01第一章 控制系统的绪论1.pptVIP

自动控制原理 谭超 tccadcumt@126.com * 参考书目 刘明俊 《自动控制原理》 国防 黄坚《自动控制原理及其应用》 高教 王万良 《自动控制原理》 机械 吴 麒 《自动控制原理》 清华 黄 章 《自动控制原理》 中矿 李友善 《自动控制原理》 国防 McGraw Hill linear control system engineering 清华 * 课程安排 1 控制系统导论 （2学时） 2 控制系统的数学模型 （8学时） 3 时域分析法 （10学时） 4 根轨迹法 （4学时） 5 频域分析法 （12学时） 6 线性系统的校正方法 （4学时） * 第一章 导论 1.1 自动控制的基本原理 1.2 自动控制系统示例 1.3 自动控制系统的分类 1.4 自动控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统的分析与设计工具 * 1.1 自动控制的基本原理 1 自动控制系统 在没有人直接参与下，利用采集和加工的信息，构造控制装置（控制器）按一定的控制规律产生作用，使受控客体（控制对象）某一物理量（被控量）达到所要求的性能或实现预定目标的系统。 控制对象：控制系统要进行控制的受控客体 如冰箱、空调、洗衣机、电梯、飞机、汽车、潜艇、电厂锅炉、 酿酒过程等各种机器或生产过程。 被控量：控制对象要实现的量 如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态角、船的航迹 、电网的电压 、生产过程中的压力、流量 、温度 、湿度等。 * 2 自动控制理论的发展简史 人类对控制系统的基本原理（反馈）早有认识，并利用它创造许多装置。如2000年前，罗马人：水位控制系统（淋浴） ，神庙（开关门）英雄装置。中国能工巧匠（技师、工程师 、科学家 ）：苏颂的水运仪象台，张衡的地震方向测定仪。 1786年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 1868年，英国J.C 麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题。1877年 劳斯 ，1892年李雅普诺夫 1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。 * 1934年，Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。 19世纪40年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。 1948年，美国数学家N.Wiener出版《Cybernetics》是一个控制科学里程碑。《控制论》的副标题是关于人、动物及其通讯的科学。 19世纪50年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。 19世纪60年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。 从1960－1980，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分的研究。 从1980－现在，智能控制理论集中于3C控制系统及其相关课题。 * 古典（经典）控制理论 自动控制原理（理论） （1787——1960） 以传递函数为基础研究单输入－单输出定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早，现已臻成熟。 现代（近代）控制理论 （1960——1980） 以状态空间法为基础，研究多输入－多输出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。 最优控制 、自适应控制 计算机控制、系统辨识 智能控制理论（1980——） 以人工智能为基础，研究复杂对象（车间、工厂、集团）、复杂任务、复杂环境。 管理和控制一体化:计算机集成制造系统，复杂控制系统 * 3 自动控制系统的基本控制方式 按控制方式 开环控制 闭环控制 （反馈控制、伺服控制） 复合控制 按对象方式 运动控制 （电机调速、机器人） 过程控制 （锅炉过程、化工过程） * 开环控制系统Open-loop Control System ◆定义：系统的控制输入不受输出影响的控制系统 ◆特点：系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道， 这种控制方式称为开环控制 在开环控制系统中，不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。因此，开环控制系统又称无反馈控制系统。 控制器 对象或过程 输入量 输出量 图1.1 开环控制系统框图 * 闭环控制系统 Closed-loop Control