上海交大815考研控制理论基础课件控制理论基础(I)第1章-绪论.pptVIP

控制理论基础(I) 第一章 绪论 Part 1.1 控制的定义 Part 1.2 控制系统的工作原理和组成 2.恒温箱自动控制系统 控制系统的工作原理 综上所述 Part 1.2.2 控制系统的基本类型 程序控制 开环控制与闭环控制 开环控制 E.g.飞轮调速 闭环控制 半闭环控制 Part 1.2.3 闭环控制系统的组成 E.g.液位控制 系统原理方块图 正/负反馈液位控制系统 Part 1.3 控制理论的中心问题 汽车发动机控制系统 气动伺服实例 Part 1.4 控制理论基础(I)的学习内容 Part 1.4.1 控制系统的分类 按输入量的特征分类 按系统中传递信号的性质分类 线性系统和非线性系统 Part 1.4.2 自动控制系统的研究方法 正弦信号 阶跃信号 脉冲信号 等速和等加速信号 Part 1.4.3 授课内容 Part 1.5 控制理论的历史和发展 Part 1.6 Reference Resources This is End of Chapter 1 恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。 如：数控加工系统 随动系统（伺服系统）：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等。 连续控制系统： 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 离散（数字）控制系统： 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。 方程系数与时间的关系-定常、时变* 线性控制系统： 由线性元件组成，输入输出问具有叠加性和均匀性性质。 以线性微分方程来表述。 非线性控制系统： 系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。 用非线性微分方程来表述。 综合： 在已知被控对象和合定性能指标的前提下，寻求控制规律，建立一个能使被控对象满足性能要求的系统。 分析： 在给定系统的条件下，将物理系统抽象成数学模型，然后用已经成熟的数学方法和先进的计算工具来定性或定量地对系统进行动、静态的性能分析。 自动控制研究的三个基本问题： 建立数学模型 系统性能分析 控制器设计 典型控制信号： 阶跃信号 等速和等加速信号 脉冲信号 正弦信号 卸载?加载 A=1时称为单位阶跃信号 单位脉冲信号 干扰、 电压不稳、 风载荷 随机信号 速度信号 加速度信号 自动控制基本原理 物理系统的数学模型 频率特性 控制系统的稳定性分析 控制系统的误差分析 控制系统的瞬态响应分析 控制系统的综合和校正 根轨迹法 非线性控制系统 控制理论基础 (I) 对象：单变量时不变连续系统 目标：稳、准、快 任务：分析、设计 Matlab 与控制系统 前期控制 (1400BC-1900) 经典控制 (1935-1950) 现代控制 (1950-Now) 工业机器 空间技术 控制理论 中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400BC-1100BC)。 亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年)。 中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(132年)。 希腊Philon发明了采用浮球调节器来保持燃油液面高度的油灯。 (BC250年)。 前期控制（1400BC-1900） 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年) 中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年) 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年) 英国J. C. Maxwell发表“论调速器”(On Governors)论文(1868年) 英国E.J. Routh建立Routh判据(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年) 俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” (1892年) 美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922)。 美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)。 经典控制（1935-1950） 美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier) (1927) 自动控制的基础为闭环控制。控制