【正文】 ?對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為： 穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性， 統(tǒng)稱為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控制量（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。 ? 這兩個(gè)信號(hào)在控制器中比較得到輸出量與給定值之間的一個(gè)偏差信號(hào) (正或負(fù) )， 控制器對(duì)該偏差信號(hào)按設(shè)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出控制指令信號(hào)，送入執(zhí)行器。閉環(huán)的作用就是：應(yīng)用反饋來減少偏差。 這樣 ， 當(dāng)爐溫偏離希望值時(shí) ， 開關(guān) K的接通或斷開時(shí)間不會(huì)相應(yīng)改變 。 智能控制 是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù) ， 是人工智能在控制上的應(yīng)用 。至此 ， 控制理論發(fā)展的第一階段基本完成 ， 形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經(jīng)典控制理論 。包括測(cè)量設(shè)備、計(jì)算處理設(shè)備及驅(qū)動(dòng)動(dòng)作設(shè)備。學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題 。 ?課外補(bǔ)充 復(fù)習(xí)：復(fù)變函數(shù) Laplace變換 自學(xué)： Matlab編程。一般由控制裝置和被控制對(duì)象組成。 ? 1868年，馬克斯威爾（ ）提出了低階系統(tǒng)的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù) 。 大系統(tǒng)理論是過程控制與信息處理相結(jié)合的系統(tǒng)工程理論 ， 具有規(guī)模龐大 、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 功能綜合 、 目標(biāo)多樣 、 因素眾多等特點(diǎn) 。 圖 1－ 2 液位控制系統(tǒng)示意圖 ? 但是液位 H的變化卻不會(huì)自動(dòng)使閥門 V2開度發(fā)生變化，也就是說系統(tǒng)的輸出量 (液面高度 )對(duì)系統(tǒng)的控制作用 (輸入流量 )沒有任何影響 。 那么，閥門 V1開度變化引起輸出流量和液位變化時(shí)，該裝置通過測(cè)量和比較，得到實(shí)際液位與給定值的偏差，這個(gè)偏差信號(hào)通過 執(zhí)行部件(圖中的伺服電動(dòng)機(jī) )反過來使控制輸入流量的閥門 V2開度自動(dòng)作相應(yīng)的變化，把液位又調(diào)整到原來的高度 。 ? (2)控制器 (或稱調(diào)節(jié)器 )：具有比較、放大、判斷決策與發(fā)出指令的功能。 ?控制對(duì)象： 被控制的機(jī)器，設(shè)備，過程或系統(tǒng)； ?控制器： 用來對(duì)被控制對(duì)象施加控制作用的裝置；反饋環(huán)節(jié)：將輸出量轉(zhuǎn)化為主反饋信號(hào)的裝置；反饋環(huán)節(jié)中通常含有信號(hào)檢測(cè)裝置 。 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1. 穩(wěn)定性 系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用后自動(dòng)返回原來的平衡狀態(tài)的能力。 指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過渡過程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度 。例如： 恒值系統(tǒng) 隨動(dòng)系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的分類 （ 2） ? 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（按照組成系統(tǒng)的元件特性分類） 線性系統(tǒng) 是指構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件的系統(tǒng)。 ? (4)測(cè)量變送器 ：測(cè)量輸出量的大小和變化，并把被控量大小與變化變成與給定值相同類型的信號(hào)送人控制器。 ?閉環(huán)系統(tǒng)： 由于增加了檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié) ，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ， 成本有所增加；但它提高了系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力；同時(shí)負(fù)反饋對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響 。 2).閉環(huán)控制 閉環(huán)控制 是指系統(tǒng)的被控制量 （ 輸出量 ）與控制作用之間存在著 反饋 的控制方式 。 智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程 ， 對(duì)自主機(jī)器人的控制就是典型的例子而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí) 。 與此同時(shí) ， 反饋?zhàn)饔糜謳砹讼到y(tǒng)穩(wěn)定性問題 ， 正是這個(gè)曾一度困擾人們的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題激發(fā)了人們對(duì)反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的熱情 ， 推動(dòng)了自動(dòng)控制理論的發(fā)展與完善 。那么象汽車的駕駛也是由人參與的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。 ?數(shù)控加工中心能夠按照預(yù)先給定的工藝程序自動(dòng)進(jìn)刀切削，加工出預(yù)期的幾何形狀。 前導(dǎo)課程： 復(fù)變函數(shù)、電路理論、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 后續(xù)課程： 機(jī)電一體化控制、 畢業(yè)設(shè)計(jì)等 …… 控制思想、控制方法論 主要教學(xué)環(huán)節(jié) ?習(xí)題 獨(dú)立完成作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能和組成是多種多樣的 ，其結(jié)構(gòu)有簡(jiǎn)單也有復(fù)雜 。 從 1868年馬克斯威爾（ ） 提出低階系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)至今一百多年里 ， 自動(dòng)控制理論的發(fā)展可分為四個(gè)主要階段： 第一階段： 經(jīng)典控制理論 （ 或古典控制理論 ） 的產(chǎn)生 、 發(fā)展和成熟； 第二階段： 現(xiàn)代控制理論的興起和發(fā)展； 第三階段： 大系統(tǒng)控制興起和發(fā)展階段； 第四階段 ：智能控制發(fā)展階段 。 大系統(tǒng)理論 20世紀(jì) 70年代開始 ， 現(xiàn)代控制理論繼續(xù)向深度和廣度發(fā)展 ， 出現(xiàn)了一些新的控制方法和理論 。 例如 ：電加熱爐 開環(huán)控制系統(tǒng)例 1 被控制對(duì)象： 電阻絲 被控制量 （ 輸出量 ） ： 爐溫 控制裝置： 開關(guān) K和電熱絲，對(duì) 被控制量起控制作用。 同時(shí) ， 由于有反饋的存在 ， 整個(gè)控制過程是閉合的 ， 故也稱為閉環(huán)控制 。 ? (1)控制對(duì)象 (或稱調(diào)節(jié)對(duì)象 )：指被控制的設(shè)備與機(jī)器，在上述系統(tǒng)中控制對(duì)象指的是 水箱 。 ?閉環(huán)控制 系統(tǒng)的方框圖 被控量 偏差 信號(hào) () 參考 輸入信號(hào) r(t) 調(diào)節(jié)器 (或控制器 ) u(t) 受控系統(tǒng) e(t) c(t) 反饋信號(hào) 控制量 擾動(dòng) 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 受控 對(duì)象 反饋裝置 (測(cè)量元件 ) 控制對(duì)象： 被控制的機(jī)器，設(shè)備，過程或系統(tǒng)； ?閉環(huán)控制 系統(tǒng)的方框圖 被控量 偏差 信號(hào) () 參考 輸入信號(hào) r(t) 調(diào)節(jié)器 (或控制器 ) u(t) 受控系統(tǒng) e(t) c(t) 反饋信號(hào) 控制量 擾動(dòng) 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 受控 對(duì)象 反饋裝置 (測(cè)量元件 ) 控制器： 用來對(duì)被控制對(duì)象施加控制作用的裝置；反饋環(huán)節(jié)：將輸出量轉(zhuǎn)化為主反饋信號(hào)的裝置；反饋環(huán)節(jié)中通常含有信號(hào)檢測(cè)裝置 。 如果系統(tǒng)內(nèi)某處或數(shù)處信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)則稱為 離散系統(tǒng) 。 系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能相關(guān)概念 在時(shí)域中 ， 常用單位階躍信號(hào)作用下 ， 系統(tǒng)輸出的超調(diào)量 ?p ,上升時(shí)間 Tr,峰值時(shí)間 Tp,過渡過程時(shí)間 （ 或調(diào)整時(shí)間 ） Ts和振蕩次數(shù) N等特征量表示 。其只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理。為防止輸出量過調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，取反饋信號(hào)符號(hào)與給定值的相反，稱為負(fù)反饋。 ? 讓水箱液面始終保持給定的高度。 人本身就是一個(gè)具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)系統(tǒng) 。 小結(jié) 控制技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，與我們的工作、生活密切相關(guān)，在現(xiàn)實(shí)世界中可謂無處不在，掌握好控制技術(shù)有著非常重要的意義！ 方框圖的有關(guān)概念