第1讲 控制系统导论1PPT.ppt

三江学院机械工程学院 1.2 自动控制发展简史 高炮的控制系统（1945年） 1.2 自动控制发展简史 Parkinson高炮自动射击系统原理图 飞机 位置 控制器 比较器 电机 方位角测量值 雷达 电位计 数学 解算 控制器 比较器 电机 高低角 测量值 电位计 预期 方位角 预期 高低角 高炮实际 方位角 高炮实际 高低角 1.2 自动控制发展简史 二、自动控制理论的发展 James Watt 1766年 蒸汽机飞球控制器 J.C Maxwell 1868年 控制理论的数学基础： 微分方程模型 Laplace（1749-1827年） Laplace变换： 线性微分方程的解 Routh（1892）、Hurwitz（1895年） 微分方程的稳定性判据 1.2 自动控制发展简史 Wiener(1948年) 《控制论》：反馈 Nyquist（1932年）频率法稳定性判据 Bode（1927年Bode图控制器设计法） Evans（1948年根轨迹控制器设计法） 20世纪60-70年代 现代控制理论 1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充实了经典控制论； 1954年：钱学森用英文出版《工程控制论》，首先把控制论推广到工程技术领域 根轨迹设计 1.2 自动控制发展简史 微分方程 传递函数 状态方程 时域设计方法 拉普拉斯变换 Bode图设计 非线性、MIMO 三、 控制理论基本框架 控制系统 1.3 本课程教学安排 课本结构 第1章 状态反馈 时域设计方法 第2章 第11章 第4章 第5章 第8章 第9章 第6章 第7章 第10章 频域设计方法 第3章 Bode图法 根轨迹法 第一章 小结 1、控制和控制对象 2、控制的两种基本方式： (1)开环控制 (2)闭环控制（负反馈控制） 3、控制的基本要求：快、准、稳 控制器 被控对象 预期输出 r(t) 实际输出 y(t) 比较器 测量装置 误差e(t) 控制量u(t) 被测变量 测量值 第一次课 作业 E1.1、E1.2、E1.4、E1.6、P1.1、P1.5、P1.15、P1.19、P1.20、AP1.3 思考讨论题：CDP1.1,DP1.2, DP1.4 阅读教材：29 作业要求： (1)独立完成 (2)完成控制系统框图的绘制 (3)明晰控制系统各部分工作原理 1.6 控制系统举例 1）转盘速度的开环控制 转台 直流 放大器 直流电机 转速 1.6 控制系统举例 实际 转速 预期速度 （电压） 控制 装置 直流放大器 执行 机构 直流 电机 受控 对象 转台 1.6 控制系统举例 2）转盘速度的闭环控制 转台 直流 放大器 直流电机 转速 转速计 + - 1.6 控制应用举例 实际转速 预期转速 （电压） 控制装置 直流放大器 执行机构 直流电机 受控对象 转台 + - 传感器 测速计 应用领域：高保真音响、影碟机、硬盘、软盘 1.0 控制系统相关概念定义 自动控制对于工农业生产和科学技术的发展具有越来越重要的作用。 不仅在宇宙航行、导弹制导、核技术以及兵器控制等新兴学科领域中是必不可少的，而且在国民经济建设的各个领域中都得到了广泛应用。 比如，发电站电压、频率的自动控制，机床的自动控制，锅炉设备中蒸汽压力的自动调节，炼钢炉温度的自动控制等等都是自动控制技术的应用。 所有这些自动控制系统的例子，尽管它们的结构和功能各不同，但我们可以发现它们有共同的规律，即它们都是一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量，即控制量的变化而变化，或保持恒定。 1.0 控制系统相关概念定义 1.0 控制系统相关概念定义 一般地说如何使被控制量按照给定量的变化规律变化，这就是一个自动控制系统所要解决的最基本的问题。 三、根据对被控对象控制方式（结构）的不同，自动控制系统的基本控制方式可以分为三种： 开环控制方式 闭环（反馈）控制方式 复合控制方式 1.0 控制系统相关概念定义 1）开环控制 在没有反馈的情况下，利用控制装置直接控制被控对象。 2）闭环控制 根据预期输出的指令（即输入指令），由控制器控制被控对象，同时对被控量进行测量，并将此测量值反馈到输入端与预期输出值（即输入值）进行比较，由此所得偏差，通过控制器来控制被控对象。 1.0 控制系统相关概念定义 3）复合控制方式 由于反馈控制只有在偏差出现后才产生控制作用，因此系统在强干扰作用下，控制过程中被控量可能有较大的波动。同时，为了