自動(dòng)控制理論——緒論宮金林PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論緒論宮金林緒論宮金林 2 教育部副部長 吳啟迪 （2007年全國自動(dòng)化教育年會(huì)） 自動(dòng)化領(lǐng)域涉及的面非常廣泛，除了實(shí)際工程應(yīng) 用之外，還包括基礎(chǔ)研究、方法論直到哲學(xué)研究的內(nèi) 容，這對學(xué)生的就非常的全面；對激發(fā)學(xué)生 的而言，這個(gè)領(lǐng)域可以發(fā)揮的作用非常巨大 。比如 說反饋的概念，這個(gè)概念無處不在。另一個(gè)就是系統(tǒng) 的概念，我想沒有什么人能比我們學(xué)自動(dòng)化的人更懂 得 第1頁/共40頁 3 什么是系統(tǒng)工程了。所以，當(dāng)我們把這些東西與很 多背景結(jié)合起來的時(shí)候，就深刻感覺到 。近年來出現(xiàn)的復(fù)雜性、非線性、混沌 等問題，都是在這個(gè)領(lǐng)域迸發(fā)出來的。我相信，用 自動(dòng)控制中這些豐富

2、而美麗的概念和方法來激發(fā)我 們的學(xué)生，一定可以產(chǎn)生很多創(chuàng)新。我們自豪地說 ，自動(dòng)控制的理論是一種會(huì)激發(fā)創(chuàng)新的理論。 第2頁/共40頁 4 第3頁/共40頁 5 一個(gè)簡單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望液面一個(gè)簡單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望液面 高度高度h 維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，水維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，水 箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。 當(dāng)水的流出當(dāng)水的流出 量增大或流入量量增大或流入量 減小，平衡則被減小，平衡則被 破壞，液面的高破壞，液面的高 度不能自然地維度不能自然地維 持恒定。持恒定。 水水 箱箱 流流 出出 流

3、流 入入 h 第4頁/共40頁 6 這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)生的。這這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)生的。這 使得這種使得這種“水位恒定的要求水位恒定的要求”變得難以實(shí)現(xiàn)了。變得難以實(shí)現(xiàn)了。 所謂所謂控制控制就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（如上例中的進(jìn)水就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（如上例中的進(jìn)水 量），而使另外某些特定的物理量（如液面高度量），而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）維持在某）維持在某 種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。 水水 箱箱 流流 出出 流流 入入 h 這 種 人 為這 種 人 為 地強(qiáng)制性地改地強(qiáng)制性地改 變進(jìn)水量，而變進(jìn)水量，而 使液面高度維使

4、液面高度維 持恒定的過程，持恒定的過程， 即是人工控制即是人工控制 過程。過程。 人工控制的例子。 第5頁/共40頁 自動(dòng)控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制自動(dòng)控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制 器使被控對象（或過程）的某些物理量（或狀態(tài)）自器使被控對象（或過程）的某些物理量（或狀態(tài)）自 動(dòng)地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。動(dòng)地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。 水水 箱箱 流出流出 流入流入 h 控制控制 器器 浮浮 子子 當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡 被破壞時(shí)，水箱水位下降被破壞時(shí)，水箱水位下降 ( (或上升或上升) )，出現(xiàn)偏差。這，出現(xiàn)偏差。這 偏差由浮子檢測出來，自偏差由浮子檢

5、測出來，自 動(dòng)控制器在偏差的作用下，動(dòng)控制器在偏差的作用下， 控制閥門開控制閥門開大大(或關(guān)小或關(guān)小)， 對偏差進(jìn)行修正，從而保對偏差進(jìn)行修正，從而保 持液面高度不變。持液面高度不變。 7 第6頁/共40頁 8 2. 2. 自動(dòng)控制的基本職能元件自動(dòng)控制的基本職能元件 自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn), ,實(shí)際上是由自動(dòng)控制裝置來代替人實(shí)際上是由自動(dòng)控制裝置來代替人 的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。畫出以上人工控制的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。畫出以上人工控制 與自動(dòng)控制的功能方框圖進(jìn)行對照。與自動(dòng)控制的功能方框圖進(jìn)行對照。 水箱水箱 流流 出出 流流 入入 h 水箱水箱 流流 出出 流流 入入

6、 h 控制控制 器器 浮浮 子子 眼睛 浮子 大腦 自動(dòng)控制器 肌肉、手 執(zhí)行元件 第7頁/共40頁 9 肌肉和肌肉和 閥門閥門 希望液位希望液位 實(shí)際液位實(shí)際液位 大大 腦腦水水 箱箱 眼眼 睛睛 比較兩圖可以看出，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能，比較兩圖可以看出，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能， 存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件：存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件： 氣氣 動(dòng)動(dòng) 閥閥 門門 希望液位希望液位實(shí)際液位實(shí)際液位 浮浮 子子 控制器控制器水水 箱箱 第8頁/共40頁 10 執(zhí)執(zhí) 行行 元元 件件 參考輸入?yún)⒖驾斎?輸輸 出出 測量變測量變 送元件送元件 控制器控制器對對 象

7、象 擾動(dòng)輸擾動(dòng)輸 入入 測量元件與變送器（代替眼睛）；測量元件與變送器（代替眼睛）； 自動(dòng)控制器（代替大腦）；自動(dòng)控制器（代替大腦）； 執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。 這些基本元件與被控對象相連接，一起構(gòu)成一個(gè)自這些基本元件與被控對象相連接，一起構(gòu)成一個(gè)自 動(dòng)控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖動(dòng)控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖。 第9頁/共40頁 11 自動(dòng)控制中的一些術(shù)語及方框圖自動(dòng)控制中的一些術(shù)語及方框圖 1. 1.常用術(shù)語常用術(shù)語 控制對象控制對象 控制器控制器 系統(tǒng)系統(tǒng) 系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出 操作量操作量 參考輸入?yún)⒖驾斎?擾動(dòng)擾動(dòng) 2. 2.系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖

8、將系統(tǒng)中各個(gè)部分都用一個(gè)方框來表示，并注上將系統(tǒng)中各個(gè)部分都用一個(gè)方框來表示，并注上 文字或代號，根據(jù)各方框之間的信息傳遞關(guān)系，用有文字或代號，根據(jù)各方框之間的信息傳遞關(guān)系，用有 向線段把它們依次連接起來，并標(biāo)明相應(yīng)的信息。向線段把它們依次連接起來，并標(biāo)明相應(yīng)的信息。 突出了系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)輸入與輸出的關(guān)系及各環(huán)節(jié)突出了系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)輸入與輸出的關(guān)系及各環(huán)節(jié) 之間的相互影響，便于定性和定量分析。之間的相互影響，便于定性和定量分析。 第10頁/共40頁 12 第11頁/共40頁 13 第二節(jié)第二節(jié) 基本控制方式基本控制方式 定義：如果系統(tǒng)的輸出量不參與對系統(tǒng)的控制，則稱為開環(huán)控制。 控制器控制器被控對

9、象被控對象 控制量控制量 被控量被控量 開環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。 交通指揮紅綠燈，自動(dòng)洗衣機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，產(chǎn)品自動(dòng)交通指揮紅綠燈，自動(dòng)洗衣機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，產(chǎn)品自動(dòng) 生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等。生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等。 第12頁/共40頁 14 例子：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng) M 功率 放大器 電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 電 位 器 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器滑臂位置時(shí)，改變功率放大器的輸入電壓，從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，最終改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上的控制過程，用方框圖簡單直觀地表示出來。 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速滑臂位滑臂位 置置 功率功率 放大器放大器 電位器電位器 第13頁/共40頁 15 定義：如果系統(tǒng)的輸出量參與

10、對系統(tǒng)的控制，則稱為閉環(huán)控制。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。 根據(jù)實(shí)際輸出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控根據(jù)實(shí)際輸出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控 制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。 控制器控制器被控對象被控對象 反饋元件反饋元件 輸入輸入輸出輸出 + - 偏差偏差 第14頁/共40頁 16 例子：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng) 測速發(fā)電機(jī)檢測得到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，并轉(zhuǎn)換成與給定電壓相同的物理量uf，然后反饋到輸入端，與給定電壓ur相比較，其偏差值ue經(jīng)放大器放大后，來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)保持在與給定電壓ur相對應(yīng)的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)

11、。 F 測速發(fā)動(dòng)機(jī) 電 位 器 功率 放大器 M 功率 放大器 電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 n ur uf ueua 第15頁/共40頁 17 閉環(huán)控制的特點(diǎn)： 控制作用不是直接來自給定輸入，而是系統(tǒng)的偏差信號，由偏差產(chǎn)生對系統(tǒng)被控量的控制； 系統(tǒng)被控量的反饋信息又反過來影響系統(tǒng)的偏差信號，即影響控制作用的大小。這種自成循環(huán)的控制作用，使信息的傳遞路徑形成了一個(gè)閉合的環(huán)路，稱為閉環(huán)。 提高了控制精度。 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 給定給定 位置位置 功率功率 放大器放大器 電位器電位器 + - 負(fù)載負(fù)載 擾動(dòng)擾動(dòng) 測速發(fā)動(dòng)機(jī)測速發(fā)動(dòng)機(jī) uf ureua 第16頁/共40頁 18 開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)與

12、閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較: : 1. 閉環(huán)控制采用的是負(fù)反饋原理:將系統(tǒng)輸出量引回輸入端,與輸入量比較,利用所得偏差進(jìn)行控制,使偏差減小或消除. 2. 開環(huán)控制與閉環(huán)控制的基本區(qū)別在于閉環(huán)控制具有反饋環(huán)節(jié),具有自動(dòng)修復(fù)被控量偏離 給定值的能力,具有很強(qiáng)的抗干擾能力. 3. 在系統(tǒng)參數(shù)配合不當(dāng)時(shí),閉環(huán)系統(tǒng)容易產(chǎn)生震蕩甚至不穩(wěn)定. 工程上常采用的復(fù)合控制方法，就是把兩者結(jié)合起來使用。 第17頁/共40頁 19 控制器控制器被控對象被控對象 前饋控制器前饋控制器 輸入輸入輸出輸出 + - + 擾動(dòng)擾動(dòng) 1、構(gòu)成：將開環(huán)控制和閉環(huán)控制結(jié)合起來。 2、特點(diǎn)：兼有開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，控制精度高，控制作用快，但

13、結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。 第18頁/共40頁 20 第19頁/共40頁 21 一、一、 按給定信號的特征劃分按給定信號的特征劃分 給定信號是系統(tǒng)的指令信息。它代表了系統(tǒng)希望給定信號是系統(tǒng)的指令信息。它代表了系統(tǒng)希望 的輸出值，反映了控制系統(tǒng)要完成的基本任務(wù)和職能。的輸出值，反映了控制系統(tǒng)要完成的基本任務(wù)和職能。 1. 1.恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)：給定輸入維持不變，希望輸出給定輸入維持不變，希望輸出 維持在某一特定值上。維持在某一特定值上。 液位控制系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等等。等等。 2. 2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定信號上預(yù)先不知道的隨時(shí)給定信號上預(yù)先不知道的

14、隨時(shí) 間任意變化的函數(shù)?？刂葡到y(tǒng)能夠使被控量以盡可能間任意變化的函數(shù)?？刂葡到y(tǒng)能夠使被控量以盡可能 小的誤差跟隨給定值的變化。小的誤差跟隨給定值的變化。 跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng) 3.3.程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先給定的規(guī)律變化給定值按預(yù)先給定的規(guī)律變化 的控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)。機(jī)械加工中的程序控制機(jī)床機(jī)械加工中的程序控制機(jī)床等等。等等。 第20頁/共40頁 22 二、 按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述劃分 1.線性系統(tǒng) 當(dāng)系統(tǒng)各元件輸入輸出特性是線性特性，系統(tǒng)的 狀態(tài)和性能可以用線性微分（或差分）方程來描述時(shí) ，則稱這種系統(tǒng)為線性系統(tǒng)。 所謂線性特性是指元件的靜特性是一條過原

15、點(diǎn)的 直線，也稱其為線性元件。因此，由線性元件組成的 系統(tǒng)則必是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是 滿足，可運(yùn)用疊加原理的兩個(gè)性質(zhì)（可疊加 性和齊次性），作為鑒別系統(tǒng)是否為線性系統(tǒng)的依據(jù) 。 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) r(t)c(t) r1(t) c1(t) r2(t) c2(t) r1(t) + r2(t) c1(t) + c2(t) ar1(t) ac1(t) 第21頁/共40頁 23 y x 0 b -b y xa -a 0 -b b 2. 2.非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要存在一個(gè)非線性特性的元件，系統(tǒng)就系統(tǒng)中只要存在一個(gè)非線性特性的元件，系統(tǒng)就 由非線性方程來描述，這種系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)

16、。由非線性方程來描述，這種系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。 y x k a -a 0 M -M y x k a -a 0 第22頁/共40頁 24 三、三、 按信號傳遞的連續(xù)性劃分按信號傳遞的連續(xù)性劃分 1.連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中各元件的輸入信號和輸連續(xù)系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中各元件的輸入信號和輸 出信號都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。這類系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是出信號都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。這類系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是 用微分方程來描述的。用微分方程來描述的。 連續(xù)系統(tǒng)中各元件傳輸?shù)男畔⒃诠こ躺戏Q為模擬連續(xù)系統(tǒng)中各元件傳輸?shù)男畔⒃诠こ躺戏Q為模擬 量，多數(shù)實(shí)際物理系統(tǒng)都屬于這一類，其輸入輸出一量，多數(shù)實(shí)際物理系統(tǒng)都屬于這一類

17、，其輸入輸出一 般用般用r(t)和和c(t)表示。表示。 r(t ) t 0 c(t) t 0 第23頁/共40頁 25 2.離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) 控制系統(tǒng)中只要有一處的信號是脈沖序列或數(shù)碼控制系統(tǒng)中只要有一處的信號是脈沖序列或數(shù)碼 時(shí)，該系統(tǒng)即為離散系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的狀態(tài)和性能一時(shí)，該系統(tǒng)即為離散系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的狀態(tài)和性能一 般用差分方程來描述。實(shí)際物理系統(tǒng)中，信息的表現(xiàn)般用差分方程來描述。實(shí)際物理系統(tǒng)中，信息的表現(xiàn) 形式為離散信號的并不多見，往往是控制上的需要，形式為離散信號的并不多見，往往是控制上的需要， 人為地將連續(xù)信號離散化，我們稱其為采樣。人為地將連續(xù)信號離散化，我們稱其為采樣。 c(t

18、 ) t 0 c(t)c*(t) c*(t ) t 0 第24頁/共40頁 26 四、四、 按系統(tǒng)的輸入與輸出信號的數(shù)量劃分按系統(tǒng)的輸入與輸出信號的數(shù)量劃分 1. 1.單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)（SISO） 2. 2.多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)（MIMO） 五、五、 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成 在形形色色的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋控制是最基在形形色色的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋控制是最基 本的控制方式之一。一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)總是由本的控制方式之一。一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)總是由 控制對象和各種結(jié)構(gòu)不同的職能元件組成的。除控制控制對象和各種結(jié)構(gòu)不同的職能元件組成的。除控制 對象外，其他各部分可統(tǒng)稱

19、為控制裝置。每一部分各對象外，其他各部分可統(tǒng)稱為控制裝置。每一部分各 司其職，共同完成控制任務(wù)。下面給出這些職能元件司其職，共同完成控制任務(wù)。下面給出這些職能元件 的種類和各自的職能。的種類和各自的職能。 第25頁/共40頁 27 輸輸 出出 輸輸 入入放大放大 元件元件 + - 測量變送測量變送 元件元件 給定給定 元件元件 執(zhí)行執(zhí)行 元件元件 串聯(lián)串聯(lián) 校正校正 元件元件 + - 對對 象象 反饋校正反饋校正 元件元件 其職能是給出與期望的輸出相對應(yīng)的 系統(tǒng)輸入量，是一類產(chǎn)生系統(tǒng)控制指令的裝置。 第26頁/共40頁 28 其職能是檢測被控量，如果測出的物 理量屬于非電量，大多情況下要把它轉(zhuǎn)

20、換成電量，以 便利用電的手段加以處理。 其職能是把測量元件檢測到的實(shí)際輸 出值與給定元件給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之 間的偏差。 其職能是將過于微弱的偏差信號加以 放大，以足夠的功率來推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或被控對象。 其職能是直接推動(dòng)被控對象，使其被 控量發(fā)生變化。 為改善或提高系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)基 本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上附加參數(shù)可靈活調(diào)整的元件。工程上稱 為調(diào)節(jié)器。常用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中。 第27頁/共40頁 29 一、一、 對系統(tǒng)的要求對系統(tǒng)的要求 各類控制系統(tǒng)為達(dá)到理想的控制目的，必須具備各類控制系統(tǒng)為達(dá)到理想的控制目的，必須具備 以下兩個(gè)方面的性能以下兩個(gè)方面的性能 ( (基本要求基本要求

21、) ) ： （a a）使系統(tǒng)的輸出快速準(zhǔn)確地按輸入信號要求的）使系統(tǒng)的輸出快速準(zhǔn)確地按輸入信號要求的 期望輸出值變化。期望輸出值變化。 （b b）使系統(tǒng)的輸出盡量不受任何擾動(dòng)的影響。）使系統(tǒng)的輸出盡量不受任何擾動(dòng)的影響。 對自控系統(tǒng)性能的要求一般可歸納為三大性能指標(biāo)：對自控系統(tǒng)性能的要求一般可歸納為三大性能指標(biāo)： （1 1）穩(wěn)定性：）穩(wěn)定性：要求系統(tǒng)絕對穩(wěn)定且有一定的穩(wěn)定裕要求系統(tǒng)絕對穩(wěn)定且有一定的穩(wěn)定裕 量。量。 （2 2）瞬態(tài)質(zhì)量：）瞬態(tài)質(zhì)量：要求系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)過程具有一定的要求系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)過程具有一定的 快速性和變化的平穩(wěn)性。快速性和變化的平穩(wěn)性。 第28頁/共40頁 30 在實(shí)際系統(tǒng)中，

22、由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能在實(shí)際系統(tǒng)中，由于總是存在著不同性質(zhì)的儲(chǔ)能 元件。并且也由于能源功率的限制，使得系統(tǒng)放大能元件。并且也由于能源功率的限制，使得系統(tǒng)放大能 力必然有限。因而使相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)加速度不會(huì)太大，速力必然有限。因而使相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)加速度不會(huì)太大，速 度和位移不會(huì)瞬間變化，而要經(jīng)歷一段時(shí)間，即系統(tǒng)度和位移不會(huì)瞬間變化，而要經(jīng)歷一段時(shí)間，即系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)必然有一個(gè)漸變的過程。運(yùn)動(dòng)必然有一個(gè)漸變的過程。 r(t) t 0 c(t) t 0 （3 3）穩(wěn)態(tài)誤差：）穩(wěn)態(tài)誤差：要求系統(tǒng)最終的響應(yīng)準(zhǔn)確度，限制要求系統(tǒng)最終的響應(yīng)準(zhǔn)確度，限制 在工程允許的范圍之內(nèi)，是系統(tǒng)控制精度的恒量。在工程允許的范圍之

23、內(nèi)，是系統(tǒng)控制精度的恒量。 第29頁/共40頁 31 二、二、 控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì) 1.系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析 系統(tǒng)給定，在規(guī)定的工作條件下，對它進(jìn)行分析系統(tǒng)給定，在規(guī)定的工作條件下，對它進(jìn)行分析 研究，其中包括穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能分析，看是否滿研究，其中包括穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能分析，看是否滿 足要求，以及分析某個(gè)參數(shù)變化時(shí)對上述性能指標(biāo)的足要求，以及分析某個(gè)參數(shù)變化時(shí)對上述性能指標(biāo)的 影響，決定如何合理地選取等。影響，決定如何合理地選取等。 2. 2.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，是要尋找一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，是要尋找一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求 性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。因

24、此，在系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)和性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，在系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)和 應(yīng)具備的性能已知的條件下，根據(jù)被控對象的特點(diǎn)，應(yīng)具備的性能已知的條件下，根據(jù)被控對象的特點(diǎn)， 構(gòu)造出適合的控制器是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。應(yīng)進(jìn)行的步構(gòu)造出適合的控制器是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。應(yīng)進(jìn)行的步 驟如下：驟如下： （1 1）熟悉對系統(tǒng)性能的要求。）熟悉對系統(tǒng)性能的要求。 （2 2）根據(jù)要求的性能指標(biāo)綜合確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。）根據(jù)要求的性能指標(biāo)綜合確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 第30頁/共40頁 32 （3 3）若控制對象是已知的，根據(jù)確定的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模）若控制對象是已知的，根據(jù)確定的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型和已知部分的數(shù)學(xué)模型，求得控制器的數(shù)模和控制

25、型和已知部分的數(shù)學(xué)模型，求得控制器的數(shù)模和控制 規(guī)律。規(guī)律。 （4）按綜合確定的數(shù)模進(jìn)行系統(tǒng)分析，驗(yàn)證它在各 種信號作用下是否滿足要求。若不滿足，及時(shí)修正。 （5）樣機(jī)設(shè)計(jì)制造和試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。 第31頁/共40頁 33 第五節(jié)第五節(jié) 自動(dòng)控制理論發(fā)展簡況自動(dòng)控制理論發(fā)展簡況 Water Clock 水運(yùn)儀象臺(tái)水運(yùn)儀象臺(tái) 歐洲工業(yè)革命歐洲工業(yè)革命 1750 Before 18681868-19001900-1960 After 1960 Prehistory of Auto ControlPrimitive PeriodClassic PeriodModern Period 電話&世界大戰(zhàn) 1910-1945 空間技術(shù)空間技術(shù)&電電 腦時(shí)代腦時(shí)代 1957 第32頁/共40頁 34 Before 1868 Prehistory of Automatic Control n 300BC 古希臘人發(fā)明的浮球調(diào)節(jié)裝 置 n 800AD 古阿拉伯人利用浮球進(jìn)行水鐘 控制 n 1086AD 蘇頌 韓公廉發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái) 水運(yùn)儀象臺(tái)水運(yùn)儀象臺(tái) 第33頁/共40頁 35 Before 18681868-1900 1788英國J. Watt用飛球調(diào)節(jié)控制蒸汽機(jī)的速 度 氣 閥