本课程的主要内容3.自动控制系统的分析和设计两者之间的关系系统分析和系统设计是相互联系、交替进行的。不是单纯为了分析而分析，而是为了设计新系统或改造已有的系统。对于从事自动控制的工程技术人员而言，更重要的是设计系统以及改造那些性能未达到要求的系统。自动控制原理第一章绪论1.1引言自动控制技术除了在工业上广泛应用外，近几十年来，随着计算机技术的发展和应用，在航空、航天、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中，自动控制技术具有越来越重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代社会生活中不可或缺的一部分。自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如机器、设备或生产过程）的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、化学成分等）自动的按照预定的规律运行（或变化）。自动控制系统的功能和组成是多种多样的，其结构有简单和复杂之分。它可以只控制一个物理量，也可以控制多个物理量甚至一个企业机构的全部生产和管理过程；它可以是一个具体的工程系统，也可以是比较抽象的社会系统、生态系统或经济系统。2.自动控制理论的发展经典控制理论经典控制理论的基本特征现代控制理论古典（经典）控制理论与现代控制理论的区别大系统理论大系统理论（续）智能控制开环控制系统Open-loopControlSystem闭环（反馈）控制系统Closed-loopControlSystem闭环控制系统框图闭环与开环控制系统的再比较方框图的有关概念反馈的概念示例1：水位控制系统示例2：电机转速控制系统电机转速人工控制系统电机转速自动控制系统由以上分析可知：产生控制作用的关键是偏差信号，而偏差信号是对被控量不断测量转换并反馈到输入端与参考输入量相减（即负反馈）得到的，这种利用负反馈得到偏差信号，进而产生控制作用，又去消除偏差的控制原理就叫反馈控制原理开环和闭环控制系统的特点图1.2闭环控制系统方块图反馈控制系统的组成、名词术语和定义（2）反馈控制系统的组成、名词术语、定义（3）1.4自控系统的分类线性系统的上述特性将使系统分析大大简化。例如实际系统往往是MISO，应用叠加原理可分别考虑每个输入单独作用时系统引起的响应，然后将它们叠加，从而将MISO系统转化为SISO系统来讨论。又如实际系统输入信号的幅值各种各样，运算不方便。应用均匀性可将其输入信号幅值取为1，这样得到的响应和实际输入信号所产生的响应，其变化特性完全相同，所不同的只是在幅值上按比例放大和缩小。因此，我们在研究系统性能时，系统的各类输入信号幅值一般均取为1。非线性系统：系统中只要有一个元部件的输入－输出特性是非线性的，这类系统就称为非线性系统。非线性方程的特点是系数与变量有关，或者方程中含有变量及其导数的高次幂或乘积项。如注意：严格来说，实际的物理系统中不存在线性系统，总是或多或少存在不同程度的非线性特性。为了研究方便，当非线性不显著或系统在非线性特性区域的工作范围不大，可将其视为线性，或将其线性化，然后按线性系统处理。恒值控制系统（自动调节系统）输入信号是某个恒定不变的常数，要求系统的被控量尽可能的保持在期望值附近，系统面临的主要问题是存在使被控量偏离期望值的扰动；控制的任务就是要增强系统的抗扰动能力，使扰动作用于系统时，被控量能尽快的恢复到期望值上。例如：工业生产中的温度、压力、流量等参数的控制系统随动控制系统（伺服系统）输入信号是随时间任意变化的函数，要求系统的输出信号紧紧跟随输入信号的变化。系统面临的主要矛盾是，被控对象和执行机构因惯性等因素的影响，使得系统的输出信号不能紧紧跟随输入信号的变化，控制系统的主要任务就是提高系统的跟踪能力，使系统能够跟随难以预知的输入信号的变化。例如：火炮自动跟踪系统、跟踪卫星的雷达天线控制系统等。连续系统：系统中所有物理量均为时间的连续函数，其数模为微分方程离散系统：系统中所有物理量均为时间的离散函数，其数模为差分方程离散系统是一个总称，如果系统中使用采样开关，将连续函数形式的信号转变为离散脉冲序列形式的信号进行，这样的系统称为采样控制系统，如果使用计算机或数字控制器，离散信号以数码形式传递，这样的系统称为数字控制系统定常系统：如果描述系统的微分方程或差分方程的系数均为常数，这类系统为定常系统，又称时不变系统。特点：系统的响应特性只取决于输入信号的形状和系统的特性，而与输入信号施加的时刻无关。时变系统：如果系统的参数或结构随时间而变化，则称这类系统为时变系统。特点：系统的响应特性不仅取决于输入信号的形状和系统的特性，而且还与输入信号施加的时间有关。对于同一系统来说，当输入信号在不同时刻作用于系统时，系