现在进入自动控制系统的基本概念。

1.自动控制原理及常用术语

• 什么是自动控制？

  自动控制：利用控制装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态或性能。

  
  

  

• 工作原理：

(1)人工控制恒温箱：控制温度，温度控制范围室温以上，加热丝加上隔热箱。温度计测保温箱温度。箱子热量泄露，用调压器调节电流大小。这是一个闭环的人工控制过程。

(2)自动控制恒温控制系统：不能人工参与。

检测，温度计用热电偶，测温度，输出电压，这个电压与给定电压(对应给定温度)相比较，传感器检测出比较值，用电机执行调节调压器，改变电流大小。

恒温箱的自动控制工作原理：

恒温箱的自动控制功能框图：

从恒温箱控制系统功能框图可见：

(3)人工控制与自动控制的对比之处

综上所述，控制系统工作原理：

(1)检测输出量(被控制量)的实际值；

(2)将输出量的实际值与给定值(输入量)进行比较得出偏差；

(3)用偏差值产生开展调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。

由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量(或者任意变化的希望的状态)之间的偏差，所以称为“反馈控制”。

显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。这种基于反馈原理，能对输出量与参考输入量进行标胶，并力图保持两者之间既定关系的系统，称为反馈控制系统。反馈控制系统具备测量、比较和执行三个基本功能。

注意：反馈控制系统中，反馈信号是与给定信号相减，使偏差越来越小，称为反馈。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法。

其他一些基本术语：

什么是自动控制系统？

自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成。其主要任务是减小或消除扰动量的影响，使被控对象始终按给定量规定的运行规律去变化。

控制装置：对被控对象起控制作用的控制装置总体。

输出量：位于控制系统输出端，并要求实现自动控制的物理量，也称为被控量。

输入量：作用于控制系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。

扰动：破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号。

反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。

反馈控制：将系统的输出量与参考输入进行比较，并力图保持两者之间既定关系的控制原理。

前向通道：从给定信号到被控变量的通道。

反馈通道：从被控变量到比较点的通道。

误差：期望输出值与实际输出值之间的偏差。在反馈控制系统中，参考输入和反馈信号的偏差也成为误差。

• 开环控制与闭环控制

自动控制系统最基本的控制方式有开环控制方式、反馈控制方式和复合控制方式。近年来，由于计算机发展，新的控制方式如最优控制、自适应控制、模糊控制等。

开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。可分为按给定量控制和按扰动控制两种形式。

(1)开环控制系统的特点：

(2)闭环控制系统

闭环控制系统又称为反馈控制方式，是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。反馈控制是俺偏差进行控制的，不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。

没有反馈，就是开环。加上反馈、就是闭环，但不见得性能就好。加上校正元件，使得稳定性变好，速度变快，准确性变好这是第七章的内容。

开环和闭环的概念类似打枪和导弹的区别。

• 控制系统的基本类型

按照控制方式分类:

开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。

按照元件类型分类：

机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统等。

按输入量的特征或者系统功用分类：

分为恒值控制系统(镇定系统)、随动系统(伺服系统)、过程控制系统(程序控制系统)。

镇定系统，又称为调节器。系统的输入量为常值，或者随时间缓慢的变化。系统的基本任务是当出现扰动时，使系统的输出量保持为恒定的希望值。如水位控制系统、恒压调节系统等。

随动系统，又称为跟踪系统。系统的输入量随时间任意变化，系统的基本任务是使系统输出量以要求的精度跟随输入量变化。如火炮控制系统、自动化仪表系统等。

过程控制系统。系统的输入量按既定的规律变化，系统的控制过程按预定的程序进行。如石油化工工业中的反应塔、加热炉的自动温度控制系统等

按系统性能分类：

主要分为线性与非线性系统、连续与离散系统、确定性与不确定性系统。

线性与非线性系统：可用微分方程或差分方程描述的系统，称为线性系统。如果方程的系数全为常数，称为线性定常系统；否则为线性时变系统。用非线性方程描述的系统，称为非线性系统。

连续与离散系统：若系统的输入量和输出量都是时间连续函数，为连续系统。若系统中信号有为离散时间函数，则为离散系统。

确定性与不确定性系统。系统的结构、参数和输入量都是确定的、已知的系统，称为确定性系统。反之，系统本身的结构或参数以及作用于该系统的信号有不确定性或模糊性时，称为不确定性系统。

• 对控制系统的基本要求

稳定性、快速性和准确性是对每一类控制系统被控量变化的全过程提出的共同基本要求，即快、准、稳的要求。基本要求：要求系统要稳定。

稳定性：稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。一个稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的初始偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。线性自动控制系统的稳定性是由其系统结构决定的，与外界因素无关。

快速性：除了满足稳定性要求，还必须对系统过渡过程的形式和快慢提出要求，即对系统的过渡时间和超调量提出要求，一般称为动态性能。动态要求：系统阶跃响应的过渡过程要平稳、快速。

准确性：实际上，由于系统结构，外作用形式以及摩擦、间隙等非线性因素影响，被控量的稳态值与期望值之间会存在误差，称为稳态误差。稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要指标。稳态要求：系统响应达到稳态时，输出跟踪精度高。

工程中，考虑经济性，要合理侧重快、准、稳三个性能。

知识结构图：

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