工大出品优秀PPT.ppt

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1、参考书参考书自动限制原理自动限制原理 国防工业出版社国防工业出版社 李友善李友善 自动限制原理学习与考研指导自动限制原理学习与考研指导 科学科学出版社出版社 梅晓榕梅晓榕 自动限制原理试题精选与答题技巧自动限制原理试题精选与答题技巧 哈尔滨工业高哈尔滨工业高校出版社校出版社 王彤王彤 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院讲课内容：第一章第五章，第七章。讲课内容：第一章第五章，第七章。讲课内容：第一章第五章，第七章。讲课内容：第一章第五章，第七章。课时支配：一，课时支配：一，课时支配：一，课时支配：一，3 3；二，；二，；二，；二，8 8；三，；三，；三，；三，1010；四，；四，；四，；

2、四，6 6；五，；五，；五，；五，1010；七，；七，；七，；七，8 8；学习方法：比较抽象的技术基础课，以数学、物理学习方法：比较抽象的技术基础课，以数学、物理学习方法：比较抽象的技术基础课，以数学、物理学习方法：比较抽象的技术基础课，以数学、物理及有关学科为其理论基础，运用信息的传递、处理及有关学科为其理论基础，运用信息的传递、处理及有关学科为其理论基础，运用信息的传递、处理及有关学科为其理论基础，运用信息的传递、处理与反馈进行限制这一正确的思维方法与观点，在数与反馈进行限制这一正确的思维方法与观点，在数与反馈进行限制这一正确的思维方法与观点，在数与反馈进行限制这一正确的思维方法与观点，在

3、数理基础学科与专业课程之间架起一道桥梁，将两者理基础学科与专业课程之间架起一道桥梁，将两者理基础学科与专业课程之间架起一道桥梁，将两者理基础学科与专业课程之间架起一道桥梁，将两者紧密结合起来。在学习本课程前，应有良好的数学、紧密结合起来。在学习本课程前，应有良好的数学、紧密结合起来。在学习本课程前，应有良好的数学、紧密结合起来。在学习本课程前，应有良好的数学、力学、电学的基础，有确定的机械等其它学科的学力学、电学的基础，有确定的机械等其它学科的学力学、电学的基础，有确定的机械等其它学科的学力学、电学的基础，有确定的机械等其它学科的学问。不必过分追求数学论证的严密性，但确定要充问。不必过分追求数

4、学论证的严密性，但确定要充问。不必过分追求数学论证的严密性，但确定要充问。不必过分追求数学论证的严密性，但确定要充分留意数学结论的精确性与物理概念的明晰性。要分留意数学结论的精确性与物理概念的明晰性。要分留意数学结论的精确性与物理概念的明晰性。要分留意数学结论的精确性与物理概念的明晰性。要重视试验，要重视习题，独立完成作业，有助于对重视试验，要重视习题，独立完成作业，有助于对重视试验，要重视习题，独立完成作业，有助于对重视试验，要重视习题，独立完成作业，有助于对基本概念的理解与基本方法的运用。基本概念的理解与基本方法的运用。基本概念的理解与基本方法的运用。基本概念的理解与基本方法的运用。作业：

5、随堂布置，细致、刚好地完成课后作业，检作业：随堂布置，细致、刚好地完成课后作业，检作业：随堂布置，细致、刚好地完成课后作业，检作业：随堂布置，细致、刚好地完成课后作业，检查所学内容；查所学内容；查所学内容；查所学内容；考试：闭卷考试（考试：闭卷考试（考试：闭卷考试（考试：闭卷考试（1313周）周）周）周）2022/11/1北京邮电高校信息工程学院第一章第一章 概概 论论本章要点：本章要点：（1 1）反馈限制工作原理及相关概念）反馈限制工作原理及相关概念（2 2）限制系统的类型）限制系统的类型（3 3）对限制系统的基本要求）对限制系统的基本要求基本要求：基本要求：（1 1）了解自动限制概念及探讨

6、对象与任务）了解自动限制概念及探讨对象与任务（2 2）驾驭反馈的含义，学会分析动态系统内信息流淌的）驾驭反馈的含义，学会分析动态系统内信息流淌的 过程，驾驭系统或过程中存在的反馈。过程，驾驭系统或过程中存在的反馈。（3 3）了解正反馈、负反馈的概念。）了解正反馈、负反馈的概念。（4 4）了解限制系统中基本名词和基本变量。）了解限制系统中基本名词和基本变量。（5 5）了解对限制系统的基本要求。）了解对限制系统的基本要求。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院本课程与其它课程的关系本课程与其它课程的关系：自动控制理论自动控制理论电路理论电路理论电机与拖动电机与拖动大学物理大学物理信号与系统信号

7、与系统复变函数复变函数 拉氏变换拉氏变换模拟电子技术模拟电子技术线性代数线性代数微积分微积分各各 类类 专业课专业课线性系统线性系统现代控现代控 制理论制理论2022/11/1北京邮电高校信息工程学院 1-1 自动限制的一般概念自动限制的一般概念 一一一一.自动限制系统自动限制系统自动限制系统自动限制系统 1 1、自动限制的应用、自动限制的应用、自动限制的应用、自动限制的应用自动限制：在没有人干脆参与的状况下，利用外加的自动限制：在没有人干脆参与的状况下，利用外加的自动限制：在没有人干脆参与的状况下，利用外加的自动限制：在没有人干脆参与的状况下，利用外加的设备或装置（称为限制装置或限制器），使

8、机器、设设备或装置（称为限制装置或限制器），使机器、设设备或装置（称为限制装置或限制器），使机器、设设备或装置（称为限制装置或限制器），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备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地依据预定的规律运行数（即被控量）自动地依据预定的规律运行数（即被控量）自动地依据预定的规律运行数（即被控量）自动地依据预定的规律运行 。自动限制系统：能够对被限制对象的工作状态进行自自动限制系统：能够对被限制对象的工作状态进行自自动限制系统：能够对被

9、限制对象的工作状态进行自自动限制系统：能够对被限制对象的工作状态进行自动限制的系统。包括被控对象和限制装置。动限制的系统。包括被控对象和限制装置。动限制的系统。包括被控对象和限制装置。动限制的系统。包括被控对象和限制装置。自动限制的目的：提高产品质量；提高劳动生产率；自动限制的目的：提高产品质量；提高劳动生产率；自动限制的目的：提高产品质量；提高劳动生产率；自动限制的目的：提高产品质量；提高劳动生产率；改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生活质量等。改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生活质量等。改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生活质量等。改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生活质量等。2022/11/1

10、北京邮电高校信息工程学院自动限制系统应用举例自动限制系统应用举例自动限制系统应用举例自动限制系统应用举例例例例例1 1 工业加热炉的限制工业加热炉的限制工业加热炉的限制工业加热炉的限制生产工艺过程要求限制炉温为设定值（例如生产工艺过程要求限制炉温为设定值（例如生产工艺过程要求限制炉温为设定值（例如生产工艺过程要求限制炉温为设定值（例如600600左左左左右），并且在各种扰动（如电源电压波动、热负荷变右），并且在各种扰动（如电源电压波动、热负荷变右），并且在各种扰动（如电源电压波动、热负荷变右），并且在各种扰动（如电源电压波动、热负荷变化等）作用下只允许很下的偏差（例如化等）作用下只允许很下的偏

11、差（例如化等）作用下只允许很下的偏差（例如化等）作用下只允许很下的偏差（例如1 1）。这时）。这时）。这时）。这时受控对象为热处理炉，被控量为炉温。假如不用自动受控对象为热处理炉，被控量为炉温。假如不用自动受控对象为热处理炉，被控量为炉温。假如不用自动受控对象为热处理炉，被控量为炉温。假如不用自动限制而由人工操作，限制精度很难保证，产品质量也限制而由人工操作，限制精度很难保证，产品质量也限制而由人工操作，限制精度很难保证，产品质量也限制而由人工操作，限制精度很难保证，产品质量也将受到影响。将受到影响。将受到影响。将受到影响。1）开环限制）开环限制2022/11/1北京邮电高校信息工程学院2）闭

12、环限制）闭环限制2022/11/1北京邮电高校信息工程学院例例2 液位限制系统液位限制系统限制器限制器减速器减速器电动机电动机电位器电位器浮子浮子用水开关用水开关Q2Q1cifSM2022/11/1北京邮电高校信息工程学院问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出（1 1）受控系统的性能难合人意）受控系统的性能难合人意）受控系统的性能难合人意）受控系统的性能难合人意（2 2）存在各种扰动阻碍系统的被控量依据预定的规）存在各种扰动阻碍系统的被控量依据预定的规）存在各种扰动阻碍系统的被控量依据预定的规）存在各种扰动阻碍系统的被控量依据预定的规 律变更律变更律变更律变更 系统的输入信号系统的输入信号系

13、统的输入信号系统的输入信号=有用的输入信号有用的输入信号有用的输入信号有用的输入信号+扰动扰动扰动扰动2022/11/1北京邮电高校信息工程学院2 自动限制理论自动限制理论自动限制理论是探讨自动限制技术的基础理论，自动限制理论是探讨自动限制技术的基础理论，是是理论性较强的工程学科。留意工程应用，在专理论性较强的工程学科。留意工程应用，在专业术业术语上不是特别严谨的理论。语上不是特别严谨的理论。经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论时间分界时间分界时间分界时间分界2020世纪世纪世纪世纪6060年代，达年代，达年代，达年代，达到完善；到完

14、善；到完善；到完善；2020世纪世纪世纪世纪6060年代，开始发展；年代，开始发展；年代，开始发展；年代，开始发展；数学工具数学工具数学工具数学工具常微分方程，传递常微分方程，传递常微分方程，传递常微分方程，传递函数；函数；函数；函数；一阶微分方程组，状态空间一阶微分方程组，状态空间一阶微分方程组，状态空间一阶微分方程组，状态空间方程方程方程方程(传递函数阵传递函数阵传递函数阵传递函数阵)研究对象研究对象研究对象研究对象单输入单输出系统，单输入单输出系统，单输入单输出系统，单输入单输出系统，定常系统；定常系统；定常系统；定常系统；多输入多输出系统，定常和多输入多输出系统，定常和多输入多输出系统

15、，定常和多输入多输出系统，定常和时变系统时变系统时变系统时变系统系统变量系统变量系统变量系统变量注重系统的输入输注重系统的输入输注重系统的输入输注重系统的输入输出关系；出关系；出关系；出关系；研究系统输入、输出及内部研究系统输入、输出及内部研究系统输入、输出及内部研究系统输入、输出及内部变量的运动关系；变量的运动关系；变量的运动关系；变量的运动关系；2022/11/1北京邮电高校信息工程学院自动限制的发展史自动限制的发展史自动限制思想及其实践历史悠久。它是人类在相自动限制思想及其实践历史悠久。它是人类在相识世界和改造世界的过程中产生的，并随着社会识世界和改造世界的过程中产生的，并随着社会的发展

16、和科学水平的进步而不断发展。的发展和科学水平的进步而不断发展。1 1、一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南针、各种天文、一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南针、各种天文、一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南针、各种天文、一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南针、各种天文仪器仪器仪器仪器 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院2 2、17691769年年年年J.WattJ.Watt用离心式飞锤调速器构建了蒸汽机转用离心式飞锤调速器构建了蒸汽机转用离心式飞锤调速器构建了蒸汽机转用离心式飞锤调速器构建了蒸汽机转速自动限制系统，在锅炉压力和负荷变更的条件下将速自动限制系统，在锅炉压力和负荷变更的条件下将速自动限制系

17、统，在锅炉压力和负荷变更的条件下将速自动限制系统，在锅炉压力和负荷变更的条件下将蒸汽机转速维持在确定的范围内。蒸汽机转速维持在确定的范围内。蒸汽机转速维持在确定的范围内。蒸汽机转速维持在确定的范围内。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院3 3、18681868年年年年J.C.MaxwellJ.C.Maxwell基于线性常微分方程描述，从理基于线性常微分方程描述，从理基于线性常微分方程描述，从理基于线性常微分方程描述，从理论上给出了系统稳定的条件。此后劳斯（论上给出了系统稳定的条件。此后劳斯（论上给出了系统稳定的条件。此后劳斯（论上给出了系统稳定的条件。此后劳斯（RouthRouth）于）

18、于）于）于18771877年和赫尔维茨（年和赫尔维茨（年和赫尔维茨（年和赫尔维茨（HuiwitzHuiwitz）于）于）于）于18951895年分别提出了用年分别提出了用年分别提出了用年分别提出了用于高阶线性系统的稳定性判据。于高阶线性系统的稳定性判据。于高阶线性系统的稳定性判据。于高阶线性系统的稳定性判据。4 4、18921892年年年年LyapunovLyapunov发表了专著论运动稳定性的一般发表了专著论运动稳定性的一般发表了专著论运动稳定性的一般发表了专著论运动稳定性的一般问题，用严格的数学分析方法全面论述了稳定性问问题，用严格的数学分析方法全面论述了稳定性问问题，用严格的数学分析方法

19、全面论述了稳定性问问题，用严格的数学分析方法全面论述了稳定性问题。题。题。题。5 5、19321932年顺应时代须要，年顺应时代须要，年顺应时代须要，年顺应时代须要，NyqiustNyqiust提出了稳定性的频域提出了稳定性的频域提出了稳定性的频域提出了稳定性的频域方法。它不仅可以推断系统的稳定性，解决了方法。它不仅可以推断系统的稳定性，解决了方法。它不仅可以推断系统的稳定性，解决了方法。它不仅可以推断系统的稳定性，解决了BlackBlack负负负负反馈放大器的稳定性问题；而且还可以用来分析系统的反馈放大器的稳定性问题；而且还可以用来分析系统的反馈放大器的稳定性问题；而且还可以用来分析系统的反

20、馈放大器的稳定性问题；而且还可以用来分析系统的稳定裕量。稳定裕量。稳定裕量。稳定裕量。6 6、19401940年年年年BodeBode引入了对数坐标系，使频率法更适合于引入了对数坐标系，使频率法更适合于引入了对数坐标系，使频率法更适合于引入了对数坐标系，使频率法更适合于工程运用。工程运用。工程运用。工程运用。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院7 7、1942 1942 年年年年HarrisHarris引入了传递函数的概念。引入了传递函数的概念。引入了传递函数的概念。引入了传递函数的概念。8 8、18481848年年年年EvansEvans提出了根轨迹法。至此基于传递函数提出了根轨迹法。

21、至此基于传递函数提出了根轨迹法。至此基于传递函数提出了根轨迹法。至此基于传递函数（或频率特性）在复数域或频率域进行探讨的方法（或频率特性）在复数域或频率域进行探讨的方法（或频率特性）在复数域或频率域进行探讨的方法（或频率特性）在复数域或频率域进行探讨的方法（频域法）趋于成熟，从而形成了经典的限制理论（频域法）趋于成熟，从而形成了经典的限制理论（频域法）趋于成熟，从而形成了经典的限制理论（频域法）趋于成熟，从而形成了经典的限制理论9 9、19481948年数学家维纳（年数学家维纳（年数学家维纳（年数学家维纳（N.WienerN.Wiener）出版了专著限制）出版了专著限制）出版了专著限制）出版了

22、专著限制论，它是经典限制论的辉煌总结。论，它是经典限制论的辉煌总结。论，它是经典限制论的辉煌总结。论，它是经典限制论的辉煌总结。19541954年钱学森出年钱学森出年钱学森出年钱学森出版了专著工程限制论，系统的阐述了限制论与工版了专著工程限制论，系统的阐述了限制论与工版了专著工程限制论，系统的阐述了限制论与工版了专著工程限制论，系统的阐述了限制论与工程结合的理论和应用，揭示了限制论在自动化，航空、程结合的理论和应用，揭示了限制论在自动化，航空、程结合的理论和应用，揭示了限制论在自动化，航空、程结合的理论和应用，揭示了限制论在自动化，航空、航天、电子和通信等工程技术领域的意义和深远影航天、电子和

23、通信等工程技术领域的意义和深远影航天、电子和通信等工程技术领域的意义和深远影航天、电子和通信等工程技术领域的意义和深远影响，标记着限制论学科分支学科响，标记着限制论学科分支学科响，标记着限制论学科分支学科响，标记着限制论学科分支学科“工程限制论工程限制论工程限制论工程限制论”的诞生。的诞生。的诞生。的诞生。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院1-2 自动限制系统的基本形式自动限制系统的基本形式 1 1 开环限制（开环限制有何特点）开环限制（开环限制有何特点）开环限制（开环限制有何特点）开环限制（开环限制有何特点）限制装置与被限制对象之间只有正向作用而没有反向联系的控限制装置与被限制对象之

24、间只有正向作用而没有反向联系的控限制装置与被限制对象之间只有正向作用而没有反向联系的控限制装置与被限制对象之间只有正向作用而没有反向联系的控制过程；每个输入量对应的有一输出量，在开环系统中，不需制过程；每个输入量对应的有一输出量，在开环系统中，不需制过程；每个输入量对应的有一输出量，在开环系统中，不需制过程；每个输入量对应的有一输出量，在开环系统中，不需要对输出量进行测量。要对输出量进行测量。要对输出量进行测量。要对输出量进行测量。开环限制的特点：开环限制的特点：开环限制的特点：开环限制的特点：（1 1）输出不影响输入，对输出不须要测量，通常较简洁实现；）输出不影响输入，对输出不须要测量，通常

25、较简洁实现；）输出不影响输入，对输出不须要测量，通常较简洁实现；）输出不影响输入，对输出不须要测量，通常较简洁实现；（2 2）组成系统的元、部件精度高，系统的精度才能高；）组成系统的元、部件精度高，系统的精度才能高；）组成系统的元、部件精度高，系统的精度才能高；）组成系统的元、部件精度高，系统的精度才能高；（3 3）系统的稳定性不是主要问题。）系统的稳定性不是主要问题。）系统的稳定性不是主要问题。）系统的稳定性不是主要问题。开环系统存在的问题：开环系统存在的问题：开环系统存在的问题：开环系统存在的问题：（1 1）要求元、部件的精度要高；）要求元、部件的精度要高；）要求元、部件的精度要高；）要求

26、元、部件的精度要高；（2 2）当存在变更规律无法预料的干扰时，不简洁实现。）当存在变更规律无法预料的干扰时，不简洁实现。）当存在变更规律无法预料的干扰时，不简洁实现。）当存在变更规律无法预料的干扰时，不简洁实现。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院结结结结论论论论：假假假假如如如如系系系系统统统统中中中中存存存存在在在在干干干干扰扰扰扰,或或或或者者者者由由由由于于于于限限限限制制制制元元元元器器器器件件件件老老老老化化化化,均均均均会会会会导导导导致致致致系系系系统统统统输输输输动动动动身身身身生生生生变变变变更更更更,使使使使输输输输出出出出值值值值偏偏偏偏离离离离预预预预期期期期值

27、值值值。开开开开环环环环限限限限制制制制系系系系统统统统一一一一般般般般适适适适用用用用于于于于干干干干扰扰扰扰不不不不强强强强或或或或可可可可预预预预料料料料、并且限制精度要求不高的场合。并且限制精度要求不高的场合。并且限制精度要求不高的场合。并且限制精度要求不高的场合。2 2 2 2、闭环限制、闭环限制、闭环限制、闭环限制2022/11/1北京邮电高校信息工程学院在闭环限制系统中在闭环限制系统中在闭环限制系统中在闭环限制系统中,对系统输出量不断地进行测量并反馈到系对系统输出量不断地进行测量并反馈到系对系统输出量不断地进行测量并反馈到系对系统输出量不断地进行测量并反馈到系统的输入端与输入量进

28、行比较统的输入端与输入量进行比较统的输入端与输入量进行比较统的输入端与输入量进行比较,产生偏差信号产生偏差信号产生偏差信号产生偏差信号,按偏差实现限按偏差实现限按偏差实现限按偏差实现限制。制。制。制。闭环限制又称为反馈限制。闭环限制又称为反馈限制。闭环限制又称为反馈限制。闭环限制又称为反馈限制。闭环限制的特点：闭环限制的特点：闭环限制的特点：闭环限制的特点：（1 1 1 1）信号双向传递，既有正向限制作用，又有反馈作用，系）信号双向传递，既有正向限制作用，又有反馈作用，系）信号双向传递，既有正向限制作用，又有反馈作用，系）信号双向传递，既有正向限制作用，又有反馈作用，系统输出量对限制量有干脆影

29、响，所以能减弱或抑制干扰；统输出量对限制量有干脆影响，所以能减弱或抑制干扰；统输出量对限制量有干脆影响，所以能减弱或抑制干扰；统输出量对限制量有干脆影响，所以能减弱或抑制干扰；（2 2 2 2）低精度元件可组成高精度系统；）低精度元件可组成高精度系统；）低精度元件可组成高精度系统；）低精度元件可组成高精度系统；（3 3 3 3）因为可能发生超调、振荡，所以稳定性问题很重要。）因为可能发生超调、振荡，所以稳定性问题很重要。）因为可能发生超调、振荡，所以稳定性问题很重要。）因为可能发生超调、振荡，所以稳定性问题很重要。系统的限制器和被控对象共同构成了前向通道系统的限制器和被控对象共同构成了前向通道

30、系统的限制器和被控对象共同构成了前向通道系统的限制器和被控对象共同构成了前向通道,而测量元件构而测量元件构而测量元件构而测量元件构成了系统的反馈通道。成了系统的反馈通道。成了系统的反馈通道。成了系统的反馈通道。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院接受正反馈形式的系统一般不能改进系统性能接受正反馈形式的系统一般不能改进系统性能接受正反馈形式的系统一般不能改进系统性能接受正反馈形式的系统一般不能改进系统性能,而且简洁使而且简洁使而且简洁使而且简洁使系统性能变坏系统性能变坏系统性能变坏系统性能变坏;而具有负反馈形式的系统而具有负反馈形式的系统而具有负反馈形式的系统而具有负反馈形式的系统,它能抑

31、制系统回它能抑制系统回它能抑制系统回它能抑制系统回路中存在的内扰和外扰的影响，使系统输出趋于给定输入量路中存在的内扰和外扰的影响，使系统输出趋于给定输入量路中存在的内扰和外扰的影响，使系统输出趋于给定输入量路中存在的内扰和外扰的影响，使系统输出趋于给定输入量,最终达到自动限制的目的。通常而言最终达到自动限制的目的。通常而言最终达到自动限制的目的。通常而言最终达到自动限制的目的。通常而言,反馈限制就是指负反反馈限制就是指负反反馈限制就是指负反反馈限制就是指负反馈限制。馈限制。馈限制。馈限制。总结：接受闭环限制的系统，由于增加了反馈通道总结：接受闭环限制的系统，由于增加了反馈通道总结：接受闭环限制

32、的系统，由于增加了反馈通道总结：接受闭环限制的系统，由于增加了反馈通道,可以较可以较可以较可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性，使系统的限制精度得到了极引起的结构和参数的不确定性，使系统的限制精度得到了极引起的结构和参数的不确定性，使系统的限制精度得到了极引起的结构和参数的不确定性，使系统的限制精度得到了极大的提高。大的提高。大的提高。大的提高。日常生活过程中的限制系统例子日常生活过程中的限制

33、系统例子日常生活过程中的限制系统例子日常生活过程中的限制系统例子2022/11/1北京邮电高校信息工程学院水箱水位限制系统水箱水位限制系统-2022/11/1北京邮电高校信息工程学院调调调调整整整整器器器器(杠杠杠杠杆杆杆杆)执执执执行行行行器器器器调调调调整整整整阀阀阀阀水水水水箱箱箱箱变变变变送送送送器器器器(浮浮浮浮球球球球)+-水箱水位限制系统框图水箱水位限制系统框图测量水位测量水位测量水位测量水位偏偏偏偏差差差差量量量量控控控控制制制制量量量量调调调调节节节节位位位位移移移移进进进进水水水水量量量量实实实实际际际际水水水水位位位位设设设设定定定定水水水水位位位位2022/11/1北京

34、邮电高校信息工程学院下图是一个阀门的人工限制系统原理示意图。操作员依据下图是一个阀门的人工限制系统原理示意图。操作员依据下图是一个阀门的人工限制系统原理示意图。操作员依据下图是一个阀门的人工限制系统原理示意图。操作员依据仪表显示的液体浓度来调整阀门，达到限制处理罐输出液仪表显示的液体浓度来调整阀门，达到限制处理罐输出液仪表显示的液体浓度来调整阀门，达到限制处理罐输出液仪表显示的液体浓度来调整阀门，达到限制处理罐输出液体浓度的目的。体浓度的目的。体浓度的目的。体浓度的目的。（1 1）该系统是开环限制还是闭环限制系统。）该系统是开环限制还是闭环限制系统。）该系统是开环限制还是闭环限制系统。）该系统

35、是开环限制还是闭环限制系统。（2 2）指出什么是输入量，什么是输出量。）指出什么是输入量，什么是输出量。）指出什么是输入量，什么是输出量。）指出什么是输入量，什么是输出量。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院1-3 自动限制系统的基本类型自动限制系统的基本类型 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院 线性限制系统线性限制系统线性限制系统线性限制系统 输入与输出成正比，可用叠加原理输入与输出成正比，可用叠加原理输入与输出成正比，可用叠加原理输入与输出成正比，可用叠加原理 用线性数学模型描述用线性数学模型描述用线性数学模型描述用线性数学模型描述 非线性限制系统非线性限制系统非线性限制系统

36、非线性限制系统 输入与输出不成正比，不行用叠加原理输入与输出不成正比，不行用叠加原理输入与输出不成正比，不行用叠加原理输入与输出不成正比，不行用叠加原理 用非线性数学模型描述用非线性数学模型描述用非线性数学模型描述用非线性数学模型描述 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院非线性系统非线性系统非线性系统非线性系统:在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节典型非线性特性典型非线性特性典型非线性特性典型非线性特性:饱和特性、死区性、间隙特性、继电特性、

37、磁滞特性等。饱和特性、死区性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等。饱和特性、死区性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等。饱和特性、死区性、间隙特性、继电特性、磁滞特性等。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院假如线性系统中的参数假如线性系统中的参数假如线性系统中的参数假如线性系统中的参数 不不不不随时间变更随时间变更随时间变更随时间变更,则称为线性定常系统则称为线性定常系统则称为线性定常系统则称为线性定常系统;否则称为线性时变否则称为线性时变否则称为线性时变否则称为线性时变系统。系统。系统。系统。本书主要探讨线性定常系统。本书主要探讨线性定常系统。本书主要探讨线性定常系统。本书主要探讨线性定常系统

38、。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院恒值限制系统（或称自动调整系统）恒值限制系统（或称自动调整系统）恒值限制系统（或称自动调整系统）恒值限制系统（或称自动调整系统）特点：输入信号是一个恒定的数值。恒值限制系统特点：输入信号是一个恒定的数值。恒值限制系统特点：输入信号是一个恒定的数值。恒值限制系统特点：输入信号是一个恒定的数值。恒值限制系统主要探讨各种干扰对系统输出的影响以及如何克服主要探讨各种干扰对系统输出的影响以及如何克服主要探讨各种干扰对系统输出的影响以及如何克服主要探讨各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰这些干扰这些干扰这些干扰随动限制系统（或称伺服系统）随动限制系统（或

39、称伺服系统）随动限制系统（或称伺服系统）随动限制系统（或称伺服系统）特点：输入信号是一个未知函数，要求输出量以一特点：输入信号是一个未知函数，要求输出量以一特点：输入信号是一个未知函数，要求输出量以一特点：输入信号是一个未知函数，要求输出量以一定的精确度跟随给定量变更。雷达天线限制系统就定的精确度跟随给定量变更。雷达天线限制系统就定的精确度跟随给定量变更。雷达天线限制系统就定的精确度跟随给定量变更。雷达天线限制系统就是典型的伺服限制系统。是典型的伺服限制系统。是典型的伺服限制系统。是典型的伺服限制系统。程序限制系统程序限制系统程序限制系统程序限制系统特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控

40、特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能快速精确制过程按预定的程序进行，要求被控量能快速精确制过程按预定的程序进行，要求被控量能快速精确制过程按预定的程序进行，要求被控量能快速精确地复现。地复现。地复现。地复现。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院连续时间限制系统连续时间限制系统 系统各部分的信号是模拟的连续函数，例：工业系统各部分的信号是模拟的连续函数，例：工业中普遍中普遍接受的常规接受的常规PID调整器限制的系统调整器限制的系统 离散时间限制系统离散时间限制

41、系统系统的某一处或几处，信号以脉冲序列或数码的系统的某一处或几处，信号以脉冲序列或数码的形式传形式传递的限制系统，递的限制系统，例：计算机限制的温度限制系统例：计算机限制的温度限制系统 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院1-4 自动限制系统的性能要求自动限制系统的性能要求 对自动限制系统的要求，在时域中一般可归纳为三大性对自动限制系统的要求，在时域中一般可归纳为三大性对自动限制系统的要求，在时域中一般可归纳为三大性对自动限制系统的要求，在时域中一般可归纳为三大性能指标：能指标：能指标：能指标：（1 1）稳定性）稳定性）稳定性）稳定性稳定性是保证系统正常工作的先决条件。稳定性是保证系统正

42、常工作的先决条件。稳定性是保证系统正常工作的先决条件。稳定性是保证系统正常工作的先决条件。（2 2）快速性）快速性）快速性）快速性为了很好完成限制任务，还必需对其过为了很好完成限制任务，还必需对其过为了很好完成限制任务，还必需对其过为了很好完成限制任务，还必需对其过渡过程的形式和快慢提出要求。渡过程的形式和快慢提出要求。渡过程的形式和快慢提出要求。渡过程的形式和快慢提出要求。（3 3）精确性）精确性）精确性）精确性要求系统最终的响应精确度。要求系统最终的响应精确度。要求系统最终的响应精确度。要求系统最终的响应精确度。上述要求，简称稳、快、准。不同的系统对稳、快、准上述要求，简称稳、快、准。不同

43、的系统对稳、快、准上述要求，简称稳、快、准。不同的系统对稳、快、准上述要求，简称稳、快、准。不同的系统对稳、快、准的要求一般是不同的。对同一系统的稳、快、准是相互的要求一般是不同的。对同一系统的稳、快、准是相互的要求一般是不同的。对同一系统的稳、快、准是相互的要求一般是不同的。对同一系统的稳、快、准是相互制约的。制约的。制约的。制约的。“稳稳稳稳”与与与与“快快快快”是说明系统动态（过渡过程）是说明系统动态（过渡过程）是说明系统动态（过渡过程）是说明系统动态（过渡过程）品质。品质。品质。品质。“准准准准”是说明系统的稳态（静态）品质。是说明系统的稳态（静态）品质。是说明系统的稳态（静态）品质。

44、是说明系统的稳态（静态）品质。2022/11/1北京邮电高校信息工程学院自动限制系统被控量变更的动态特性自动限制系统被控量变更的动态特性(a)(a)(a)(a)单调过程单调过程单调过程单调过程 (b)b)b)b)衰减振荡过程衰减振荡过程衰减振荡过程衰减振荡过程(c)c)c)c)等幅振荡过程等幅振荡过程等幅振荡过程等幅振荡过程(d)d)d)d)渐扩振荡过程渐扩振荡过程渐扩振荡过程渐扩振荡过程2022/11/1北京邮电高校信息工程学院单位阶跃响应单位阶跃响应 2022/11/1北京邮电高校信息工程学院自动限制系统性能要求自动限制系统性能要求:稳稳 准准 快快2022/11/1北京邮电高校信息工程学

45、院本章小结自动限制理论中常用的术语：被控对象，参考输入信号自动限制理论中常用的术语：被控对象，参考输入信号自动限制理论中常用的术语：被控对象，参考输入信号自动限制理论中常用的术语：被控对象，参考输入信号（给定值信号），扰动、偏差信号、被控量、限制量和（给定值信号），扰动、偏差信号、被控量、限制量和（给定值信号），扰动、偏差信号、被控量、限制量和（给定值信号），扰动、偏差信号、被控量、限制量和自动限制系统自动限制系统自动限制系统自动限制系统自动限制系统的组成及其方框图自动限制系统的组成及其方框图自动限制系统的组成及其方框图自动限制系统的组成及其方框图,自动限制系统的分类自动限制系统的分类自动限制

46、系统的分类自动限制系统的分类方法方法方法方法开环限制系统和闭环限制系统概念。注开环限制系统和闭环限制系统概念。注开环限制系统和闭环限制系统概念。注开环限制系统和闭环限制系统概念。注:实际生产过程实际生产过程实际生产过程实际生产过程的自动限制系统，绝大多数是闭环限制系统，即负反馈的自动限制系统，绝大多数是闭环限制系统，即负反馈的自动限制系统，绝大多数是闭环限制系统，即负反馈的自动限制系统，绝大多数是闭环限制系统，即负反馈限制系统。限制系统。限制系统。限制系统。对自动限制系统的性能要求，即稳定性、快速性和精确对自动限制系统的性能要求，即稳定性、快速性和精确对自动限制系统的性能要求，即稳定性、快速性和精确对自动限制系统的性能要求，即稳定性、快速性和精确性。自动限制系统的最基本要求是稳，然后进一步要求性。自动限制系统的最基本要求是稳，然后进一步要求性。自动限制系统的最基本要求是稳，然后进一步要求性。自动限制系统的最基本要求是稳，然后进一步要求快和准，当后两者存在冲突时，设计自动限制系统要兼快和准，当后两者存在冲突时，设计自动限制系统要兼快和准，当后两者存在冲突时，设计自动限制系统要兼快和准，当后两者存在冲突时，设计自动限制系统要兼顾两方面的要求顾两方面的要求顾两方面的要求顾两方面的要求2022/11/1北京邮电高校信息工程学院