文档介绍：引言 自动控制系统的基本概念 自动控制系统的工作原理 开环控制系统 闭环控制系统 复合控制系统 控制系统举例 对控制系统的基本要求与典型输入信号 自动控制系统的分类 自动控制理论的发展简史 引言信息化是当今时代发展的大趋势, 代表着先进的生产力。信息化水平已经成为衡量一个国家发达程度的重要标志之一。为传统产业插上信息化翅膀的自动化技术是我国今后重点发展的一个工程技术领域。自动控制理论是实现自动化技术的重要基础。读者现在可能并不理解自动控制复杂的细节, 但却从现代生活中的洗衣机、电冰箱、空调等生活用品中可以感受到自动控制给人们带来的便利。随着科学技术的发展, 人们的生活对自动运行系统的依赖程度越来越大。随着物联网技术的发展, 智能家居得到快速地推进。在不久的将来, 回家前先发条短信, 浴缸里就能自动放好洗澡水、电饭锅就开始自动做饭; 家中开关只需一个遥控板就可全部控制, 再也不用冬天冒寒下床关灯; 家里漏气或漏水, 手机短信会自动报警。无人驾驶的智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车, 这种汽车不需要人去驾驶, 人只舒服地坐在车上享受高科技的成果就行了。这些系统在不需要人工干预的情况下, 自动执行某些功能的能力对人们的生活产生了巨大的影响, 自动控制的成就令人类着迷和兴奋。 自动控制系统的基本概念 控制所谓“控制”, 其含义是使某个( 或某些) 量按照一定的规律变化。这个(或这些)量称做被控变量。根据人们生产、生活和社会活动的需要, 会要求各种各样的量按一定的规律变化。例如, 在社会经济领域, 人们要求等按一定的规律增长, 否则变会失控; 在生态学方面, 人们要求某个濒危物种的种群数量快速上升, 要求某个有用的生物种群数量上升, 达到一定数量后便保持稳定, 不再增加。这些都是控制问题。在工业技术领域, 大多是对各种物理量的控制。被控制的物理量主要包括运动学、电学、热学、声学等方面的量, 如物体的位置、转角、线速度、角速度、线加速度、角加速度、力、力矩、电压、电流、温度、压力、流量、湿度等。下面通过一些例子来说明“控制”。 1、机械手的控制:图 是一个机械手的示意图。在生产线上, 机械手可以完成各种动作, 如从一个地方拿起工件放置到另一个位置。由图可以看到, 机械手的臀部有三个关节,它们的夹角分别是 1?,2?,3?,机械手的腕部有两个关节,它们的夹角分别是 4?,5?,机械手的手爪有一个关节,它的夹角是 6?。令 1?~6?这六个夹角按预定的规律变化,机械手就可以完成预定的动作。所以, 机械手的控制就是使六个被控制量 1?~6?按预定的规律变化。 2 、退火炉的温度控制:退火炉是一种新型换热设备,主要用于大型碳钢、合金钢零件的退火。将金属缓慢加热到一定温度, 保持足够时间, 然后以适宜速度冷却( 通常是缓慢冷却) 的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化, 改善塑性和韧性, 使化学成分均匀化, 去除残余应力, 或得到预期的物理性能。退火炉内的温度应按图 . 4 中曲线所示的规律变化, 炉内的温度是被控变量。当外界环境温度改变对炉内温度产生干扰时, 炉内温度仍应该按预定的规律变化, 不应受到干扰的影响。 3 、硬盘驱动器的定位控制:个人台式机和笔记本电脑都需要一块硬盘驱动器作为其数据的存储设备。硬盘驱动器的重要性不仅仅限于计算机领域,它还成为其它领域的不可缺少之物。当今, 硬盘驱动器已经无处不在, 无论是在手机、数字音乐播放器和视频录像机等消费电子领域,还是在汽车领域, 都已出现硬盘驱动器的身影。读/ 写磁头组件控制的跟踪误差是微米级的, 其移动速度可达到 1 微秒/ 片。在高速旋转的气流对磁头定位系统产生很大的干扰, 提高磁头定位到目标磁道的速度和磁头定位的精度是提高硬盘驱动器性能的关键因素。在操作其他各种各样的系统时, 控制也是必不可少的, 比如, 从手机到大型客机, 从洗衣机到城市般大的炼油厂, 等等。事实上, 很多控制工程师都称控制是一门隐蔽性极强的技术, 因为人们并未注意到它对于很多器件和系统的重要性。 自动控制系统如果一个系统由人来操作机器, 例如开汽车, 那么称为人工控制。如果一个系统仅由机器构成, 那么就称为自动控制。所谓自动控制, 是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称为控制器) ,使机器、设备或生产过程(称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控变量)自动地按照预定的规律运行。被控对象是控制系统要进行控制的受控客体,如飞机、卫星、空调等各种机器设备或生产过程等。被控对象要实现的按