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自动控制原理 主讲:张海霞 电话 Email:henestar@163.com 2009年9月 课程基本信息 课程名称： 自动控制原理（Principles of Automatic Control） 先修课程： 高等数学；电路分析；模拟电子线路；数字电路与逻辑设计；电机；信号与系统。 适用专业： 自动化及自控专业 开课学期： 5 学 时： 72 （理论：64 ，实验：8） 成绩评定：总成绩=期末（70%）+ 平时（20%）+实验（10%） 教材及参考书目 教材： 自动控制原理，冯巧玲，北京航空航天大学出版社 参考教材： 1.《自动控制原理》，胡寿松，科学出版社。 2.《自动控制原理》，李友善，国防工业出版社 。 3.《自动控制系统》，汪小帆等，高教出版社。 4.《Linear?Control?System?Analysis?and?Design》 John?J、D’azzo,?Constantine?H、Houpis. (Fourth?Edition).? McGraw-Hill?Press，2000（英文教材） 5.《Automatic Control System》Benjamin C. Kuo， 高教出版社 自动控制系统的理论及其应用 自控理论 ——研究自动控制共同规律的一门科学。 自动控制：在无人直接参与的情况下，利用控制装置，自动的操纵机器设备或生产过程，使其按预定的规律工作或运行。 自控技术广泛的应用于工业、军事、航天等领域。 自控理论发展简史 人类对反馈调节原理早有认识： 1765年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是最早的自动控制系统。 J. C. Maxwell发表了《论调节器》，系统地研究了反馈系统的稳定性问题（1868年） E. J. Routh（1877年）、A. Hurwitz（1895年）分别独立地提出了稳定性判据。 A. M. Lyapunov《论运动稳定性的一般问题》（1892年） 经典控制理论的主要特点: 以频率法和根轨迹法为核心 广泛应用于单输入单输出（SISO）系统的分析和设计 1960年代，控制工程的需求（宇航、军工、过程控制等），出现了多输入多输出（MIMO）系统，其特点是： 变量多、变量之间存在耦合； 非线性、时变； 要求系统能在一定的约束条件下达到性能指标最优； 现代数学和计算技术的发展，为控制理论的进一步发展准备了数学基础和计算工具 现代控制理论的主要内容 美国Bellman等人提出的状态空间法； 前苏联Pontryagin提出的极大值原理； 动态规划法（Bellman） 最佳滤波器理论（Kalman） 能控能观性理论 现代控制理论的主要特点: 控制系统的分类 按照分析和设计方法 线性、非线性 时变、非时变 参考输入信号的变化规律 恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统 系统内部传输信号的性质 连续控制系统、离散控制系统 按控制方式分 开环控制系统、闭环控制系统 被控量的名称来分类 温度控制系统、转速控制系统 控制系统的分类 线性控制系统和非线性控制系统 若组成控制系统的元件都具有线性特性，则称之为线性控制系统 齐次性和叠加性 线性系统中的参数不随时间变化——线性定常系统 线性系统中的参数随时间变化——线性时变系统 恒值控制系统 要求被控制量在任何扰动作用下能尽快地恢复或接近到原有的稳定值（自镇定系统：预定的控制规律（系统的参考输入）为常数） 随动控制系统 系统的参考输入是一个变化的量，一般是随机的，或未知的，要求系统的被控制量能快速、准确地随参考输入信号的变化而变化 程序控制系统 系统的参考输入是固化好的程序，要求系统的被控量能按照程序预定的规律运行 连续控制系统 控制系统中的各部分的信号都是时间连续函数 离散控制系统 在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间的离散信号 基本控制方式 开环控制 如果系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制方式称为开环控制系统 结构简单 所用元器件少、成本低 调整方便，一般情况下容易稳定 没有消除或减小偏差的功能，抗扰动性较差 开环控制系统举例 开环直流调速系统 可控硅（Silicon Controlled Rectifier, SCR; 或Thyristor） 阳极：Anode A 阴极：Cathode K 控制极：Gate G 闭环控制方式 闭环控制 若把系统的被控制量反馈到它的输入端，并与参