第一章 自动控制的一般概念.ppt

开环控制 闭环控制 结构 简单、成本低 复杂、成本高 精度 精度低、对元器件要求高 精度高、对元器件要求低 稳定性 通常不考虑 必须考虑 4、复合控制 复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制，是在闭环控制回路的基础上，附加了一个输入信号或扰动作用的前馈通路，来提高系统的控制精度。 控制装置 被控对象 C R — 补偿装置 a.按输入作用补偿 b.按扰动作用补偿 n 控制装置 被控对象 C R — 补偿装置 二、线性控制系统和非线性控制系统 按照系统是否满足叠加原理，系统可分为线性系统和非线性系统两类 。 线性控制系统 组成控制系统的元件都具有线性特性； 输入输出关系一般可以用微分方程、差分方程、传递函数以及状态空间表达式来描述； 线性系统的主要特点是具有齐次性和适用叠加原理； 如果线性系统中的参数不随时间变化，则称为线性定常系统；否则称为线性时变系统 。 非线性控制系统 控制系统中，若至少有一个元件具有非线性特性； 一般不具有齐次性，也不适用叠加原理； 输出响应和稳定性与输入信号和初始状态有很大关系； 也有时变和定常系统之分； 严格地讲，绝对线性的控制系统（或元件）是不存在的。 三、定值控制系统、伺服系统和程序控制系统 按照输入信号分类，控制系统可分为定值控制系统、随动系统和程序控制系统。 定值(恒值)控制系统（r(t) = const.） 输入信号是恒值，要求被控变量保持相对应的数值不变 室温控制系统、直流电机转速控制系统 随动系统（r(t) 不可预测） 输入信号是变化规律未知的任意时间函数 ； 系统的任务是使被控变量按照同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定的范围内； 导弹发射架控制系统、火炮随动系统、雷达天线控制系统 ； 当被控量为位置、角度或其导数时，这类系统又称为伺服系统。 程序控制系统（ r(t) 变化事先已知） 输入信号是按已知的规律（事先规定的程序）变化； 要求被控变量也按相应的规律随输入信号变化，误差不超过规定值； 热处理炉的温控系统、机床的数码加工系统和仿形控制系统。 四、连续控制系统和离散控制系统 连续控制系统：控制系统中各部分的信号都是时间的连续函数。 离散控制系统：在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间的离散信号。 离散模型是计算机控制的最主要模型。 五、其他分类方法 集中参数系统和分布参数系统 单输入输出系统和多输入输出系统 时变和非时变（定常）系统 确定性系统和不确定性系统 有静差和无静差系统等等 思考题：指出下列方程分别表示哪类系统？ 1.3 自动控制理论的发展简史 1 经典控制理论 40~50年代形成 SISO系统 基于：二战军工技术 目标：反馈控制系统的镇定 基本方法：传递函数，频率法，PID调节器 (频域) 2 现代控制理论 60~70年代形成 MIMO系统 基于： 冷战时期空间技术，计算机技术 目标：最优控制 基本方法：状态方程（时域） 3 智能控制技术 90年代开始发展 专家系统——姑苏慕容 模糊控制——醉拳 神经网络 预测控制 等等 4 正在发展的各个领域 自适应控制——独孤九剑 大系统理论 鲁棒控制——金钟罩铁布衫 多率周期控制 非线性控制（微分几何，混沌，变结构） 混杂、时滞系统控制 量子控制 等等 后现代控制理论 80年代以后，控制理论向广度与深度发展，呈现三个主流方向： 大系统，是指规模大，结构复杂变量众多的信息与控制系统。在系统理论中，采用状态方程和代数方程相结合的数学模型，状态空间，运筹学等相结合的数学方法。 智能控制 是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人， 智能主体等。 21世纪 网络、通讯、人机交互为代表的信息自动化集成的理论与技术。 大数据、物联网、云计算环境下的控制问题。 1.4 对自动控制系统的基本要求 一、系统的状态、过程及对自动控制系统的基本要求 为实现自动控制，必须对控制系统提出一定的要求； 平衡态或静态、稳态（steady state）：对于一个闭环控制系统而言，当输入量和扰动量均不变时，系统输出量也恒定不变，称系统处于稳态； 平衡态的转移：当输入量或扰动量发生变化时，反馈量将与输入量产生偏差，通过控制器的作用，从而使输出量最终稳定，即达到一个新的平衡状态； 过渡过程：由于系统中各环节总存在惯性，系统从一个平衡点到另一个平衡点无法瞬间完成，即存在一个过渡过程，该过程也称为动态过程、暂态过程和瞬态过程（transient）。 根据系统稳态输出和暂态过程的特性，对闭环控制系统的 基本要求可以归纳为三个方面：稳、快、准。 (1)稳：控制系统