2.3 控制系统的典型环节 2.3 控制系统的典型环节 自动控制系统是由不同功能的元件构成的。从物理结构上看，控制系统的类型很多，相互之间差别很大，似乎没有共同之处。在对控制系统进行分析研究时，我们更强调系统的动态特性。具有相同动态特性或者说具有相同传递函数的所有不同物理结构，不同工作原理的元器件，我们都认为是同一环节。所以，环节是按动态特性对控制系统各部分进行分类的。应用环节的概念，从物理结构上千差万别的控制系统中，我们就发现，他们都是有为数不多的某些环节组成的。这些环节成为典型环节或基本环节。经典控制理论中，常见的典型环节有以下六种。 2.3

2.2 传递函数 2.2 传递函数 描述线性函数常系统特性的微分方程为 (2.10) 方程的系数均为常数，设该系统的初始条件为零，即 对式（2.10）两边进行拉普拉斯变换，可以得到 令 (2.11) 式（2.11）即为线性定常系统传递函数的定义表达式。传递函数的定义为：线性定常系统的传递函数是零初始条件下输出的拉普拉斯变换与输出的拉普拉斯变换之比。在控制系统的微分方程中，输入变量、输出变量都是时间t的函数。所以，微分方程是对系统特性时间域的描述方法。传递函数是以复变量为自变量的。复变量s为 式中 和 都是实数， 成为角频率。所以，复变量 又称为复频率。传递函数是复变函数，因而具有复变函

2.1 控制系统的数学模型 在自然科学、社会科学及日常社会生活中，人们广泛地使用各种模型来表示现实事物。模型反映了实物某一方面的属性和特征，是对现实事物的一种表示形式。例如，地球仪是地球的一种模型，军事演习是实战的一种模型，实验室的某些装置是工厂大型设备的模型等。以上这些模型是以实物来表示实物，可以称为具体模型或物理模型。如果对现实事物进行简化、抽象用方程、公式、图表、曲线等是现实事物的数学模型.数学模型舍弃了现实事物的具体特点而抽象出了它们的共同变化规律.因此这类模型称为抽象模型. 为了对控制系统进行定性和定量的分析研究深刻地揭示控制科学

1.4 控制系统举例 1.4 控制系统举例 本节给出一些自动控制应用的例子．通过这些例子的分析，可以进一步加深对自动控制基本概念的理解． 例１ 图１.６是一个数控机床的控制原理图。在机械零件加工前，先由技术人员根据技术要求将有关工艺步骤及数据编成程序输入到计算机中。计算机按照程序向数字脉冲控制元件发出各种指令，数字脉冲控制器按照这些指令对脉冲进行分配及功率放大，驱动步进电机，带动刀具对零件进行加工。 图1.6 数控机床的控制原理 这是一个开环控制的例子。由于采用了计算机、数字脉冲技术和步进电机，控制精度较高。若自动控制系统的输入是时间的已知函数，即预先规

1.3 控制系统的分类 1.3控制系统的分类 自动控制系统可以按多种方法进行分类。以下是几种常见的分类方法。 1.3.1 线性系统与非线性系统 这是按照控制系统特性进行分类的方法。 线性控制系统是由线性元件构成的系统。线性元件是指输入和输出静特性的关系为线性的元件。也可以说，线性系统是可以用线性微分方程描述的系统。当线性微分方程的系数为常数时，称为线性定常系统，当线性微分方程的系数是时间的函数时，称为线性时变系统。线性系统的主要特点是满足叠加原理和齐次原理。叠加原理是指当系统有多个输入时，系统的输出等于每个输入单独作用下系统的输出之和。齐次原理是指当输入

1.2 反馈控制的基本原理 分析上节中的水箱水位自动控制的例子，被控制的物理量是水位，加在进水阀上的控制作用是由控制器产生的，而控制器则是按实际水位和给定水位的偏差产生控制作用的;这种从被控量中取得控制信息又用来控制被控制量的控制方法，称为反馈控制。反馈控制系统的原理如图1.4所示。 图1.4 反馈控制系统原理图 在图1.4中，y(t)称为被控量或输出变量，它是被控对象需要被控制的量； r(t)称为输入变量或给定值，是输出变量的希望值。f(t)称为反馈量，它是输出变量的一部分或全部，反映了输出变量的变化； e(t)称为偏差变量；u（t）称为控制变量，它是根据偏差变量由控制器按一定

1.1自动控制 自动控制是根据人工操作（或人工控制）的过程发展而来的。通过以下两个例子，我们可以了解人工操作与自动控制之间的关系。 例1 机床加工零件。人工操作的过程是： 根据技术要求，制定出加工的工艺流程，即操作方案，操作人员根据这个方案按部就班地进行操作，从而加工出合格的零件。其过程可以用图1.1（a)来表示。如果我们把操作方案编制成程序，存入一个控制器中，由控制器发出各种操作指令，使机床按确定的顺序和要求动作，同样可以加工出合格的零件。这个过程，不需要操作人员直接操作， 实现了机械零件的自动加工。其加工过程可以用图1.1（b)来表示。 图1.1 机床加工零

2.气压源：工作压力4～7 bar (1 Kg/ cm2= 0.981 bar) 3.三点组合（调理组）：调压、滤水、润滑 4.气压缸:单动缸、双动缸