第一章 反馈控制原理.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 自 动 控 制 原 理 天津理工大学电子信息与通信工程学院 课 程 特 点 本课程主要介绍自动控制系统的基本概念，线性系统数学的模型，控制系统的时域分析法，控制系统的根轨迹分析法，控制系统的频率特性分析法等。 通过本课程的学习，使学生较好的掌握分析和设计控制系统的基本思想和基本方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，为以后的课程的学习奠定一定的理论基础。 课 程 特 点 先修课程：《高等数学》《工程数学》 《电路分析基础》《数字电子技术》 《模拟电子技术》《信号与线性系统》 学 时：48 考核方式：考试 适用专业：电子信息工程、电子信息科学与技术 主要参考书 参考书： 1、《自动控制原理》 张旺等 北京理工大学出版社 2、《自动控制原理》 胡寿松 科学出版社 (第四版) 教材：《自动控制原理》 张旺等 北京理工大学出版社 第一章 反馈控制原理 一、自动控制系统的发展 1.萌芽 18世纪第一次技术革命（机械化） ①俄国人波尔佐诺夫发明锅炉水位调节器 ②英国人瓦特发明蒸汽机离心飞锤式调速器，萌生了自动控制的基本原理 ③1877年，劳斯，1895年，赫维茨分别提出了系统稳定的代数判据（19世纪末） 2.奠定基础（20世纪）——经典控制论 ①30~40年代，奈奎斯特提出系统稳定性的频率判据 奈氏图、奈氏判据、从时域分析转到频域分析 ②1940年，伯德在频率法中引入对数坐标系，伯德图 ③1942年，哈里斯引入传递函数概念 ④1948年，伊万恩提出根轨迹分析方法 ⑤1949年，英国人维纳在火炮控制中发现了反馈的概念，出版了《控制——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，发现了控制论是信息、反馈与控制三个基本要素，奠定了控制论的基础 50年代中期，添加了非线性系统理论和离散控制理论，形成了完整的理论体系。 第一章 反馈控制原理 3.发展 迅速渗透到许多学科，应用于火炮、导弹控制系统，数控、电力、 冶金，自动化技术 钱学森，1954年首创“工程控制论”，推广到其它领域 生物控制论：生命系统 经济控制论：经济运行与发展问题 社会控制论：社会管理与社会服务问题 随着计算机技术的发展，控制论无论在三要素内涵上，还是在深度上和广度上都发展变化着，对促进生产的发展和社会进步产生深远的影响。 第一章 反馈控制原理 二、自动控制系统的分类 第一章 反馈控制原理 1.经典控制理论 40~50年代，高阶常微分方程 以传递函数为基础，研究单输入、单输出系统的分析和设计，针对线性定常系统，主要研究方法有时域分析法、根轨迹法和频率特性法。 2.现代控制理论 60~70年代 以矩阵理论等近代数学方法作为工具，主要研究方法是状态空间法，把高阶常微分方程转化为一阶常微分方程组来描述系统，解决多输入多输出的问题，可处理多变量、非线性、时变系统。 3.70年代至今 巨大发展 最优控制、系统辨识、多变量控制、自适应控制、专家系统、人工智能、神经网络控制、模糊控制、大系统理论等 第一章 反馈控制原理 第二节 自动控制的基本概念 一、自动控制的基本术语 1、控制：根据某种原理或方法，使特定对象（被控对象）的某些物理量（被控量）按照预期规律变化的操纵过程 2、人工控制 ：由人直接或间接操作执行装置的控制方式 自动控制：是指在没有人直接或间接参与的情况下，利用外加的设备和装置使被控对象自动按照预定规律运行 第一章 反馈控制原理 4、自动控制系统：由控制器和被控对象组成的，能够实现自动控制任务的系统 3、系统：为达到某一目的，由相互制约的各个部分，按照一定规律组成的具有一定功能的整体 5、被控制量：在控制系统中，按规定的任务需要加以控制的物理量 6、反馈：通过测量变换装置，将系统或元件的输出量返回到输入端，与输入信号相比较产生偏差的过程 7、负反馈原理：把被控制量反馈到系统的输入端与参考输入进行比较，利用偏差产生控制作用，通过控制输出控制量以减少或消除误差 第一章 反馈控制原理 二、控制系统的基本形式 控制系统的类型很多，它们的