文章目录

A 自动控制的基本原理和方式
B 自动控制系统实例
C 自动控制系统的分类

C.a 线性定常连续系统
C.b线性定常离散控制系统
C.c 非线性控制系统

D 对自动控制系统的基本要求

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A 自动控制的基本原理和方式

<1> 自动控制原理

无人直接参与
机器、设备或生产过程的工作状态或参数
自动实现某种规律运行。
经典控制：单输入、单输出。
现代控制：多输入、多输出。
反馈：（控制思想的精髓，知己知彼）

<2> 应用例子：

数控机床按照规定程序自动地切削工件。
化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定。
导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方目标。
人造卫星准确地进入预定轨道并回收。

<3> 自动控制原理发展概况
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<4> 反馈控制（又称为闭环控制）

例子1：

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眼睛作为视觉感官看一下书在哪里并告诉大脑，大脑思考之后让手臂带动手作为执行机构去取书，然后手距离书位置情况，再眼睛反馈给大脑手与书的距离。经过多次反馈，手到达了书的位置，把书取了。

例子2：龙门刨床
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最左侧：滑动变阻器。放大器（FD）将偏差信号 $\Delta u$ 放大，放大后，将信号传送给触发器CF，触发器输出到晶闸管KZ，KZ输出合适的电量给直流电机供电，直流电机产生转速，通过轴传递转速经过一个测速发电机TG把转速测出来，将非电信号（角速度）转化为电信号（电位差），再反馈回输入端，得到一个新的 $\Delta u$ 。
如果负载 $M$ 变为增大，这将导致转速 $n_w$ 降低，测速发电机发出的电压 $u_test$ 变小，输入端电位差 $\Delta u$ 增大，则CE，KZ输出的电压增大，导致给电动机供电的电压 $u_{sm}$ 增大。（即负载变重，转速变小，导致直流电机供电的电压增大，转速提高。）

<5>控制系统方框图
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测量元件
给定元件
比较元件
放大元件
执行元件
校正元件

<6> 基本控制方式

反馈控制系统：闭环控制系统
开环控制系统：按给定控制、按优化<干扰、噪声>控制
复合控制系统：兼顾反馈、开环（按扰动）控制系统

<7> 电动机——电机，是自动控制系统中的常用部件。
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定性的讲：

当负载 $M_L$ 一定时，电压U增大>>》转速n提高；
当电压U一定时，负载 $M_L$ 增大>>》转速n减小。

当负载变化时，要想保持转速恒定，应该怎么办?下面看一龙门刨自动调速系统。

<8>控制方案1（开环控制控制系统）：
输出量受控于输入量，而对控制量不能反施影响的一类系统。

系统方框图：
结构特征：信息单向传递，没有形成闭合回路
系统特点：控制系统结构简单，成本低廉；控制精度差，抗干扰能力差。
使用场合：多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。如：自动售货机，自动报警器，自动化流水线，全自动洗衣机。
龙门刨自动调速系统：

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其中：

$U_r$ ——控制量（输入量之一）
$\omega$ ——被控量（输出量）
$M_L$ ——扰动量（输入量之二）
工作原理：被控对象——电动机。没有TG,当硬件退化、或者加重载时，由于没有反馈装置，所以无法保持转速横定。

<9>控制方案2（闭环（反馈）控制系统）
系统方框图：
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结构特征：信息循环往复传递，按偏差进行控制；
系统特点：按偏差控制（因此必须有输出量的测量装置）；抗干扰性好，控制精度高；系统较复杂，有稳定性问题。
使用场合：多用于系统结构参数不稳定和扰动信号较强的场合。
龙门刨自动调速系统：

<9>复合控制系统
系统方框图：下部的环为闭环（如果扰动产生的信号从前向通道经过测量装置反馈到前向通道上，这种封闭的取法称为闭环。）上部的环为开环（输入量为扰动量M，方向不封闭）
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<10>常用术语
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B 自动控制系统实例

<1>函数记录仪器原理
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系统方框图：
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<2>飞机自动驾驶仪器系统原理图
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垂直陀螺仪：测量仰角，俯角
系统方框图：

<3>电阻炉温度微机控制系统
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热电偶：将温度转化为电信号，温度的变化在热电偶两端产生电位差。通过发大滤波，让它驱动A/D变换器（计算机只能处理数字电信号），然后通过D/A变化器转换为模拟信号，再通过触发器，晶闸管来调节电阻丝的供电。

<4>锅炉液位控制系统

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C 自动控制系统的分类

C.a 线性定常连续系统

$a_0\frac{d^n}{dt^n}c(t)+a_1\frac{d^{n-1}}{dt^{n-1}}c(t)+...+a_nc(t)=b_0\frac{d^m}{dt^m}r(t)+b_1\frac{d^{m-1}}{dt^{m-1}}r(t)+...+b_mr(t)$
其中： $c(t)$ ——系统输入； $r(t)$ ——系统输入
特点：

各变量[ $r(t),c(t)$ ]及其导数以一次幂形式出现，且无交叉相乘；——线性
各系数 $a_i(i=0)\to n,b_i(i=0\to m)$ 都是常数——定常（非时变）
系统中各信号随着时间连续变化——连续

线性定常连续系统包括：

恒值控制系统（龙门刨床：恒定转速；锅炉系统：恒定温度）
随动系统，包括伺服系统（伺服系统指的是以位置作为输入）
程序控制系统（数控机床雕塑）
后两种系统的被控对象一直在发生变化。随动系统的被控量是无法预知的，程序控制的则是已知的。

C.b线性定常离散控制系统

$a_0c(k+n)+a_1c(k+n-1)+...+a_{n-1}c_{k+1}+a_nc(k)\\=b_0r(k+m)+b_1r(k+m-1)+...+b_{m-1}r(k+1)+b_mr(k )\qquad (m\le n)$
r:输入采样序列；c:输出采样序列

总结:C.a、C.b线性系统具有齐次性、叠加性

C.c 非线性控制系统

系数与变量有关
$\frac{d^2y(t)}{dt^2}+y(t)\frac{dy(t)}{dt}+y^2(t)=r(t)$

按控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制
按元件类型：机械、电气、机电、液压、气动、生物
按系统功用：速度控制系统、随动控制系统、程序控制系统…
按参据量变化规律：恒值控制系统、压力控制系统、温度控制系统、位置控制系统…
按系统性能：
线性系统——系统中所有元件的特性都是线性的。；非线性系统.（大于等于一个元件是非线性的）
定常（时不变）系统——系统的结构和参数不随时间变化；时变系统（大于等于一个元件是时变的）
连续系统——系统中各部分信号随着时间连续变化；离散系统（大于等于一个元件是离散的）
确定性系统；不确定性系统（大于等于一个元件是不确定的）