【正文】 自動控制系統(tǒng)舉例 飛機 自動駕駛儀系統(tǒng) 能保持或改變飛機飛行狀態(tài)的自動裝置，可以穩(wěn)定飛行的姿態(tài)、高度和航跡；可以操縱飛機爬高、下滑和轉(zhuǎn)彎。 工作原理： 通過控制飛機的三個操縱面（升降舵、方向舵、副翼）的偏轉(zhuǎn)，改變舵面的空氣動力特性，形成圍繞飛機質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 被控對象： 飛機。 控制裝置： 垂直陀螺儀、放大器、舵機、反饋電位器。但由于系統(tǒng)存在慣性，如電磁慣性、機械慣性，輸出量不可能突變，則系統(tǒng)需一個暫態(tài)過程后達到穩(wěn)態(tài)。被控量處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)稱為 穩(wěn)態(tài)或靜態(tài) 。 ? 穩(wěn)： 指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ? 準： 指過渡過程的最終精度。當作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出都能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)的系統(tǒng)稱為穩(wěn)定的系統(tǒng)。 一、基本要求 ? 線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定的 ，與外界因素無關(guān) 。 ?穩(wěn)： 指控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和過渡過程的平穩(wěn)性 控制系統(tǒng)動態(tài)過程曲線 如上圖所示，系統(tǒng)在外作用下，輸出逐漸與期望值一致，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，如曲線 ① 所示；反之，輸出如曲線 ② 所示，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)的最基本要求 快速性： 指過渡過程的快速性 快速性即過渡過程進行的時間的長短。 平穩(wěn)性和快速性反映了系統(tǒng)過渡過程性能的好壞。 ： 理想情況下 ，過渡過程結(jié)束后，被控量達到的 穩(wěn)態(tài)值 （即平衡狀態(tài)） 應(yīng)與期望值一致 。 穩(wěn)態(tài)誤差越小越好 （技術(shù)指標中一般都有具體要求） 二、典型信號 /典型外作用： 在工程實踐中，自動控制系統(tǒng)承受的外作用形式多種多樣 外作用不同 ? 系統(tǒng)被控量的變化情況（即響應(yīng)）各不相同 為了便于用統(tǒng)一的方法研究和比較控制系統(tǒng)的性能 ， 通常選用幾種確定性函數(shù)作為典型外作用 （ 典型信號 ） 選取原則： ? 這種函數(shù)在現(xiàn)場或?qū)嶒炇抑腥菀椎玫健? ? 這種函數(shù)的數(shù)學(xué)表達式簡單，便于理論分析與計算。 1）階躍函數(shù) 數(shù)學(xué)表達式 ??? ??? 0,0 0,)( ttRtr圖形： 表示在 t=0時刻出現(xiàn)了幅值為 R的階躍變化，即 t=0時 突然加到系統(tǒng)上 的一個 幅值不變 的外作用。 如：電源電壓突然跳動、負載突然增大或減小、飛機飛行中遇到常值陣風(fēng)擾動 … R0 tr(t)一般來講， 階躍輸入 是 變化最劇烈，對系統(tǒng)最不利的外作用，如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下能滿足自動控制任務(wù)。所以，常選用階躍函數(shù)作為典型輸入來研究系統(tǒng)的性能。 總的來說，研究典型信號的最終目的還是希望實際的調(diào)節(jié)過程盡可能接近于理想的調(diào)節(jié)過程（也就是前面提出的穩(wěn)定性、快速性、準確性三方面的要求） 一般常用階躍函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)特性作為評價系統(tǒng)動態(tài)性能指標的依據(jù) 。 0 t r(t)3）脈沖函數(shù) 脈沖函數(shù)數(shù)學(xué)表達式 脈沖函數(shù)是對 t趨于 0，求極限得到的 。 面積 A=1的脈沖函數(shù)稱為 單位脈沖函數(shù) （或 ?函數(shù) ） 強度為 A的 脈沖函數(shù)表示為 在 t0 時刻出現(xiàn)的單位脈沖函數(shù)則表示為 但脈沖函數(shù) 在現(xiàn)實中是不存在的 ，只是數(shù)學(xué)上的定義，在現(xiàn)實系統(tǒng)中常把作用時間很短，幅值很大而強度有限的一些外作用近似看作脈沖函數(shù)。（ 杜哈梅積分公式 ） 4）正弦函數(shù) 數(shù)學(xué)表達式 A為正弦函數(shù)的振幅， w=2π f 為角頻率，這里，初始相角 φ =0，如果初始相角 φ 不等于 0，那么正弦函數(shù) r(t)的表達式為： r(t)=Asin(wtφ ) 圖形 ??????0,00,s i n)(ttwtAtrr(t)tA 正弦函數(shù)也是控制系統(tǒng)常見的一種典型外作用，很多實際的隨動系統(tǒng)就是經(jīng)常在這種正弦函數(shù)作用下工作的： 如：艦船的消擺系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺的隨動系統(tǒng)等。 返回 控制系統(tǒng)設(shè)計概述及設(shè)計實例 工程設(shè)計概述 目的：逐步確定預(yù)期系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置、設(shè)計規(guī)范、關(guān)鍵參數(shù)，以滿足實際的需求。 設(shè)計示例 1：胰島素注射控制系統(tǒng) （藥物自動注射系統(tǒng)：調(diào)節(jié)血壓、血糖、心率等） 又稱持續(xù)皮下胰島素輸注（ CSII），是一種計算機控制的、可連續(xù)微量注射胰島素的蠕動泵，可以模擬人體生理胰島素分泌的一種胰島素輸注系統(tǒng)。開環(huán)式 泵是比較簡單的裝置，沒有血糖傳感系統(tǒng)，需要自己監(jiān)測血糖和設(shè)定胰島素劑量。 1）確立控制目標：設(shè)計一個能調(diào)節(jié)糖尿病人血糖濃度的系統(tǒng) 2）確定要控制的系統(tǒng)變量：血糖濃度 3）控制系統(tǒng)設(shè)計指標：使病人的血糖濃度嚴格逼近（跟蹤） 健康人的血糖濃度 4）給出系統(tǒng)初步結(jié)構(gòu)配置： 放大器胰島素注射速度電機泵和閥門人體、血液和胰腺傳感器)( t? 實際血糖濃度血糖濃度測量值預(yù)期血糖濃度+（ b）血糖控制的閉環(huán)系統(tǒng) 預(yù)編程信號發(fā)生器電機泵和閥門)( t? )( tI電機電壓胰島素注射速度（ a）血糖控制的開環(huán)系統(tǒng)（無反饋） 1. 自動控制的一般概念 基本控制方式 控制系統(tǒng)的基本組成 控制系統(tǒng)的分類 對控制系統(tǒng)的要求 2. 要求掌握的知識點 負反饋控制系統(tǒng)的特點及原理 由系統(tǒng)工作原理圖繪制方框圖 小 結(jié) 電位器 放大器 伺服電動機 開門位置 關(guān)門位置 絞盤 大門 實際位置 倉庫大門自動控制系統(tǒng)方塊圖 P19, 12 17. (1) 222()( ) 5 ( ) d r tc t r t tdt? ? ?非線性時變系統(tǒng) 3232( ) ( ) ( )( 2 ) 3 6 8 ( ) ( )d c t d c t d c t c t r td t d t d t? ? ? ?線性定常系統(tǒng) ( ) ( )( 3 ) ( ) ( ) 3d c t d r tt c t r td t d t? ? ?線性時變系統(tǒng) ( 4) ( ) ( ) c os 5c t r t t???非線性時變系統(tǒng) ()( 5 ) ( ) 3 ( ) 6 5 ( )td r tc t r t r ddt ????? ? ? ?22( ) ( ) ( )3 6 5 ( )d c t d r t d r t rtd t d t d t? ? ? ?線性定常系統(tǒng) 2( 6 ) ( ) ( )c t r t? 非線性定常系統(tǒng)