控制工程基础课件第二章.pptxVIP

第二章控制系统的基本概念本章介绍控制系统的基本概念，包括控制系统的定义、分类、组成、特性等。通过学习本章内容，您可以了解控制系统的工作原理，为后续学习打下基础。老魏by老师魏

控制系统的定义控制系统是指能够对被控对象进行控制的系统。它由控制器、被控对象和传感器等组成。控制器的作用是根据系统的目标，产生控制信号，控制被控对象的运行状态，使被控对象能够按照预定的目标运行。被控对象是需要被控制的对象，例如，电机、温度、压力等等。传感器用于测量被控对象的实际状态，将信息反馈给控制器，以便控制器进行调整。

控制系统的组成控制器控制器接收来自传感器的信号，并根据预设的控制策略发出控制指令。执行器执行器根据控制器的指令，对被控对象进行调节，例如改变速度、温度或压力。传感器传感器检测被控对象的实际状态，并将信息传递给控制器。被控对象被控对象是需要进行控制的系统或过程，例如电机、温度控制系统或机器人。

控制系统的分类1按控制方式控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。2按控制信号控制系统可以分为模拟控制系统和数字控制系统。3按系统结构控制系统可以分为单输入单输出系统、多输入多输出系统和分散控制系统。4按控制目标控制系统可以分为位置控制系统、速度控制系统、温度控制系统等。

开环控制系统开环控制系统是指没有反馈回路的控制系统。在这种系统中，控制器的输出直接作用于被控对象，而被控对象的输出不会反馈回控制器。1无反馈回路控制器输出直接作用于被控对象2简单结构易于实现，成本低3无法适应扰动受环境变化影响较大4稳定性差难以保证系统稳定运行开环控制系统的特点是结构简单，易于实现，但稳定性差，无法适应外界扰动。常见的开环控制系统包括定时器、速度控制器和温度控制器。

闭环控制系统反馈回路闭环控制系统包含一个反馈回路，将输出信号反馈到输入端，用于比较和纠正误差。误差信号系统通过比较输入信号和反馈信号得到误差信号，并利用误差信号进行控制。控制作用误差信号经过控制器处理，产生控制信号，作用于被控对象，以减小误差。稳定性闭环控制系统通常比开环系统更稳定，因为反馈回路可以抑制干扰和噪声，提高系统的抗扰性和精度。

控制系统的性能指标稳定性控制系统稳定性是指系统在受到扰动后，是否能够最终恢复到稳定状态。稳定性是控制系统最基本的要求，也是判断系统是否可用的重要指标。准确性控制系统的准确性是指系统输出量与期望输出量之间的偏差程度。准确性反映了控制系统跟踪输入信号的能力，是控制系统的重要性能指标之一。灵敏性控制系统的灵敏性是指系统输出量对参数变化的敏感程度。灵敏性反映了控制系统对参数变化的抗干扰能力，是控制系统的重要性能指标之一。响应速度控制系统的响应速度是指系统对输入信号的变化做出反应的速度。响应速度反映了控制系统跟踪输入信号的快慢程度，是控制系统的重要性能指标之一。

稳定性定义稳定性是指控制系统在受到扰动后，能否恢复到原来的平衡状态。重要性稳定性是控制系统最基本的要求，确保系统在正常工作时不会发生失控或振荡。判断方法可以通过时域分析、频域分析和状态空间分析等方法判断控制系统的稳定性。影响因素控制系统的参数、结构和外部扰动都会影响系统的稳定性。

准确性静态误差控制系统输出与设定值之间的偏差，称为静态误差。静态误差反映了控制系统的准确性。稳态误差控制系统达到稳态后，输出值与设定值之间的偏差，称为稳态误差。稳态误差是衡量控制系统准确性的重要指标。误差范围控制系统输出值与设定值之间的偏差范围，称为误差范围。误差范围的大小反映了控制系统准确性的程度。

灵敏性1定义灵敏性是指控制系统对输入信号或参数变化的敏感程度。如果系统对输入信号或参数变化反应强烈，则灵敏度高；反之，则灵敏度低。2影响因素灵敏性受多种因素影响，包括系统结构、参数变化范围、控制算法等。3重要性灵敏度是衡量控制系统抗干扰能力和稳定性的重要指标，过高的灵敏度会导致系统不稳定，而过低的灵敏度则会降低系统的响应速度。4优化在控制系统设计中，需要根据实际需求对灵敏度进行优化，以达到最佳性能。

响应速度定义响应速度是指系统对输入信号变化做出响应的速度。系统对输入信号变化响应越快，响应速度就越快。响应速度通常用时间常数或上升时间来衡量。影响因素系统的惯性、放大倍数、反馈环路的带宽等因素都会影响响应速度。惯性越大，响应速度越慢；放大倍数越大，响应速度越快；反馈环路带宽越宽，响应速度越快。

鲁棒性抗扰动能力鲁棒性是指系统在受到扰动时仍能保持稳定，并保持其性能指标。抗参数变化系统在参数发生变化时仍然能够保持稳定，并保持其性能指标。抗噪声能力系统在受到噪声干扰时仍然能够保持稳定，并保持其性能指标。

控制系统的数学模型系统描述数学模型是描述系统行为的数学表达式，可以帮助我们理解系统的动态特性。输入输出关系模型通常通过微分方程、传递函