专题1-自控导论.pptVIP

第1章 自动控制的一般概念 自动控制原理 第一讲 1.控制论产生？ 例子：1982年.. 4月，英国和阿根廷在南大西洋的马尔群岛附近，展开了第二次世界大战以来规模最大的海空战，也是世界上第一场动用核潜艇和空对舰导弹以及复杂电子系统的大战。其中：阿方空军用一枚价值.. 20万美元的“飞鱼”导弹，击沉了英国一艘价值.. 2亿美元的导弹驱逐舰。。。。 说明：现代导弹装配的精密制导系统正是自动控制技术在军事上的一个重要应用。 控制论是什么？ 控制论研究的对象是包括人在内的生物系统和各种非生物系统（如工程系统、化工系统、通讯系统、经济系统等）。 例子：恒温箱就是一个简单的系统。 人工控制的恒温箱 如果我们采用自动控制技术来代替人的劳动，就成为自动恒温系统。它与人工恒温系统不同的是减少了操作员，但增加了有关线路。 恒温箱的自动控制系统 自动控制过程(恒温箱) 外界因素引起系统参数(温度)变化 传感器(热电偶)将测量物理量(温度)转换为对应的电压信号 反馈与给定信号相比较 所得结果: 偏差信号 偏差信号经过电压放大、功率放大 改变执行机构性能(电动机)转速 改变执行机构动作(电动机)方向 通过传动装置调整(拖动调压器动触头) 温度偏高，动触头向着减小电流的方向运动 加大电流，直到温度达到给定值 偏差信号=0 电动机停转 完成自动控制 上述例子表明： 自动控制系统的一个突出特点，即系统自动控制过程就是信息传递和变换的过程。但是一旦系统中信息传递受阻，又会发生什么情况呢？ 例子：美国独立战争一次战役。 英军失败的主要原因是信息受阻。其下属根本没有收到上级的任何指示，因为英军的信息传递只有自上而下（命令），而没有自下往上的信息反馈。 所谓反馈（Feed-back），是指当指挥者控制系统发出的指令信息（也叫系统输入）输入后，通过系统内部变换后又将信息作用的结果(系统输出）返回到系统输入端，并根据系统输出与系统输入（规定值）是否吻合，再对系统施加作用的过程。 这也正是控制论创始人维纳所提出的“双向通讯”的概念，既有从系统输入到系统输出的正向信息传递和变换，也有从系统输出端返回输入端的反馈信息。 从控制论的观点来看，系统的自动控制过程正是通过“双向通讯”的信息反馈联系而实现的。信息在系统中的这种循环往返过程中，不断变换形式，最终实现控制目标。这就是控制论所揭示的自动控制系统的反馈机制，它是自动控制系统的第二个特点。 什么是反馈？ 水钟？ 离心式调速器 ？ 人体活动？ “最优化”思想 ？ “月球软着陆”问题，也叫做“燃料最省控制问题。” 乘电梯问题 ？“时间最优控制问题”。 自适应控制 ？ 变色龙的启示！ 黑箱问题和系统辨识？ 中医看病？ 人们常说“知人知面不知心”。如果说人相当于一个黑箱的话，那么我们可以通过“听其言，观其行”而“知其心”，这是一种行为分析的方法。 系统辨识。辨识，指的是通过外部观测系统得到系统的输入-输出数据，然后用数学方法确定系统的结构和参数，求得定量描述系统动态特性的数学模型，并在此基础上，实现对系统的最优控制 。 2.控制论的发展 牛顿经典力学； 20世纪初最伟大的量子力学和相对论； “3大论”：信息论，系统论和控制论。 控制论创始人：维纳 钱学森和《工程控制论》； 控制理论的划分 古典控制理论 以传递函数为基础，主要研究单输入-单输出的一类定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早，现已趋成熟。 现代控制理论 以状态空间法为基础，主要研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。 课程主要内容： 主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统的分析等。 重点掌握：控制系统的数学建模； 线性系统的时域分析及稳定性分析：劳斯判据；根轨迹画法；系统的频率特性，奈奎斯特判据，对数幅频、幅相曲线；线性系统的校正；线性离散系统中的信号采样与保持，Z变换及性能分析；非线性系统的相平面分析法及描述函数法分析法等。 * (Principles of Automatic Control） 1.观测由测量元件(温度计)测出的恒温箱的实际温度 2.与要求的温度值(也称给定值)进行比较 3.根据偏差的大小和方向再进行控制(手动) 恒温箱的实际温度高于给定温度时，就调节调压器动触头使电流减小，温度降低；若实际温度低于给定温度，则调节调压器动触头使电流增大，温度升高。 测温元件——输出电压信号的