第一章绪论¶

基础定义¶

控制工程基础主要阐述有关自动控制技术的基础理论。

自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控对象的某些物理量准确地按照预期的规律变化。

研究对象：

控制系统（单一&组合、具体&抽象）
机械工程领域的系统（如数控机床、机器人等）

研究任务：

控制系统与其输入、输出之间的动态关系。
系统分析：已知\(G\), \(X_i\)，求\(X_o\)
最优控制：已知\(G\), \(X_o\) , 求\(X_i\) , 使\(X_o\)符合要求
最优设计：已知\(X_i\), \(X_o\) , 求\(G\)，使\(X_o\)符合要求
滤波与预测：已知\(G\), \(X_o\)，以识别\(X_i\)或\(X_i\)的有关信息。关信息
系统辨识：已知\(X_i\) , \(X_o\) , 求\(G\)

控制理论分支¶

分为经典控制理论和现代控制理论：

经典控制理论：以传递函数为基础（积分变换为数学工具），主要研究单输入、单输出、线性、定常系统的分析与设计问题。
现代控制理论：以状态空间法为基础（矩阵变换为数学工具），主要研究多输入、多输出、非线性、时变系统的分析与设计问题。

自动控制系统的分类¶

开环控制系统、闭环控制系统
恒指控制系统、程序控制系统、随动系统
连续控制系统、离散控制系统
线性控制系统、非线性控制系统
定常系统、时变系统

控制基本原理：反馈控制原理

闭环、连续、线性、定常

开环控制系统¶

系统的输出量对控制作用没有影响的系统，既不需要对输出量进行测量，也不需要将输入与输出的反馈进行比较。例如：自动洗衣机。

闭环控制系统¶

也称反馈控制系统，将输出信号部分或全部通过反馈装置传送到输入端与输入信号进行比较，将差值送入系统中的控制器，产生控制信号控制系统的输出达到希望的值。例如：人体、车舱温度。

优点：抑制扰动与内部参数变化对输出的影响。

缺点：复杂，易产生等副振动与发散振动，成本高

恒值控制系统¶

系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。如：恒温箱控制。

程序控制系统¶

输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。如：数控加工。

随动系统（伺服系统）¶

输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。如：自动瞄准系统。

连续控制系统¶

系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。通常采用微分方程描述。

离散控制系统¶

系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。通常采用差分方程描述。

闭环控制系统的组成及基本原理¶

给定环节：用于产生输入信号。
比较环节：接受输入和反馈信号进行比较，输出两者的偏差值。\(\varepsilon = x_1-x_0\)
放大环节
执行环节
被控对象
检测环节

自动控制系统的基本要求¶

稳定性：
系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力

准确性：
系统的控制精度，系统稳定后实际输出与希望输出的差值

快速性：
输出量与输入量有偏差时，系统消除偏差的快慢程度

第一章 绪论¶