控制工程基础学习笔记-第1章 概述

这一章主要就是交个朋友，不用太过认真

第1章 概述

1.1 控制系统的基本概念

自动控制：

在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。

控制系统的工作原理：

检测输出量（被控制量）的实际值；
将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差；
用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出；
控制系统的要求：快速性、准确性、稳定性。
这种基于反馈原理，能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间既定关系的系统，称为反馈控制系统。反馈控制系统具备测量、比较和执行三个基本功能。
这里的反馈使用的是负反馈。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法。

开环控制和闭环控制

开环控制系统

特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端和输入端之间不存在反馈回路；输出量
在整个控制过程中对系统的控制不产生任何影响。
下图为数控机床的开环控制系统框图

优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。
缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力
开环控制系统框图可以简化为如下形式：

闭环控制系统

特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。
闭环的作用：应用反馈，减少偏差。
优点：精度高，对外部扰动和系统参数变化不敏感。
缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。
闭环控制系统框图如下所示：

控制系统的基本类型

按输入量的特征分类

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。

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：火炮自动瞄准系统

按系统中传递信号的的性质分类

连续控制系统
离散（数字）控制系统

其他分类方法

线性系统和非线性系统
定常系统和时变系统
usw.
控制工程基础中讨论的一般都是线性定常系统。

对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。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。
这里讨论的控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。

准确性：

控制精度，主要以稳态误差来衡量。
稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。

快速性：

输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。

1.2 控制工程的发展

1.3 控制理论在机械制造工业中的应用