[工學]cc0-緒論第一講(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 驅動智能機器自主地實現其目標的過程 ， 對自主機器人的控制就是典型的例子而環境的復雜性則表現為變化的不確定性和難以辨識 。 智能控制是從“仿人”的概念出發的。一般認為，其方法包括學習控制、模糊控制、神經元網絡控制、和專家控制等方法。 小結 控制技術的應用范圍廣，與我們的工作、生活密切相關，在現實世界中可謂無處不在，掌握好控制技術有著非常重要的意義！ 方框圖的有關概念 ?方框 控制裝置和被控對象分別用方框表示 ?信號線 方框的輸入和輸出以及它們之間的聯接用帶箭頭的信 號線表示 ?輸入信號 進入方框的信號 ， 控制量 ?輸出信號 離開方框的信號 ， 被控量 注：干擾或者破壞系統預定性能的輸入信號稱為擾動 。 信號線 方框 信號線 輸入信號 輸出信號 控制系統的基本概念 一般術語及方框圖 人類自然信息狀態（不借助任何工具和技術的原始狀態） ? 輸入（獲取）：看、聽、聞、嘗、感 ? 存儲：大腦 ? 控制：大腦，世間最強大的處理控制器 ? 傳輸：聲音、手勢 ? 輸出（表達）：語言、手勢、表情 控制技術與工具 和人類發明了機械和交通技術和工具一樣（主要是材料和能量技術），人類也發明了非常豐富多彩的控制技術和工具： ? 輸入（獲取） ：望遠鏡、傳感器（發展較晚） ? 傳輸： 烽火臺、旗語、鼓語、郵遞、書籍、交通、電報、電話、無線電、電視、 Inter ? 存儲： 結繩計數、文字、繪畫、紙和印刷（非常偉大的發明，現代技術很多方面都沒有超過它）、照相、錄音、錄像、數字存儲 ? 輸出（表達）： 文字、繪畫、聲音（音響）、圖形、圖像（顯示技術）（包括電影電視） ? ★ 處理控制： 算籌、算盤、計算器、 微處理器、 計算機 ? ★ 控制理論：經典、現代、大系統理論 現象：數字化控制技術大潮 ? 世紀之交的技術大轉移：數字化大轉移 ? 時間：世紀之交前后 50年 ? 50年前開始， 50年后成熟，信息領域數字技術一統天下 ? 目前正是轉移的高峰期： ? Inter、計算機、數字錄音、數據通訊（目前主干，即將用戶）、數字電視、數字廣播、數字相機、數字攝像、數字城市、數字流域、數字地球 …… ... 數字化控制、數字化生存 ? 專家預言： 50年后，不是數字的信息產品很難見到（成熟） 數字化控制技術大有用武之地！ 控制技術應用的出發點 所有應用，均基于控制系統的結構與功能 ? 處理、控制 ? 存儲 ? 接口應用－輸入、輸出等 ? 還有一個重要特點： 在于信息量的輸出，不在于能量的獲取。 控制系統的基本概念 按照有無反饋 ， 把控制系統分為兩種形式：開環控制和閉環控制 1)． 開環控制 開環控制是沒有輸出反饋的一類控制 ， 指系統的被控制量 （ 輸出量 ） 只受控于控制作用 ，而對控制作用不能反施任何影響 （ 沒有反饋 ）的控制方式 。 采用開環控制的系統稱為開環控制系統 。 例如 ：電加熱爐 開環控制系統例 1 被控制對象： 電阻絲 被控制量 （ 輸出量 ） ： 爐溫 控制裝置： 開關 K和電熱絲，對 被控制量起控制作用。 圖 1－ 1 爐溫開環控制 輸出量 (手柄位置 ) 輸入量 調壓器 加熱 電阻絲 電爐 恒溫箱 受控對象 (溫度 ) 擾動量 (b) 方塊圖 控制裝置 擾動 輸出量 輸入量 控制裝置 受控對象 ?開環控制系統的方框圖 開環控制系統方框圖 控制裝置 被控對象 輸入量 輸出量 開環控制系統例 2 如圖 12所示，為一個典型的液位控制系統， H為液面高度 (又稱液位 )，控制的目的在于保持液面高度不變。 如果由于閥門 V1的開度變化而引起輸出流量發生變化時，必然引起液位 H的變化，為了保持 H不變必需人為地控制閥門 V2的開度來改變輸入的流量，以維持液面高度 H不變。 圖 1－ 2 液位控制系統示意圖 ? 但是液位 H的變化卻不會自動使閥門 V2開度發生變化，也就是說系統的輸出量 (液面高度 )對系統的控制作用 (輸入流量 )沒有任何影響 。 ? 這種 輸出量對控制作用沒有任何影響 ，或者說 控制器與控制對象之間只有單向作用而沒有反向作用的控制系統稱為開環控制系統， 框圖 如圖 13所示。 驅 動 控 制閥 水 槽輸 入 液 面 H i 輸 出 液 面 H o圖 1－ 3 開環控制系統框圖 開環控制的特點 ?由于開環控制的特點是控制裝置只按照給定的輸入信號對被控制量進行單向控制 ， 而不對控制量進行測量并反向影響控制作用 。 這樣 ， 當爐溫偏離希望值時 ， 開關 K的接通或斷開時間不會相應改變 。 因此 ， 開環控制不具有修正由于擾動 （ 使被控制量偏離希望值的因素 ） 而出現的被控制量與希望值之間偏差的能力 ， 即抗干擾能力差 。 開環系統主要問題：無法自動減小或消除由于擾動而產生的 (實際液位與設定液位之間 )誤差。 2).閉環控制 閉環控制 是指系統的被控制量 （ 輸出量 ）與控制作用之間存在著 反饋 的控制方式 。采用閉環控制的系統稱為 閉環控制系統或反饋控制系統 。 閉環控制是一切生物控制自身運動的基本規律 。 人本身就是一個具有高度復雜控制能力的閉環系統 。 人作為閉環系統的方框圖 反饋的概念 ? 反饋： 把輸出量送回到系統的輸入端并與輸入信號比較的過程 。 若反饋信號是與輸入信號相減而使偏差值越來越小 ， 則稱為 負反饋 ；反之 ， 則稱為 正反饋 。 顯然 ， 負反饋控制是一個利用偏差進行控制并最后消除偏差的過程 ， 又稱偏差控制 。 同時 ， 由于有反饋的存在 ， 整個控制過程是閉合的 ， 故也稱為閉環控制 。 開環向閉環控制的轉換例 1 在上述圖12的開環液位控制系統中，加上一個液位的自動測量與比較裝置，如右圖所示 . 液位控制閉環系統示意圖 開環向閉環控制的轉換例 2 ? 可以看到 :控制系統的輸出量對系統的控制作用有影響 ，或控制器與控制對象之間既有順向作用又有反向聯系，故這種控制系統稱為閉環控制系統。說明的是： 輸出量對系統的控制作用的影響 稱為 “ 反饋 ” 。 那么，閥門 V1開度變化引起輸出流量和液位變化時，該裝置通過測量和比較，得到實際液位與給定值的偏差，這個偏差信號通過 執行部件(圖中的伺服電動機 )反過來使控制輸入流量的閥門 V2開度自動作相應的變化，把液位又調整到原來的高度 。 ? 閉環系統 :控制的是控制對