控制理论与应用_2019

控制理论与应用_2019

第一章绪论

1．1 概述

系统：自动控制：在没有人直接干预的情况下，通过控制装置使被控对象或过程自动按照

预定的规律运行，使之具有一定的状态和性能。

图1-2所示为一液位控制系统，试说明该控制系统的工作原理。1

1-2 水位自动控制系统工作原理：（1）在控制器中标定好期望的水位高度，（2）当水位超过或

低于标定值时，高度误差被浮球检测出来，误差信号送给控制器。（3）控制器按减小误差方向控制进水阀门的开启。（4）反复检测和控制，直到误差为零。

出水阀

1．2 自动控制理论的内容

经典控制理论：以传递函数为基础，研究单输入-单输出控制系统的分析和设计。

现代控制理论：以状态空间为基础，研究多输入-多输出、变系数、非线性等控制

系统的分析和设计。

1．3 自动控制系统的分类

1．3．1 按信号传递路径分类

1、开环控制系统

2、闭环控制系统

1．3．2 按控制作用的特点（即按给定量的运动规律）分类

恒值控制系统（自动镇定系统）：系统任务是保证系统在任何扰动作用下，输出量

以一定精度接近给定值，而给定值一般不变或变化缓慢。随动系统（自动跟踪系统）：系统任务是在各种情况下，输出量以一定精度跟随给

定量的变化（给定量的变化是随机的）。

程序控制系统：系统任务是被控制量按照事先给定的规律或程序进行变化。

Review

自动控制是指在通过控制装置使被控对象或过程自动按

照预定的规律运行，使之具有一定的状态和性能。 1 经典控制理论以为基础，研究单输入单输出控制系统的分析与设计。2 现代控制理论以为基础，研究多输入多输出、变系数、非线性等控制系

统的分析和设计。2

开环控制系统缺乏精确性和适应性，其控制精度取决于控制器及被控对象的参数稳

定性。3

反馈是指输出量通过适当的测量装置将测量信号的使之与输入量进行比较。3

开环控制系统缺乏精确性和适应性其控制精度取决于控制器及被控对象的

参数稳定性。3

闭环控制系统与开环控制系统的主要差别在于闭环控制系统有一条从系统输出端经过测量元件到输入端的反馈通路。3 基于负反馈基础上的“这一原理组成的系统称为反馈控制系统。3

自动控制系统按输入量变化的规律可分为恒值控制系统（自动镇定）、（随动系统（自动跟踪系统）和（程序控制系统）5

在恒值控制系统中，输出量以一定的精度接近给定值。5 在随动系统中，输出量以一定的精度跟随给定量的变化。5 控制系统品质指标的基本要求是稳定性，动态特性和稳态特性 7 一个控制系统要能起控制作用，系统必须是稳定的，而且必须满足一定的稳定裕量。7

自动控制系统的（稳定性）是系统工作的必要条件 7

第二章控制系统的数学模型

2．1 系统微分方程的建立

2．2 传递函数

2．2．1 定义

在线性定常系统中，初始条件全为零时，系统或部件输出的拉氏变换与输入的拉氏

变换之比称为系统或部件的传递函数。

2．2．3 传递函数的性质

2．2．4 典型环节及其传递函数

2．3 方块图

2．3．3 方块图化简法则

方块图的化简步骤可以有不同，但在简化时需要保持信号传送过程中的数学关系不

变。

Y(s)Y(s)

例题图所示系统，试写出R(s)和N(s)的传递函数。17 消去反馈环

1

K

K122

s s1

K1K2Y(s)3

1R(s)Ts(T1)s2s K1K2

K

1K122

s s1Ts

K2K3TsY(s)

3 2

N(s)Ts(T1)s s K1K2

C(s)/R(s)

例下图所示系统的闭环传递函数为（

G1G2

1G1H1G2H2 ）19