自动控制原理复习——第一章绪论

        随着自动控制原理课程的结课，这时候应该做一个该课程系统的学习总结了，半个学期过去了，虽然自控老师是一位颇具经验的老教授但无奈自己实在抢不着教室有限的座位，于是就开始了大学里日常的自学之旅（大学大学大不了自己学），希望通过写文章这种方式，既能够总结知识展示给他人，分享一下我对这门课的一些见解和想法，也是一个很好的平台与各位志同道合的朋友交流学习。
一、什么是自动控制？
        自动控制就是在没人直接参与的条件下 ，利用控制器使被控对象的被控变量自动地按照预定的规律运行。
1. 控制器
        外加的设备比较元件、放大元件、校正元件合称为控制器。
2. 被控对象
        被控对象是控制系统要进行控制的受控客体。通俗点说就是咱们直接控制的物体，比如说我们要编写程序来控制机器人跳舞那么机器人就是被控对象。
3. 被控变量
        被控变量是一种被测量和被控制的量值或状态。被控变量其实是一些声光热力电物理量，
比如上面说的编程控制机器人跳舞，机器人是咱们的被控对象，我们编程控制机器人的关节的角度发生改变从而让机器人完成我们期望的动作，这里机器人关节的角度就是咱们的被控变量。

二、自动控制系统的工作原理

1.开环控制系统

        控制器控制被控对象的被控变量，但只有顺向作用，而被控变量不会影响到控制器的控制，这样的系统就叫做开环控制系统，开环控制是一种结构简单、成本低的控制方式，一般用于受干扰影响不大、控制精度要求不高的场合。比如电风扇、自动售货机、自动洗衣机，等等。

2.闭环控制系统

        开环系统虽然在一定程度上能够对目标变量起到一定的控制作用，但当系统受到较大干扰时，比如电风扇当受阻力风速减小时，叶片转速减慢，此时如果我们想维持原先的转速就必须调整风速开关，但当阻力减小时，叶片转速又会比之前的大，很难做到维持变量恒定。

        但如果引入反馈，系统就不需要人为的控制就能维持变量恒定。比如在电风扇内部装一个转速传感器，当传感器测得的值与给定预期值更小时，系统便会发出信号，加大电机的电流，从而使转速自动提高，这样引入反馈的系统便能够实现自动控制的功能了，而这种系统就叫做闭环控制系统。在自动控制原理课程中，我们主要分析的时闭环控制系统，在此之前，我们有必要先了解闭环控制系统中的一些信号以及他们的符号。

   (1)闭环控制系统的信号

        ①输出信号，也就是系统的被控变量——c(t)

        ②输入信号，也就是系统的参考输入——r(t)

        ③反馈信号，被控变量的测量结果

        ④偏差信号，输入信号与反馈信号的差——e(r)

        ⑤误差信号，期望的输出与实际的输出信号的差——e'(t)

        ⑥干扰信号，让被控变量产生不应有变化的信号——n(t)

   (2)闭环控制系统的元部件

        ①测量元件，检测被控变量实际值。

        ②给定元件，给出与期望的被控变量相对应的系统输入量。

        ③放大元件，放大比较元件的偏差信号，用来推动执行元件去控制被控对象。

        ④执行元件，直接推动被控对象，使被控变量发生变化。

        ⑤比较元件，比较测量元件检测的被控变量实际值与给定元件给出的输入量并求出二者误差

        ⑥校正元件，结构和参数易于调整，用串联或者反馈的形式改善系统的性能。

 

三、自动控制系统时域上的性能指标

1.稳定性

        稳定性是系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏离平衡点恢复到原来平衡状态的能力。控制系统中一般含有储能元件或惯性元件，比如电容或电感，当他们的参数选取不合适时，系统容易发生振荡和发散而无法正常工作，稳定性是所有自动控制系统必须满足的最基本要求。

2.动态性能

        当系统的参考输入改变或有外界扰动时，系统会偏离平衡状态，由于系统内存在能量不能发生突变的储能元件和惯性元件，所以系统不可能瞬间跳变到新的平衡状态或者恢复到原来的平衡状态，而是通过一个动态的稳态过程，这个过程就是瞬态响应从而达到稳态。

        描述动态过程的性能可以用平稳性和快速性来衡量。系统如果具有较小的超调量和振荡性那么他具有平稳性；如果系统由新状态经历较短的时间就能达到新的平衡那么它具有快速性。

3.稳态误差

        稳态误差时系统完成过渡后，实际的稳态输出量与期望的稳态输出量之差。系统的稳态误差越小，系统的精度越高。