自动控制理论01第一章节绪论c幻灯片.pptVIP

* 1-5 自动控制系统的分类 按工作原理分类 开环控制、闭环控制、复合控制 按数学模型分类 定常系统和时变系统 线性系统和非线性系统 当系统中各元件输入输出特性是线性特性，系统的状态和性能以线性微分方程或差分方程来描述时，这种系统称为线性系统。线性系统的一个突出的特点就是满足叠加定理，所以在判别系统是线性或非线性时，可运用叠加定理来判断。 系统中只要存在一个元件为非线性元件，系统的微分方程就由非线性方程来描述，这样的系统称为非线性系统。由于非线性系统的多样性，叠加原理也不成立，研究起来也不方便，所以只有在一定条件下用近似分析的方法来处理。 * 按系统内部的信号特征分类 连续系统和离散系统 连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数，这类系统的运动状态是用微分方程来描述的。连续系统中各元件传输的信息在工程上称为模拟量，多数实际物理系统都属于这一类，其输入输出一般用和来表示。 控制系统中只要存在一处的信号脉冲序列或数码时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一般用差分方程来描述，实际物理系统中，信息的表现形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要，将连续系统离散化，即采样。采样过程通常是通过采样开关把连续的模拟量变为脉冲序列，这样的系统一般又称为采样控制系统。 * 按输入量变化规律的功能分类 恒值控制系统： 如温度控制系统、调速系统等 随动控制系统： 如、函数记录仪、高射炮等 程序控制系统： 如数控机床、交通灯系统等 随动控制系统的主要特点是输入给定信号的变化规律是事先不能确定的随机信号，这类系统的任务是使输出快速、准确地跟随给定信号的变化而变化，故称作随动控制系统。 程序控制系统与随动控制系统不同之处就是它的给定输入不是随机不可知，而是按事先预定的规律变化。这类系统往往适用于特定的生产工艺或工业过程，按所需要的控制给定输入，要求输出按预定的规律变化。 * 1. 液位控制系统 图1.6（a）是一个液位控制系统原理图。在这里，自动控制器通过比较实际液位与希望液位，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位不变。 图1.6（b）是该控制系统的方块图。 1.6 自动控制系统示例 * 图1.6 （a） 液位控制系统 * 控制器：比较、放大的作用 浮子：液面高度的反馈元件 Q2为系统的干扰量 气动阀门：执行机构 被控对象：水箱 图1.6 （b） 液位控制系统 提问输出是什么 * 希 望 液 位 实 际 液 肌 肉 、 手 阀 门 水 箱 眼 睛 （ I I I ） 相 对 应 的 人 工 操 纵 系 统 方 块 图 脑 * 2.液位控制系统 控制阀 减速器 电动机 电位器 浮子 用水开关 Q2 Q1 c if SM * 电动机速度控制系统 + + + + + 电压 放大 u0 n ua ue ut 功率 放大 负载 SM TG 3.电动机速度闭环控制系统 * 4.电动机速度复合控制系统 + + + + + 电压 放大 + u0 n ua ue ut R 电压 放大 功率 放大 负载 SM TG * 1.7 自动控制理论的发展简史 人类对控制系统的基本原理（反馈）早有认识，并利用它创造许多装置。如2000年前，罗马人：水位控制系统（淋浴） ，神庙（开关门）英雄装置。中国能工巧匠（技师、工程师 、科学家 ）：张衡的地震方向测定仪，苏颂的水运仪象台。 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。 1868年，英国J.C 麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题。1892年李雅普诺夫用严格的数学分析方法论述了稳定性问题，至今仍然是分析稳定性的重要方法。 1787年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 * 从1980－现在，智能控制理论集中于3C控制系统及其相关课题。 20世纪40年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。 1948年，美国数学家N.Wiener出版《Cybernetics》是一个控制科学里程碑。《控制论》的副标题是关于人、动物及其通讯的科学。 20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。 20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1960－1980，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。 * 古典（经典）控制理论（1787—196