自动控制原理4系2013.ppt

美国Taylor仪器公司的J. G. Ziegler和N. B. Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942) N.B. Nichols 美国MIT的N. Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出Wiener滤波理论(1942)，发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。 李郁荣（Y.W. Lee, 1904-1989), 广东人，麻省理工学院N. Wiener的首位博士生(1930年)，曾任职于清华大学电机系(1931-1937)，早期为Wiener理论的工程应用与推广作了大量的工作。1946年回到MIT电机系(1946-1969)，与Shannon一起成为该系最知名的两个学科带头人。其主要工作包括随机通讯(statistical communication theory)和电路理论，培养了大批电子工程领域中的知名学者和工程师，被誉为MIT的最伟大的教育家之一。 在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C. Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著《通信的数字理论》(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础(1948) C. E. Shannon J. Von Neuman (1903-1957)发明首台数字计算机，创立Game theory 现代控制 二次世界大战中火炮，雷达，飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛，如导弹(发射，操纵，指导及跟踪)，卫星，航天器和星球大战，以及计算机技术的出现。 (1) 苏联L.S. Pontryagin发表“最优过程数学理论”，提出极大值原理(Maximum Principle)(1956) (2) 美国R. Bellman在RAND Corporation数学部的支持下，发表著名的Dynamic Programming，建立最优控制的基础(1957) (3) 国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960) (5) 美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On the General Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和kalman 滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960) (4) 世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957) 转折点: Doyle Stein 现代后控制理论 ? 经典控制理论 现代控制理论 现代后控制理论 Postmodern Control Theory 研究对象 传递函数 状态空间模型 线性分式变换(LFT) 研究内容 带宽 裕度 特征值 方差、范数 奇异值 鲁棒稳定性 设计/计算 工具 Bode图 Nyquist图 Nichols图 李亚谱诺夫方程 Riccati方程 线性矩阵不等式(LMI) Robust and Optimal Control 二、自动控制系统的分类 闭环控制： 开环控制： 1、闭环控制与开环控制 闭环控制 开环控制 优点 精度高 抗干扰能力强 系统结构和调试简单 缺点 系统结构、设计和调试复杂，可能产生失控——不稳定 抗干扰能力差 闭环控制与开环控制的比较 2、伺服系统与定值控制系统 3、控制系统的其它类型 线性系统与非线性系统。 计算机控制系统与模拟控制系统。 运动控制系统与过程控制系统。 定常系统与时变系统。 三、控制系统的组成 控制对象与控制元件 1.执行元件 直接带动控制对象和改变被控量。 2.放大元件 放大信号。前置放大器与功率放大器。 3.测量元件 检测一种物理量并按某种规律转换成另一种量。传感器，变送器，敏感元件，检测元件。 4.补偿元件（校正元件） 补充的元件。 典型功能框图 四、对控制系统的基本要求 1.稳定性 受控，正常运行。最基本、最重要的要求。 2.准确性 误差小。稳态精度，稳态性能。 3.快速性与平稳性 过渡过程快速、平稳动态性能。 * 自动控制原理(5.5学分76+12学时 ) 何朕8504 hezhen@hit.edu.cn 主要内容 第一章 控制系统的一般概念(2学时) 第二章 控制系统的数学模型(12学时) 第三章 线性系统的时域分析(14学时) 第四章 根轨迹法(14学时) 第五章 线性系统的频域分析(22学时) 第六章 非线性控制系统分析(10学时) 实验 序号 实验项目名称 学时 实验要求 实验类