系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)都需要經(jīng)歷一段時(shí)間，亦即需要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。表征這個(gè)過(guò)渡過(guò)程性能的指標(biāo)叫做控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)�，F(xiàn)在以系統(tǒng)對(duì)突加給定信號(hào)(階躍信號(hào))的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)介紹動(dòng)態(tài)指標(biāo)。圖1-15為系統(tǒng)對(duì)突加給定信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。動(dòng)態(tài)指標(biāo)通常用最大超調(diào)量( )、調(diào)整時(shí)間( )和振蕩次數(shù)( )來(lái)衡量。 在上述指標(biāo)中，最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。調(diào)整時(shí)間反映了系統(tǒng)的快速性。穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。一般說(shuō)來(lái)，我們總是希望最大超調(diào)量小一點(diǎn)，振蕩次數(shù)少一點(diǎn)，調(diào)整時(shí)間短一些，穩(wěn)態(tài)誤差小一點(diǎn)。總之，希望系統(tǒng)能達(dá)到穩(wěn)、快、準(zhǔn)。? 　　以后的分析將表明，這些指標(biāo)要求，在同一個(gè)系統(tǒng)中往往是相互矛盾的。這就需要根據(jù)具體對(duì)象所提出的要求，對(duì)其中的某些指標(biāo)有所側(cè)重，同時(shí)又要注意統(tǒng)籌兼顧。 自動(dòng)控制原理的發(fā)展歷史經(jīng)典控制理論：40－50年代形成的SISO系統(tǒng) 基于：二戰(zhàn)軍工技術(shù) 目標(biāo)：反饋控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定 基本方法：傳遞函數(shù)，頻率法，PID調(diào)節(jié)器(頻域) 現(xiàn)代控制理論： 60－70年代形成 MIMO系統(tǒng) 基于： 冷戰(zhàn)時(shí)期空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù) 目標(biāo)：最優(yōu)控制 基本方法：狀態(tài)方程（時(shí)域） 智能控制技術(shù)： 90年代開(kāi)始發(fā)展 專家系統(tǒng) 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正在發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域 自適應(yīng)控制 大系統(tǒng)理論 魯棒控制 非線性控制（微分幾何，混沌，變結(jié)構(gòu)）o7O紅軟基地

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