自動(dòng)控制技術(shù)

1、自動(dòng)控制原理 自動(dòng)控制原理是自動(dòng)控制學(xué)科的基礎(chǔ)理論。是討論與研究控制系統(tǒng)一般規(guī)律的課程。 在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出合理的自動(dòng)控制系統(tǒng)，滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和各種工程上的需要。自動(dòng)控制原理 1.1 引 言自動(dòng)控制自動(dòng)控制：就是在沒有人的直接參與的情況下，利用自動(dòng)控制裝置使整個(gè)生產(chǎn)過程或工作機(jī)械自動(dòng)地按預(yù)先規(guī)定的規(guī)律運(yùn)行或使它的某些參數(shù)按預(yù)先規(guī)定的要求變化1.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制 開環(huán)控制例1、運(yùn)動(dòng)過程2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)3、缺點(diǎn)4、優(yōu)點(diǎn) 電 位 器 V+ 功率 放大器 電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 開環(huán)控制 開環(huán)控制特點(diǎn)開環(huán)控制特點(diǎn)：控制量與輸出量之間僅有前向通路，而沒有反饋通路。缺點(diǎn)：精度低，不能自動(dòng)跟蹤控制目

2、標(biāo)要求。由于開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題，因此應(yīng)用于許多控制設(shè)備中。 閉環(huán)控制：閉環(huán)控制特點(diǎn)：控制量與輸出量之間既有前向通路，又有反饋通路。課程研究重點(diǎn)。如溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，檢測(cè)輸出溫度，產(chǎn)生控制信號(hào)，調(diào)節(jié)輸出溫度為要求值；雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)得到飛機(jī)的位置信號(hào)，控制雷達(dá)的方位角和俯仰角以跟蹤飛機(jī)的飛行。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 閉環(huán)控制1、運(yùn)動(dòng)過程2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)3、優(yōu)點(diǎn) 電 位 器 V+ 功率 放大器 電動(dòng)機(jī) 負(fù)載 測(cè)速發(fā)電機(jī) 1.3 自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng) 一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成1、控制系統(tǒng)的組成 2、控制系統(tǒng)常用術(shù)語(yǔ) 反饋量 控制器Gc 輸入量 + - 受控對(duì)象G

3、o 反饋環(huán)節(jié)H 輸出量 u r c 控制量 偏差 n 擾動(dòng)量 b 二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1、恒值控制系統(tǒng)與隨動(dòng)控制系統(tǒng) 根據(jù)跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特性分類。2、線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)性質(zhì)的不同來分類。 。系統(tǒng)輸入u1(t)，輸出產(chǎn)生y1(t) ，輸入u2(t)，產(chǎn)生y2(t) ，則系統(tǒng)輸入 ，輸出為。)()(21tbutau)()(21tbytay3、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同方式來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分類。 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) u(t) t 0 u(nT) t 0 T 2T nT A/D - + 給定值 數(shù)字控制器 輸出 執(zhí)行器 D/A 數(shù)字計(jì)算機(jī) 受控對(duì)

4、象 傳感器 4、單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)根據(jù)控制對(duì)象端口信號(hào)數(shù)量來分類。 SISO系統(tǒng)MIMO系統(tǒng)其他的分類方法，如集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)、確定性系統(tǒng)與隨機(jī)控制系統(tǒng)等。 系 統(tǒng) u y 系 統(tǒng) um yr u2 y2 u1 y1 三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求響應(yīng)動(dòng)作要快響應(yīng)動(dòng)作要快動(dòng)態(tài)過程平穩(wěn)動(dòng)態(tài)過程平穩(wěn)跟蹤值要準(zhǔn)確跟蹤值要準(zhǔn)確 c(t) t 給定值 響應(yīng)緩慢 響應(yīng)快速 變化劇烈 t c(t) 響應(yīng)平穩(wěn) t 跟蹤誤差 c(t) 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（1）系統(tǒng)分析 了解系統(tǒng)的工作原理，分析系統(tǒng)的性能。 （2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)尋找一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求性能的自動(dòng)控制

5、系統(tǒng)。 （3）實(shí)驗(yàn)仿真利用計(jì)算機(jī)或者實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試分析。（4）控制實(shí)現(xiàn)樣機(jī)制作，實(shí)驗(yàn)調(diào)試，滿足設(shè)計(jì)要求。 1.3 自動(dòng)控制理論的發(fā)展 一、經(jīng)典控制理論發(fā)展階段早期：樸素的控制思想應(yīng)用。我國(guó)古代的弓箭：蒸汽機(jī)的速度控制：（200多年前） 尾 羽 空氣阻力 箭蔟 飛行方向 壓力蒸汽 受控蒸汽 給定值 蒸汽閥 慣性球 第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期開始：經(jīng)典控制理論逐漸發(fā)展成熟而形成為獨(dú)立學(xué)科。頻率分析法和根軌跡分析法，構(gòu)成了經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)。在此期間，也產(chǎn)生了一些非線性系統(tǒng)的分析方法，如相平面法和描述函數(shù)法等，以及采樣系統(tǒng)的分析方法。數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)工具：主要是線性微分方程和基于拉普拉斯變換的傳遞函數(shù)。研究對(duì)象研究對(duì)象：基本是單輸入單輸出系統(tǒng)。典型成果典型成果：雷達(dá)高炮跟蹤系統(tǒng)，軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)，液壓伺服系統(tǒng)等。二、現(xiàn)代控制理論發(fā)展階段50年代70年代，空間技術(shù)與軍事技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代控制理論得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)工具：主要是狀態(tài)空間法研究對(duì)象研究對(duì)象：研究對(duì)象更為廣泛。如線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)、定常系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)、多輸入多輸出系統(tǒng)、變量耦合系統(tǒng)等。典型成果典型成果：空間技術(shù)、軍事技術(shù)、多方面的工業(yè)技術(shù)我國(guó)：火箭發(fā)射控制技術(shù) ，人口模型與中國(guó)人口控制 三、人工智能理論研究階段70年代至今，基于人腦的思維、學(xué)習(xí)、推理、決策功能研究與發(fā)展的，是當(dāng)前控制