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控制工程基础 课程要点 考研课程 苏义脑院士与井下控制工程学 ROV—水下机器人 管道检测 课程主要内容(一) 课程主要内容(二) 教材 参考书目 课程基本要求 所需基础知识 高等数学、复变函数、积分变换、 理论力学、电工学 学习要点 成绩考核 第一章 概论§1-1 控制理论在工程中的应用发展 控制理论是在产业革命的背景下，在生产和军事需求的刺激下，自动控制、电子技术、计算机科学等多种学科相互交叉发展的产物。 从二十世纪以来，特别是第二次世界大战以后，自动控制和自动化科学得到了迅速的发展。 工业生产的自动化，改善了劳动条件，增加了产量，提高了质量。在军事装备上，自动控制技术大大地提高了武器的威力和精度。近十几年来，由于计算机的广泛应用和控制理论的发展，使得自动控制技术所能完成的任务更加复杂、应用的领域也越来越广泛。 　　 载人宇宙飞船除了要使飞船在返回过程中的制动过载限制在人的耐受范围内，还应使其落点精度比返回式卫星更高，从而及时发现和营救航天员。目前，掌握航天器返回技术的国家只有美国、俄罗斯和中国。 在工业中，机电工业是我国最重要的支柱产业之一，而传统的机电产品正在向机电一体化（mechatronics）方向发展。机电一体化产品或系统的显著特点是控制自动化。机电控制型产品技术含量高，附加值大，在国内外市场上具有很强的竞争优势，形成机电一体化产品发展的主流。 当前国内外机电结合型产品，诸如典型的工业机器人、数控机床、自动导引车等都广泛地应用了控制理论。 根据自动控制理论的内容和发展的不同阶段，控制理论可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。 半个多世纪以来，控制理论从主要依靠手工计算的经典控制理论发展到依赖计算机的现代控制理论，发展了最优控制、自适应控制、智能控制。智能控制中，学习控制技术从简单的参数学习向较为复杂的结构学习、环境学习和复杂对象学习的方向发展；并发展了神经元网络、模糊逻辑、进化算法、专家系统、鲁棒控制与 控制等技术。同时还发展了MATLAB等控制系统计算机辅助设计工具，使控制理论在工程上的应用更加方便。 §1-2 自动控制系统的基本概念 自动控制： 在没有人直接参予的情况下，使生产过程和被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 一个共同点： 一个或一些被控物理量按给定量的变化而变化。 给定量恒定的控制系统叫做恒值调节系统，如稳压电源、恒温系统等； 如被调量随着给定量的变化而变化，则是调节系统或随动系统，如转速调节系统，位置随动系统等。 一般地说，如何使被控量按给定量的变化规律而变化，是控制系统所要解决的基本任务。 一、自动控制系统工作原理 （以恒温系统为例） 有两种控温方法：人工控制 自动控制 人工调节过程： 1、观测温度（被控量） 2、与要求温度（给定 量）比较，得出偏 差的大小和方向 3、根据偏差进行控制 二、开环控制与闭环控制 1、开环控制 输入、输出之间无反馈回路 输出对系统的控制作用无影响 如： 2、闭环控制 如： 三、反馈控制系统的基本组成 四、自动控制系统的基本类型 1、按给定量的变化规律分： 恒值调节系统 如：稳压电源 程序控制系统 如：数控机床 随动系统 如：火炮自动系统 机床随动系统 2、根据采用的信号处理技术的不同 模拟控制系统：采用模拟技术处理信号的，称为~。 数字控制系统：采用数字技术处理信号的，称为~。 采用何种信号处理技术取决于许多因素，如可靠性、精度、复杂程度以及经济性等 3、按描述系统微分方程的形式分： 线性控制系统 非线性控制系统 五、对控制系统的基本要求 1、稳定性 由于系统存在着惯性，当系统各个参数分配不当时，将会引起系统的振荡而失去工作