【正文】 ?方框 控制裝置和被控對象分別用方框表示 ?信號線 方框的輸入和輸出以及它們之間的聯(lián)接用帶箭頭的信 號線表示 ?輸入信號 進入方框的信號 ， 控制量 ?輸出信號 離開方框的信號 ， 被控量 注：干擾或者破壞系統(tǒng)預定性能的輸入信號稱為擾動 。 控制系統(tǒng)的基本概念 按照有無反饋 ， 把控制系統(tǒng)分為兩種形式：開環(huán)控制和閉環(huán)控制 1)． 開環(huán)控制 開環(huán)控制是沒有輸出反饋的一類控制 ， 指系統(tǒng)的被控制量 （ 輸出量 ） 只受控于控制作用 ，而對控制作用不能反施任何影響 （ 沒有反饋 ）的控制方式 。 例如 ：電加熱爐 開環(huán)控制系統(tǒng)例 1 被控制對象： 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 被控制量起控制作用。 如果由于閥門 V1的開度變化而引起輸出流量發(fā)生變化時，必然引起液位 H的變化，為了保持 H不變必需人為地控制閥門 V2的開度來改變輸入的流量，以維持液面高度 H不變。 ? 這種 輸出量對控制作用沒有任何影響 ，或者說 控制器與控制對象之間只有單向作用而沒有反向作用的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)， 框圖 如圖 13所示。 這樣 ， 當爐溫偏離希望值時 ， 開關(guān) K的接通或斷開時間不會相應改變 。 開環(huán)系統(tǒng)主要問題：無法自動減小或消除由于擾動而產(chǎn)生的 (實際液位與設定液位之間 )誤差。采用閉環(huán)控制的系統(tǒng)稱為 閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng) 。 人本身就是一個具有高度復雜控制能力的閉環(huán)系統(tǒng) 。 若反饋信號是與輸入信號相減而使偏差值越來越小 ， 則稱為 負反饋 ；反之 ， 則稱為 正反饋 。 同時 ， 由于有反饋的存在 ， 整個控制過程是閉合的 ， 故也稱為閉環(huán)控制 。說明的是： 輸出量對系統(tǒng)的控制作用的影響 稱為 “ 反饋 ” 。 ? 閉環(huán)系統(tǒng) :控制的是控制對象的輸出量 (被控量 )，測量的是輸出量與給定值之間的偏差。閉環(huán)的作用就是：應用反饋來減少偏差。 閉環(huán)控制框圖 前向通道 反饋通道 閉環(huán)控制的電加熱爐方框圖 開環(huán)控制直流電動機速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖 圖 1－ 8 閉環(huán)控制直流電動機調(diào)速系統(tǒng) 圖 1－ 9 開環(huán)與閉環(huán)的比較 閉環(huán)控制系統(tǒng)典型方框圖 3).開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點 ?開環(huán)系統(tǒng)： 結(jié)構(gòu)簡單 ， 穩(wěn)定性好 ， 容易設計和調(diào)整以及成本較低的優(yōu)點 ， 對那些負載恒定 ，擾動小 ， 控制精度要求不高的實際系統(tǒng) ， 是有效的控制方式 。 2. 反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語和定義 （ 1） ? 反饋控制系統(tǒng)的概念 ? 反饋是控制系統(tǒng)中一個最基本、最重要的概念。 ? 讓水箱液面始終保持給定的高度。 自動控制器通過比較實際液位與希望液位，然后通過電機來調(diào)整閥門的開度，對夜面誤差（夜面高度轉(zhuǎn)換位電壓）進行修正，從而達到保持液位不變的目的 。 ? (1)控制對象 (或稱調(diào)節(jié)對象 )：指被控制的設備與機器，在上述系統(tǒng)中控制對象指的是 水箱 。在上述系統(tǒng)中水箱的 夜面高度 ，便是輸出量。在上述系統(tǒng)中便是 電動機和減速器 。 ? 這兩個信號在控制器中比較得到輸出量與給定值之間的一個偏差信號 (正或負 )， 控制器對該偏差信號按設定的控制規(guī)律進行運算，然后發(fā)出控制指令信號，送入執(zhí)行器。在上述系統(tǒng)中 閥門 便構(gòu)成了執(zhí)行器。上述系統(tǒng)中的 浮子、杠桿和電位器 。為防止輸出量過調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，取反饋信號符號與給定值的相反，稱為負反饋。 ? 如果反饋信號符號取得與給定值同向，便是正反饋，它不能減少或消除偏差，系統(tǒng)也不能穩(wěn)定工作，因此，自動控制系統(tǒng)中幾乎不用正反饋。 ?閉環(huán)控制 系統(tǒng)的方框圖 被控量 偏差 信號 () 參考 輸入信號 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 控制量 擾動 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執(zhí)行 機構(gòu) 受控 對象 反饋裝置 (測量元件 ) 控制對象： 被控制的機器，設備，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 () 參考 輸入信號 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 控制量 擾動 給定 裝置 校正 裝置 放大 元件 執(zhí)行 機構(gòu) 受控 對象 反饋裝置 (測量元件 ) 控制器： 用來對被控制對象施加控制作用的裝置；反饋環(huán)節(jié)：將輸出量轉(zhuǎn)化為主反饋信號的裝置；反饋環(huán)節(jié)中通常含有信號檢測裝置 。 ? 控制量 u: 從控制器輸出并作用于被控制對象的信號； ? 擾動 n： 來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部 ， 對系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號； 反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語、定義（ 2） ?輸出 c： 反饋控制系統(tǒng)的被控制量，即被控制對象的輸出量； ?比較環(huán)節(jié)： 將參考輸入與主反饋信號進行比較的環(huán)節(jié) ， 它的輸出等于參考輸入與主反饋信號的差值 ，即偏差 e,比較環(huán)節(jié)又稱為偏差檢測器 。 3. 反饋控制系統(tǒng)的分類 ? 外反饋 （人為的反饋） ? 為達到一定的控制目的而有意設計的反饋。其任務是消除或減少擾動信號對系統(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。其任務是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動系統(tǒng)的兩項主要性能指標。其動態(tài)性能可用線性微分方程描述，系統(tǒng)滿足疊加原理。其只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理。反之，稱之為本質(zhì)非線性，它只能用非線性理論分析研究。 如果系統(tǒng)內(nèi)某處或數(shù)處信號是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)則稱為 離散系統(tǒng) 。 而用數(shù)字計算機或數(shù)字控制器控制的系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或計算機控制系統(tǒng) 。如果系統(tǒng)受到擾動作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動返回到原來的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 ?對控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為： 穩(wěn)定性、快速性、準確性， 統(tǒng)稱為系統(tǒng)動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。 ? ? 準確性是指在過渡過程結(jié)束以后輸出量與給定的輸入量（或同給定輸入量相應的穩(wěn)態(tài)輸出量）的偏差，它又被稱為靜態(tài)偏差或穩(wěn)態(tài)精度。 開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差通常與系統(tǒng)的增益或放大倍數(shù)有關(guān) ， 而反饋控制系統(tǒng) （ 閉環(huán)系統(tǒng) ） 的控制精度主要取決于它的反饋深度 。 系統(tǒng)動、靜態(tài)性能相關(guān)概念 在時域中 ， 常用單位階躍信號作用下 ， 系統(tǒng)輸出的超調(diào)量 ?p ,上升時間 Tr,峰值時間 Tp,過渡過程時間 （ 或調(diào)整時間 ） Ts和振蕩次數(shù) N等特征量表