信号与系统自动控制理论实训QY-DPJ01

现代控制理论
以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。
常用术语
自动控制
对象
控制器
自动控制系统
给定值
被控量
控制量(操作量)
扰动
1 自动控制
在无人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。
2 对象(被控对象、受控对象)
是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作。在下面的讨论中，称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。
3 控制器
对系统起控制作用的设备总称。
4 自动控制系统
将实现自动控制所需要的各组成部分有机地组合在一起所构成的系统。它由被控对象与控制装置两部分组成。
5 给定值（参考输入量、系统的输入量、设定值）
希望被控参数所具备的值。它是加到控制系统上的指令信号。
6 被控量（被控参数、系统的输出量）
表征设备或过程的运行情况或状态且需要加以控制的参数（物理量）。
7 控制量（操作量）
是一种由控制器改变的量值或状态,它将作用于被控对象，并影响被控量的值。
８扰动（扰动输入量、干扰输入量）
扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。
自动控制系统的方框图

将系统中每一个具有一定功能的组成部分用一个方框表示（称为环节），并注上文字或符号,根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息,就得到整个系统的方框图。
自动控制系统的分类
一.按控制方式分类
1.开环控制系统
系统的输入和输出之间不存在反馈回路，即输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。

2.闭环控制系统
凡是系统的输出和输入之间存在反馈回路，即输出量对系统的控制作用有直接影响，这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。

用“”号代表比较元件，“—”号代表两者符号相反，“+”号代表两者符号相同。信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称反馈通路。
３.复合控制系统
是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。它是在闭环控制的基础上，加入给定输入信号或扰动输入信号的补偿通道，用来提高系统的控制精度，这样的系统称为复合控制系统。

开环、闭环与复合控制系统的比较
开环控制系统的特点
顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。
闭环控制系统的特点
偏差控制，可以抑制内扰动（系统结构参数变化）、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。
复合控制系统的特点
开、闭环控制，可以抑制可测量扰动，具有很高的控制精度，但要求补偿器的结构参数要有较高的稳定性。
二．按给定值变化规律分类
恒值控制系统
给定信号为某一定值或缓慢变化的信号，要求在扰动作用下系统的输出量尽可能保持在希望的数值上。如锅炉气鼓液位控制系统、汽车恒速行驶控制系统。
随动系统
给定信号为一未知（随时间任意变化）的时间函数，要求系统的输出跟踪输入的变化。如航海中的自动导航系统、工业自动化仪表中的显示记录仪。
程序控制系统
给定值按一已知时间函数（事先预定的规律）变化，要求系统的输出跟踪输入的变化。如机械加工中的数字控制机床、加热炉温度程序控制。
三．按系统的特性分类
线性系统
当系统中各组成环节或元件的状态或特性可以用线性微分方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为线性控制系统。线性控制系统的特点是满足叠加性和齐次性（或均匀性），即叠加原理。
当系统输入为 r1(t)、r2(t)时，输出为c1(t) 、c2(t) ，
　　系统总的输出为c(t)= c1(t) +c2(t) ，叠加性
　　当输入为r(t)= a r1(t) ，则输出 c(t) = a c1(t) 齐次性
　　如果描述系统运动的微分（或差分）方程的系数是常数且不随时间变化，则这种系统称为线性定常（或时不变）系统。这种系统的响应特性只取决于输入信号和系统的特性，而与输入信号施加的时刻无关。若微分（或差分）方程的系数是时间的函数，则这种系统称为线性时变系统，这种系统的响应特性不仅取决于输入信号和系统的特性，而且与输入信号施加的时刻有关。
非线性系统
当系统中存在非线性特性的组成环节或元件时，系统的特性就由非线性微分方程来描述，这种系统称为线性控制系统。非线性控制系统不满足叠加原理。
实际控制系统存在不同程度的非线性特性。非线性特性根据其处理方法不同，可分为本质非线性和非本质非线性两种。对于非本质的非线性特性，可应用相当成熟的线性控制理论进行分析和讨论。对于本质非线性特性，需要应用非线性控制理论来分析研究。
定常系统
时变系统
四．按系统信号的形式分类
连续控制系统
当系统中各部分的信号均是时间变量的连续函数时，这种系统称为连续控制系统。连续控制系统的运动状态或特性一般用微分方程来描述。
离散控制系统　
当系统中某处或多处的信号为在时间上离散的脉冲序列或数码形式时，这种系统称为离散控制系统或离散时间控制系统。离散控制系统的运动状态或特性一般用差分方程来描述。如计算机控制系统。

QY-DPJ01信号与系统控制理论计算机控制技术实验台集“信号与系统”、“控制理论”和“计算机控制技术”于一体，能完成“信号与系统”、“控制理论”及“计算机控制技术”教程的全部实验内容。
实验项目
1）、信号与系统实验：
1、基本运算单元实验
2、响应与冲激响应实验
3、系统的模拟实验
4、无源滤波器实验
5、定理与信号恢复实验
6、网络状态轨迹的显示实验
7、阶电路的暂态响应实验
8、电路的暂态响应实验
9、电路传输特性实验
10、络函数的模拟实验
11、冲信号的分解实验
12、脉冲信号的合成实验
13、度对波形合成的影响实验
2）、控制理论实验
1、典型环节的模拟研究
2、典型系统瞬态响应和稳定性
3、系统校正
4、控制系统的频率特性
5、典型非线性环节
6、非线性系统（一）
7、非线性系统（二）
8、采样系统分析
9、采样控制系统的校正
10、状态反馈（极点配置）
3）、计算机控制技术实验项目
1、A/D，D/A转换
2、采样保持器
3、数字滤波
4、积分分离式PID控制
5、最小拍有纹波系统实验
6、最小拍无纹波系统实验
7、大林算法控制
8、非线性控制
9、解耦控制
10、综合控制实验
4）、计算机控制技术系统实验
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2、温度闭环控制实验（实物）
3、步进电机调速实验（实物)

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