自動(dòng)控制原理第一章緒論

1、1參考書：自動(dòng)控制原理參考書：自動(dòng)控制原理 胡壽松主編胡壽松主編經(jīng)典控制論經(jīng)典控制論和和現(xiàn)代控制論現(xiàn)代控制論主要講授經(jīng)典控制論部分主要講授經(jīng)典控制論部分研究對象：單輸入單輸出研究對象：單輸入單輸出 連續(xù)及離散線性系統(tǒng)連續(xù)及離散線性系統(tǒng)2 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n自動(dòng)控制及系統(tǒng)的基本概念和術(shù)語自動(dòng)控制及系統(tǒng)的基本概念和術(shù)語n開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng) n自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類和基本組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類和基本組成 n自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) n發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展?fàn)顩rn小結(jié)小結(jié)3學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) v了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)及其工和特

2、點(diǎn)及其工作原理；作原理； v了解閉環(huán)控制系統(tǒng)的了解閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成組成和和基本環(huán)節(jié)基本環(huán)節(jié)； v掌握反饋控制系統(tǒng)的掌握反饋控制系統(tǒng)的基本要求基本要求； v學(xué)會(huì)分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的學(xué)會(huì)分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型類型及本質(zhì)特征。及本質(zhì)特征。4本課程與其它課程的關(guān)系：本課程與其它課程的關(guān)系：自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論電路理論電路理論電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)大學(xué)物理大學(xué)物理信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)復(fù)變函數(shù)復(fù)變函數(shù) 拉氏變換拉氏變換模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)線性代數(shù)微積分微積分各各 類類專業(yè)課專業(yè)課線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)現(xiàn)代控現(xiàn)代控 制理論制理論5控制論的形成始于工程技術(shù)因而首先發(fā)展的是控制論的形成始于工程技術(shù)因而首

3、先發(fā)展的是(1)(1)工程控工程控制論制論然后逐漸向非工程領(lǐng)域滲透、并以相關(guān)的分析觀點(diǎn)然后逐漸向非工程領(lǐng)域滲透、并以相關(guān)的分析觀點(diǎn)派生派生出許出許多新型的邊緣學(xué)科。其中包括多新型的邊緣學(xué)科。其中包括(2)(2)生物控制論、生物控制論、(3)(3)經(jīng)濟(jì)控制論和經(jīng)濟(jì)控制論和(4)(4)社會(huì)控制論。社會(huì)控制論。自動(dòng)控制理論僅僅是工程控制論的一個(gè)部分。自動(dòng)控制理論僅僅是工程控制論的一個(gè)部分。廣義廣義上，控制論是研究信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳遞、控制、上，控制論是研究信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳遞、控制、預(yù)報(bào)的科學(xué)，即預(yù)報(bào)的科學(xué)，即研究有輸入輸出的信息系統(tǒng)研究有輸入輸出的信息系統(tǒng)。工程上，研究對。工程上，研究對象可象

4、可狹義狹義地定義為可根據(jù)期望的輸出來改變輸入，地定義為可根據(jù)期望的輸出來改變輸入，使系統(tǒng)輸出使系統(tǒng)輸出能有某種預(yù)期的效果的能有某種預(yù)期的效果的信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)?？刂普撌菓?yīng)用數(shù)學(xué)的分支，是控制論是應(yīng)用數(shù)學(xué)的分支，是對對從實(shí)際系統(tǒng)中抽從實(shí)際系統(tǒng)中抽象出來的象出來的數(shù)學(xué)模型的理論分析數(shù)學(xué)模型的理論分析。解決實(shí)際問題，要靠工。解決實(shí)際問題，要靠工程領(lǐng)域相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。程領(lǐng)域相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。6自動(dòng)控制是在沒有人的直接干預(yù)下，利用物理裝自動(dòng)控制是在沒有人的直接干預(yù)下，利用物理裝置（置（控制器控制器）對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程（）對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程（被控對象被控對象）進(jìn)行）進(jìn)行合理的控制，合理的

5、控制，使被控制對象的控制量按照預(yù)先給定的規(guī)使被控制對象的控制量按照預(yù)先給定的規(guī)律變化，律變化，例如礦井提升機(jī)的速度控制、軋鋼廠加熱爐溫例如礦井提升機(jī)的速度控制、軋鋼廠加熱爐溫度的控制等等。度的控制等等。自動(dòng)控制系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的所自動(dòng)控制系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的所有物理部件的有機(jī)組合體。有物理部件的有機(jī)組合體。7例1-1 溫度控制系統(tǒng) 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 工作過程工作過程220Vuc21812擾動(dòng)量擾動(dòng)量給定量給定量輸出量輸出量 1 - 控制器控制器(自耦變壓器自耦變壓器) 2 - 被控對象被控對象(電阻爐電阻爐)圖中：圖中：9（1 1）開環(huán)控制）開環(huán)控制 只有輸入量對輸出

6、量產(chǎn)生控制作用，輸出量不參與對系統(tǒng)的控制。 （2）開環(huán)控制特點(diǎn)）開環(huán)控制特點(diǎn) 輸入控制輸出 輸出不參與控制 系統(tǒng)沒有抗干擾能力 12擾動(dòng)量擾動(dòng)量給定量輸入量給定量輸入量輸出量輸出量 1 - 控制器控制器(自耦變壓器自耦變壓器) 2 - 被控對象被控對象(電阻爐電阻爐)10 圖紙位移程序指令放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)切削刀具工作機(jī)床圖 微型計(jì)算機(jī)控制機(jī)床（開環(huán)系統(tǒng)）11 系統(tǒng)每一個(gè)輸入信號(hào)，必有一個(gè)固定的工作狀態(tài)和一個(gè)系統(tǒng)的輸出量與之相對應(yīng)。但是不具有修正由于擾動(dòng)而出現(xiàn)的被控制量希望值與實(shí)際值之間誤差的能力。例如，執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步，機(jī)床某部分未能準(zhǔn)確地執(zhí)行程序指令的要求，切削刀具偏離了希望

7、值，控制指令并不會(huì)相應(yīng)地改變。 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定。但開環(huán)控制不能自動(dòng)修正被控制量的誤差、系統(tǒng)元件參數(shù)的變化以及外來未知干擾都會(huì)影響系統(tǒng)精度12 （1）人工閉環(huán)控制220V12uc13（2）自動(dòng)閉環(huán)控制）自動(dòng)閉環(huán)控制 電 位 器 V+ 功率 放大器 電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 測速發(fā)電機(jī) 14 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖 1-控制器 2-控制對象 3-檢測裝置 15 反饋控制反饋控制把輸出量檢測出來, 按一定比例變換后反饋到輸入端,與給定信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差,此偏差經(jīng)過控制器產(chǎn)生控制作用,使輸出量按照要求的規(guī)律變化 。 反饋信號(hào)與給定信號(hào)極性相反為負(fù)反饋,反之為正反饋 反饋控制特點(diǎn)反饋控制特點(diǎn) 輸入

8、控制輸出 輸出參與控制 檢測偏差糾正偏差 具有抗干擾能力16 閉環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)輸出信號(hào)與輸入端之間存在反饋回路的系統(tǒng)，叫反饋控制系統(tǒng)，也叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋測量元件圖紙位移程序放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)切削刀具工作機(jī)床圖 微型計(jì)算機(jī)控制機(jī)床（閉環(huán)系統(tǒng)）17 在上圖中，引入了反饋測量元件，閉環(huán)控制系統(tǒng)由于有“反饋”作用的存在，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力，可以修正元件參數(shù)變化及外界擾動(dòng)引起的誤差，所以其控制效果好，精度高。 閉環(huán)控制系統(tǒng)不足之處，除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高外，一個(gè)主要的問題是由于反饋的存在，控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)“振蕩”。 181.1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本

9、環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)圖 1-給定環(huán)節(jié)；給定環(huán)節(jié)；2-比較環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)；3-校正環(huán)節(jié)；校正環(huán)節(jié)；4-放大環(huán)節(jié)；放大環(huán)節(jié)； 5-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6-被控對象；被控對象；7-檢測裝置檢測裝置192.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié) （1）控制對象或調(diào)節(jié)對象）控制對象或調(diào)節(jié)對象 6要進(jìn)行控制的設(shè)備或過程。要進(jìn)行控制的設(shè)備或過程。 （2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)5 一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對象，使被控制量達(dá)到所要求的直接作用于控制對象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值。數(shù)值。 （3）檢測裝置或傳感器）檢測裝置或傳感器7 該裝置用來檢測被控制量

10、，并將其轉(zhuǎn)換為與該裝置用來檢測被控制量，并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物理量。給定量相同的物理量。 20（4）給定環(huán)節(jié)）給定環(huán)節(jié) 1設(shè)定被控制量的給定值的裝置。設(shè)定被控制量的給定值的裝置。 （5）比較環(huán)節(jié)）比較環(huán)節(jié)2 將所檢測的被控制量與給定量進(jìn)行比較，確將所檢測的被控制量與給定量進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差量。定兩者之間的偏差量。 （6）中間環(huán)節(jié)）中間環(huán)節(jié)3，4 一般包括校正環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)。一般包括校正環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)。21被控對象被控對象 被控量或輸出量被控量或輸出量控制量或操作量控制量或操作量(4) 設(shè)定量或輸入量設(shè)定量或輸入量(5) 擾動(dòng)量擾動(dòng)量(6) 反饋量反饋量(7) 偏差量偏差量3.3

11、.閉環(huán)控制系統(tǒng)中的基本術(shù)語閉環(huán)控制系統(tǒng)中的基本術(shù)語 (8) 前向通道或正向通道前向通道或正向通道 (9) 反饋通道或反向通道反饋通道或反向通道 (10) 實(shí)際輸出實(shí)際輸出 (11) 理想輸出理想輸出224.4.復(fù)合控制復(fù)合控制(a)給定輸入補(bǔ)償給定輸入補(bǔ)償(b)擾動(dòng)輸入補(bǔ)償擾動(dòng)輸入補(bǔ)償23 復(fù)合控制系統(tǒng) 復(fù)合控制是閉環(huán)控制和開環(huán)控制相結(jié)合的一種方式。它是在閉環(huán)控制等基礎(chǔ)上增加一個(gè)干擾信號(hào)的補(bǔ)償控制，以提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。圖1-5 復(fù)合控制系統(tǒng)框圖24 復(fù)合控制增加干擾信號(hào)的補(bǔ)償控制作用，可以在干擾對被控量產(chǎn)生不利影響的同時(shí)及時(shí)提供控制作用以抵消此不利影響。純閉環(huán)控制則要等待該不利影響反映

12、到被控信號(hào)之后才引起控制作用，對干擾的反應(yīng)較慢。兩者的結(jié)合既能得到高精度控制，又能提高抗干擾能力。25包含給定輸入和擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)碾p閉環(huán)系統(tǒng)包含給定輸入和擾動(dòng)輸入補(bǔ)償?shù)碾p閉環(huán)系統(tǒng)261）線性系統(tǒng)）線性系統(tǒng) （時(shí)變，定常）（時(shí)變，定常）由線性元件組成的系統(tǒng)，其微分方程中輸出量及其各階導(dǎo)數(shù)都是一次的，并且各系數(shù)與輸入量（自變量）無關(guān)。 2）非線性系統(tǒng)）非線性系統(tǒng)（本質(zhì)非線性，非本質(zhì)非線性）（本質(zhì)非線性，非本質(zhì)非線性） 含有非線性元件的系統(tǒng)，其微分方程式的系數(shù)與自變量有關(guān)。271）連續(xù)控制系統(tǒng)）連續(xù)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)各部分的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。 2）離散控制系統(tǒng)）離散控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的一處或幾處，信號(hào)

13、是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞。（采樣，使連續(xù)信號(hào) 離散化）281）單變量系統(tǒng)（）單變量系統(tǒng)（SISO） 用傳遞函數(shù)分析2）多變量系統(tǒng)（）多變量系統(tǒng)（MIMO） 現(xiàn)代控制理論研究對象，狀態(tài)空間法 291）恒值控制系統(tǒng)）恒值控制系統(tǒng) 給定信號(hào)一經(jīng)設(shè)定就維持不變2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（系統(tǒng)跟隨性能很重要）隨動(dòng)控制系統(tǒng)（系統(tǒng)跟隨性能很重要） 給定信號(hào)的變化規(guī)律是事先不能確定的隨機(jī)信號(hào)3）程序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng) 給定信號(hào)的變化規(guī)律不是隨機(jī)的，而是按事先預(yù) 定的規(guī)律變化。30 自動(dòng)控制系統(tǒng)還應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)過程的性能要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性有以下幾種。 )(ctccttss31 過渡過程產(chǎn)生的原因過

14、渡過程產(chǎn)生的原因 ：系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件的能量不可能突變：系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件的能量不可能突變 穩(wěn)穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。線性控制系定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的，與外部條件和統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的，與外部條件和初始狀態(tài)無關(guān)。還要有穩(wěn)定裕度。初始狀態(tài)無關(guān)。還要有穩(wěn)定裕度。 “穩(wěn)穩(wěn)”與與“快快”是說明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（過渡過程）品質(zhì)。是說明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（過渡過程）品質(zhì)。 （平穩(wěn)）（快速）（平穩(wěn)）（快速） “準(zhǔn)準(zhǔn)”是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。32l穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到新的穩(wěn)態(tài)，或

15、系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動(dòng)作用又重新平衡后，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)偏差，受擾動(dòng)作用又重新平衡后，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)偏差，這種偏差稱為這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度精度，它表明了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確程度。穩(wěn)態(tài)誤差越小，它表明了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確程度。穩(wěn)態(tài)誤差越小，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。33n有差系統(tǒng)（有差系統(tǒng)（圖圖a） 若穩(wěn)態(tài)誤差不為零，則系統(tǒng)稱為若穩(wěn)態(tài)誤差不為零，則系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)有差系統(tǒng)。 n無差系統(tǒng)無差系統(tǒng)（圖（圖b） 若穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)稱為若穩(wěn)態(tài)誤差為零，則系統(tǒng)稱為無差系統(tǒng)無差系統(tǒng)。 34

16、35（1）超調(diào)量）超調(diào)量 輸出最大值與輸出穩(wěn)態(tài)值的相對誤差。輸出最大值與輸出穩(wěn)態(tài)值的相對誤差。 反映了系統(tǒng)的反映了系統(tǒng)的平穩(wěn)性平穩(wěn)性。最大超調(diào)量越小，。最大超調(diào)量越小，則說明系統(tǒng)過渡過程越平穩(wěn)。則說明系統(tǒng)過渡過程越平穩(wěn)。 （2）上升時(shí)間）上升時(shí)間 指系統(tǒng)的輸出量第一次到達(dá)輸出穩(wěn)態(tài)值指系統(tǒng)的輸出量第一次到達(dá)輸出穩(wěn)態(tài)值所對應(yīng)的時(shí)刻。所對應(yīng)的時(shí)刻。rt%)(x)(xxMccmaxp100 36（3）過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間） 系統(tǒng)的輸出量進(jìn)入并一直保持在穩(wěn)態(tài)輸出值附近的系統(tǒng)的輸出量進(jìn)入并一直保持在穩(wěn)態(tài)輸出值附近的允許誤差帶內(nèi)所需的時(shí)間。允許誤差帶寬度一般取允許誤差帶內(nèi)所需的時(shí)間

17、。允許誤差帶寬度一般取穩(wěn)態(tài)輸出值的穩(wěn)態(tài)輸出值的2%或或5%。 調(diào)節(jié)時(shí)間的長短反映了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間的長短反映了系統(tǒng)的快速性快速性。調(diào)節(jié)時(shí)間越。調(diào)節(jié)時(shí)間越短，系統(tǒng)的快速性越好。短，系統(tǒng)的快速性越好。 （4）振蕩次數(shù)）振蕩次數(shù) 在調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值附近上下波動(dòng)的次在調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值附近上下波動(dòng)的次數(shù)。數(shù)。 它也反映系統(tǒng)的它也反映系統(tǒng)的平穩(wěn)性平穩(wěn)性。振蕩次數(shù)越少，說明系統(tǒng)。振蕩次數(shù)越少，說明系統(tǒng)的平穩(wěn)性越好。的平穩(wěn)性越好。 st37 工程工藝師的杰作，還沒上升到理論。如指南車、蒸汽鍋爐的水位調(diào)節(jié)器等。勞斯和赫爾維茨判據(jù)（1877，1896）1892年，李亞普諾夫的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問題

18、20世紀(jì)30年代，奈奎斯特提出線性系統(tǒng)頻域法穩(wěn)定性判據(jù)。1945年伯德發(fā)表“網(wǎng)絡(luò)分析與反饋放大器設(shè)計(jì)”，38將反饋放大器原理應(yīng)用到自控系統(tǒng)中，出現(xiàn)了閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。1948年伊萬斯發(fā)表了“根軌跡法”提供了從系統(tǒng)微分方程模型研究問題的方法。以上理論通稱經(jīng)典控制理論。三個(gè)局限：線性定常系統(tǒng)，單入單出系統(tǒng)，設(shè)計(jì)或綜合時(shí)用試探法。39 總結(jié)總結(jié):經(jīng)典控制理論的分析方法為復(fù)數(shù)域方法,以傳遞函數(shù)作為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，常利用圖表進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，比求解微分方程簡便。 優(yōu)點(diǎn):可通過試驗(yàn)方法建立數(shù)學(xué)模型，物理概念清晰，得到廣泛的工程應(yīng)用。 缺點(diǎn):只適應(yīng)單變量線性定常系統(tǒng)，對系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)缺少了解，且復(fù)數(shù)域方法研究時(shí)域

19、特性，得不到精確的結(jié)果。401954年，錢學(xué)森的工程控制論啟蒙著作龐特里亞金， “最佳控制的極大值原則”Bellman，1957發(fā)表的“動(dòng)態(tài)規(guī)劃論”Kalman, 1961發(fā)表“最優(yōu)濾波和線性最優(yōu)調(diào)節(jié)器”理論 等奠定了現(xiàn)代控制論的基礎(chǔ)。狀態(tài)空間方法屬于時(shí)域方法，其核心是最優(yōu)化技術(shù)。它以狀態(tài)空間描述（實(shí)質(zhì)上是一階微分或差分方程組）作為數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)建模分析、設(shè)計(jì)乃至控制的手段，適應(yīng)于多變量、非線性、時(shí)變系統(tǒng)41 3、大系統(tǒng)控制理論階段 20世紀(jì)70年代開始，出現(xiàn)了一些新的控制方法和理論。如（1）現(xiàn)代頻域方法，該方法以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型，研究線性定常多變量系統(tǒng)；（2）自適應(yīng)控制理

20、論和方法，該方法以系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ)，處理被控對象不確定和緩變時(shí)，在實(shí)時(shí)辨識(shí)基礎(chǔ)上在線確定最優(yōu)控制規(guī)律；（3）魯棒控制方法，該方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不變的魯棒控制器，以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性；（4）預(yù)測控制方法，該方法為一種計(jì)算機(jī)控制算法，在預(yù)測模型的基礎(chǔ)上采用滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正，可以處理多變量系統(tǒng)。42 大系統(tǒng)理論是過程控制與信息處理相結(jié)合的綜合自動(dòng)化理論基礎(chǔ)，是動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)工程理論，具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。 大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段。43 4、智能控制階段 智能控制的指導(dǎo)思

21、想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜的控制問題。被控對象的復(fù)雜性體現(xiàn)為:模型的不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，動(dòng)態(tài)突變，多時(shí)間標(biāo)度，復(fù)雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，以及嚴(yán)格的特性指標(biāo)等。而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí)。 試圖用傳統(tǒng)的控制理論和方法去解決復(fù)雜的對象，復(fù)雜的環(huán)境和復(fù)雜的任務(wù)是不可能的。 智能控制的方法包括模糊控制，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制，專家控制等方法。44開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，但不能自開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，但不能自動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)對輸出量的影響。當(dāng)系統(tǒng)擾動(dòng)量產(chǎn)動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)對輸出量的影響。當(dāng)系統(tǒng)擾動(dòng)量產(chǎn)生的偏差

22、可以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償或影響不大時(shí)，采生的偏差可以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償或影響不大時(shí)，采用開環(huán)控制是有利的。當(dāng)擾動(dòng)量無法預(yù)計(jì)或控用開環(huán)控制是有利的。當(dāng)擾動(dòng)量無法預(yù)計(jì)或控制系統(tǒng)的精度達(dá)不到預(yù)期要求時(shí)，則應(yīng)采用閉制系統(tǒng)的精度達(dá)不到預(yù)期要求時(shí)，則應(yīng)采用閉環(huán)控制。環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，它能依靠反饋環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，它能依靠反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以克服擾動(dòng)對系統(tǒng)的影響。節(jié)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以克服擾動(dòng)對系統(tǒng)的影響。閉環(huán)控制極大地提高了系統(tǒng)的精度。但是閉環(huán)閉環(huán)控制極大地提高了系統(tǒng)的精度。但是閉環(huán)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，需要重視并加以解決。使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，需要重視并加以解決。45自動(dòng)控制專業(yè)碩士研究方向及研究內(nèi)容舉例 1，控制理論與控制工程 研究包括 超大規(guī)模生產(chǎn)線，高度集成化生產(chǎn)線等 2，檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置 監(jiān)測參數(shù)，人不能直接參與的各種參變量測量 3，系統(tǒng)工程（數(shù)學(xué)要求較高 港口集裝箱與船只利用最大 化，最優(yōu)化問題，廣泛用于各