自控原理课件(陈铁牛).ppt

自动控制原理 自动控制的自然和人造系统 人体自然系统 体温控制系统 心跳控制系统 眼球聚焦系统 新陈代谢系统 血液系统 呼吸系统 肾肝肺系统 这些系统持续的自动控制 是我们保持健康的基本条件 这些系统是在我们非有意 识干预的情况下自动运行的 自动控制的自然和人造系统 天体自然系统 银 河 系 的 恒 星 运 动 自动控制的自然和人造系统 自动控制的自然和人造系统 人造系统 全自动洗衣机 电冰箱 电饭煲 电梯控制系统 温度控制系统 水位控制系统 速度控制系统 刹车防抱死系统 1.1自动控制及自动控制理论的发展简述 1.2自动控制的基本原理与方式 1.3自动控制系统的分类 1.4对自动控制系统的基本要求 自动控制理论发展 (1) 自动控制理论发展 (2) 1877年 E.J.Routh和1895年 A.Hurwitz分别独立地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则。 1892年A.M.Lyapunov用严格的数学分析方法全面地论述了稳定性问题,Lyapunov稳定性理论至今仍然是分析系统稳定性的重要方法。 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。 自动控制理论发展 (3) 1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电路网络的问题上，创立了运算微积分，随后被应用到分析自动控制系统的问题上，并取得了显著的成就。 1927年美国贝尔实验室的电气工程师H.S.Blsck在解决电子管放大器失真问题时首先引入反馈的概念。 自动控制理论发展 (4) 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。 自动控制理论发展 (5) 1948年，美国科学家W.R.Evans提出了有名的根轨迹的分析方法，并于1950年进一步应用于反馈控制系统的设计，形成了与频率响应方法相对应的另一核心方法——根轨迹法。 1956年，前苏联科学家L.S.Pontryagin提出极大值原理。同年美国数学家R.Bellman创立动态规划。极大值原理和动态规划为最优控制提供了理论工具。 1959年美国数学家R.E.Kalman提出了著名的卡尔曼滤波器，1960年又提出能控性和能观测性的概念。 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。 自动控制理论发展 (6) 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年到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年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。 开环控制系统 电加热炉温开环控制系统 开环控制的电加热炉原理图 电加热炉温开环控制系统 控制任务 炉温保持恒定 工作原理 调压器电压 →加热电阻电流 →加热炉温度 控制结构 存在从左到右的信号传递通道—前向通道 开环控制的电加热炉方框图 特点 系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。 　　　只有从输入端到输出端的信号前向通道，不存在由输出端到输入端的信号反馈通路。 　　　按给定值控制，无抗扰动能力，精度低。 环节简单，容易实现，稳定性好。 开环控制有两种形式　 １按给定值控制　 ２按扰动补偿　 　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 两种开环控制形式方框图 开环控制系统应用 　　　 　　目前国民经济各部门都广泛应用开环控制系统，如自动售货机、自动洗衣机、产品自动生产流水线及交通指挥的红绿灯转换等。 　　　闭环控制系统 　　　　 开环控制系统难以保持炉温恒定。如果无论是否出现扰动都要使炉温保持恒定，就需人工干预。 　　　闭环控制是在开环控制基础上引入人工干预过程演变而来的 　 人工炉温控制