自动控制原理 胡寿松

知识点分析： ### 自动控制原理概述 《自动控制原理》由胡寿松教授编写，是自动化专业学生必修的基础课程之一。该书深入浅出地介绍了自动控制的基本概念、原理和方法，对于理解和掌握现代自动控制理论具有重要作用。胡寿松教授在书中不仅提供了丰富的理论知识，还附带了大量的课后习题及其解答，帮助学生巩固课堂所学，提升解决问题的能力。 ### 信号分类 1. **连续信号与离散信号**：如加热炉中某处的温度为连续信号，每隔1分钟测量的炉温数据为离散信号。 2. **模拟信号与数字信号**：一张照片上的灰度和颜色为模拟信号，而扫描仪扫描后显示在电脑屏幕上的图像为数字信号。 3. **时变信号与静态信号**：电视节目、DVD电影信号、扬声器电流、环境声音以及心电图曲线均为时变信号。 ### 系统特性分析 1. **定常系统**：系统的参数随时间不变。例如，火箭的加速度与所受合力的关系。 2. **线性系统**：满足叠加原理，即输入的线性组合等于输出的相同线性组合。例如，y(t)=br(t)表示输入与输出成正比，是线性系统。 3. **确定性系统**：给定相同的输入，系统将产生完全相同且可预测的输出。如企业投入产出关系，虽然复杂但理论上可以精确预测。 4. **动态系统**：系统的状态随时间变化，需要考虑历史状态。如杂技演员保持平衡的系统，需考虑之前的用力情况。 5. **可逆系统**：如果存在反向操作，能够从输出恢复输入。例如，速度与耗油量关系，不一定可逆，因耗油量增加可能由多种因素导致。 6. **连续系统**：信号在时间轴上连续变化。如加热炉温度随时间连续变化。 7. **单输入单输出系统**：只有一个输入和一个输出的系统，如汽车速度与耗油量的关系。 8. **一维信号系统**：信号只沿一个维度变化，如温度随时间变化。 ### 开环与闭环机制 1. **开环机制**：没有反馈，系统按照预设规则运行。如“五一”长假后加倍努力学习，是基于个人决策的开环机制。 2. **反馈机制**：系统根据输出调整输入，实现自我校正。如驾驶汽车，通过观察路况调整方向盘，是典型的闭环控制。 3. **按扰动的前馈机制**：提前预测扰动并作出反应，如电冰箱的温度控制系统会根据设定温度主动调节。 ### 控制系统案例分析 1. **函数记录仪**：通过电位器活动端与记录笔、绳轮机械连接，由电动机带动，将输入电压r(t)随时间变化绘制出来。此系统为连续、动态、开环系统，主要用于记录信号随时间的变化趋势。 2. **液位控制系统**：通过调整阀门开度来维持液位稳定，属于闭环控制系统。扰动输入量可能包括液体流入量的波动或容器形状的影响。 3. **电加热炉温度控制系统**：利用传感器检测温度，控制器根据温度偏差调整加热功率，确保炉内温度恒定，为闭环反馈控制系统。 4. **湿度控制系统**：在小麦磨粉前加水，通过控制水量保证面粉质量，为闭环控制系统，需考虑小麦初始湿度的扰动。 5. **轮船或飞机自动驾驶系统**：通过舵机调整方向，使航行方向保持在设定航向上，为闭环反馈控制系统，能有效应对风浪等外界扰动。 6. **造纸过程中的线速度和张力控制系统**：通过调整电机转速和张力机构，确保纸张在卷纸过程中不发生撕裂或堆积，为闭环控制系统，需处理纸张厚度和湿度变化带来的扰动。 7. **面包烘烤控制系统**：通过精确控制烤箱温度和时间，确保面包烘烤效果，为闭环控制系统，需应对食材差异和烤箱热效率变化的扰动。 通过以上分析，我们可以看出，《自动控制原理》不仅涵盖了自动控制的基础理论，还包括了大量实例解析，旨在培养学生的实际应用能力，使其能够在复杂多变的工程环境中设计和优化控制系统。胡寿松教授的这本书不仅适合自动化专业学生学习，也对所有对自动控制领域感兴趣的人提供了宝贵的资源。