控制工程基礎(chǔ)課程簡(jiǎn)介詳解

1、控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)明教程 胡壽松 科學(xué)出版社自動(dòng)控制原理習(xí)題解析 胡壽松 科學(xué)出版社控制工程基礎(chǔ) 董景新 清華大學(xué)出版社自動(dòng)控制原理 胡壽松 國(guó)防工業(yè)出版社自動(dòng)控制原理 李有善 國(guó)防工業(yè)出版社自動(dòng)控制原理 吳 麒 清華大學(xué)出版社機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 楊叔子 華中科技大學(xué)出版社現(xiàn)代控制工程 緒方勝?gòu)?科學(xué)出版社控制工程基礎(chǔ) 王積偉 高等教育出版社計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)何克忠 清華大學(xué)出版社參考書(shū)目“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介課程內(nèi)容 課堂講授部分（56學(xué)時(shí)）控制系統(tǒng)導(dǎo)論 控

2、制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法 線性系統(tǒng)的根軌跡法線性系統(tǒng)的頻域分析法 線性系統(tǒng)的校正方法線性離散系統(tǒng)的分析非線性控制系統(tǒng)分析（不講）線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合( (不講不講) )控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)部分（10學(xué)時(shí)） 實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真 實(shí)驗(yàn)二 線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng) 實(shí)驗(yàn)三 典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量 實(shí)驗(yàn)四 線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正 控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo) 要求學(xué)生初步掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念與原要求學(xué)生初步掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念與原理。理。 掌握經(jīng)典控制理論中主要的系統(tǒng)分析方法。掌握經(jīng)典控

3、制理論中主要的系統(tǒng)分析方法。 掌握系統(tǒng)常用校正與設(shè)計(jì)方法，了解其應(yīng)用。掌握系統(tǒng)常用校正與設(shè)計(jì)方法，了解其應(yīng)用。 通過(guò)對(duì)自動(dòng)控制基本理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生不通過(guò)對(duì)自動(dòng)控制基本理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生不僅加深對(duì)控制問(wèn)題本身的理解，而且了解到目前僅加深對(duì)控制問(wèn)題本身的理解，而且了解到目前所學(xué)內(nèi)容的某些應(yīng)用方面，為今后的研究與技術(shù)所學(xué)內(nèi)容的某些應(yīng)用方面，為今后的研究與技術(shù)工作奠定良好的理論基礎(chǔ)。工作奠定良好的理論基礎(chǔ)?？刂乒こ袒A(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介與其它課程的聯(lián)系 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、與積分變

4、換、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、力學(xué)、機(jī)械原理等。力學(xué)、機(jī)械原理等。 后續(xù)課程后續(xù)課程：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)等。等。 后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)：生產(chǎn)實(shí)習(xí)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)或：生產(chǎn)實(shí)習(xí)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)或?qū)嵱?xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。 控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介課程要求 按時(shí)上課按時(shí)上課 認(rèn)真聽(tīng)講，遵守課堂紀(jì)律認(rèn)真聽(tīng)講，遵守課堂紀(jì)律 按時(shí)、獨(dú)立完成作業(yè)按時(shí)、獨(dú)立完成作業(yè) 遇到問(wèn)題及時(shí)解決遇到問(wèn)題及時(shí)解決 多看參考書(shū)，多方面理解課程內(nèi)容多看參考書(shū)，多方面理解課程內(nèi)容 勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 注意理論學(xué)

5、習(xí)和實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系注意理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系 應(yīng)用應(yīng)用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計(jì)進(jìn)行控制系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計(jì)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介考核方式 平時(shí)考勤和作業(yè)上交、完成情況平時(shí)考勤和作業(yè)上交、完成情況20 （無(wú)（無(wú)故缺課達(dá)到總課時(shí)的三分之一者取消考試故缺課達(dá)到總課時(shí)的三分之一者取消考試資格）資格） 實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)20% 期末考試成績(jī)期末考試成績(jī)60控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介自動(dòng)控制技術(shù)與人類進(jìn)步Automatic Control & Human Civilization自動(dòng)控制是人類在認(rèn)識(shí)世界和發(fā)明創(chuàng)新的過(guò)自動(dòng)控制是人類在認(rèn)

6、識(shí)世界和發(fā)明創(chuàng)新的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一門重要的科學(xué)技術(shù)。依靠程中發(fā)展起來(lái)的一門重要的科學(xué)技術(shù)。依靠它，人類可以從笨重，重復(fù)性的勞動(dòng)中解放它，人類可以從笨重，重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來(lái)，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動(dòng)化技術(shù)出來(lái)，從事更富創(chuàng)造性的工作。自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)代發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，最引人矚目的是當(dāng)代發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，最引人矚目的高技術(shù)之一，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)高技術(shù)之一，是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。自動(dòng)化也即現(xiàn)代化。業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。自動(dòng)化也即現(xiàn)代化?？刂乒こ袒A(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介I.前期控制(Early ControlEarly Control)(1400B

7、.C. - 1900)(0) 中國(guó)，埃及和巴比倫出現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺(1400B.C. 1100B.C.)。(1) 秦昭王時(shí)，李冰主持修筑都江堰體現(xiàn)的系統(tǒng)觀念和實(shí)踐(300B.C.)西漢漏壺控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(3) 中國(guó)張衡發(fā)明水運(yùn)渾象，研制出自動(dòng)測(cè)量地震的候風(fēng)地動(dòng)儀(132年)(2) 亞歷山大的希羅發(fā)明開(kāi)閉廟門和分發(fā)圣水等自動(dòng)裝置(100年)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(4) 中國(guó)研制出用齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)指示方向的指南車(235年)(5) 中國(guó)明代宋應(yīng)星所著天工開(kāi)物記載有程序控制思想(CNC)的提花織機(jī)結(jié)構(gòu)圖(1637年)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“

8、控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(6) 英國(guó)J. Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的速度(1788年)(7) 英國(guó)J. C. Maxwell發(fā)表“論調(diào)速器論調(diào)速器”(On Governors)論文(1868年)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(8) 英國(guó)E.J. Routh建立Routh判據(jù)判據(jù)(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年)(9) 俄國(guó)A.M. Lyapunov博士論文“論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般問(wèn)題” (1892年)(10) 英國(guó)J. M. Gray設(shè)計(jì)出第一艘全自動(dòng)蒸汽輪船“東方”號(hào)(Great Eastern)(1866年)控制工程基礎(chǔ)控

9、制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(11)由徐壽設(shè)計(jì)的中國(guó)第一艘蒸汽輪船“黃鵠”號(hào)(L20m, 25T, 10km/hr)在安慶內(nèi)軍械所下水(1866)。次年，中國(guó)第一艘木質(zhì)明輪蒸汽艦船“恬古”號(hào)在江南造船廠下水。操江號(hào)(62mx10m), 392匹馬力，600T排水，備炮9門控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介II.經(jīng)典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935)(1) 美國(guó)福特(Ford Motor)汽車公司建成最早的汽車裝配流水線(1913)(2) 美國(guó)N. Minorsky研制出用于船舶駕駛的伺服結(jié)構(gòu)，提出PID控制控制方法(1922)

10、(3) 美國(guó)MIT的Vannevar Bush研制成第一臺(tái)大型模擬計(jì)算機(jī)(Differential Analyzer)(1928)V. Bush控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(4) 美國(guó)H.S. Black提出放大器性能的負(fù)反饋方法(Negative Feedback Amplifier) (1927)H. S. Black控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(5) 自動(dòng)控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制?？刂普摰牡旎丝刂普摰牡旎薔.Wiener 給出的定義為：“Feedback is a method of controlling a system by insertin

11、g into it the result of its past performance” 控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(6) 美國(guó)E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，氣壓反饋控制器(1929)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介III. 經(jīng)典控制(Classical Control)(1935-1950)(1) 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的H. Bode(1938)，以及Nyquist(1940)提出頻率響應(yīng)法(2) 美國(guó)Taylor儀器公司的J. G. Ziegler和N. B. Nichols提出PID參數(shù)的最佳調(diào)整法(1942)(3)

12、 美國(guó)MIT的N. Wiener研究隨機(jī)過(guò)程的預(yù)測(cè)(1942)，提出Wiener濾波理論(1942)，發(fā)表控制論(Cybernetics)一書(shū)(1948)，標(biāo)志著控制論學(xué)科的誕生。N.B. NicholsN. Wiener控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(4) 美國(guó)的H. Hazen發(fā)表“關(guān)于伺服結(jié)構(gòu)理論”(Theory of Servome-chanism) (1934)，并在MIT建立伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(Servomechanism Laboratory) (1939)H. Hazen控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(5) 英國(guó)A. M. Turine提出圖靈計(jì)

13、算機(jī)的設(shè)想(1937)(6) 在貝爾實(shí)驗(yàn)室Bode領(lǐng)導(dǎo)的火炮控制系統(tǒng)研究小組工作的C. Shannon提出繼電器邏輯自動(dòng)化理論(1938)，隨后，發(fā)表專著通信的數(shù)字理論(The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息論的基礎(chǔ)(1948)C. E. Shannon控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(7) MIT Radiation Laboratory在研究SCR-584雷達(dá)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，創(chuàng)立了Nichols Chart Design Method，R. S. Philips的工作On Noise in Servomechanis

14、ms，以及Hurwicz (1947)的數(shù)字控制系統(tǒng)(Sampled Data System)(8) 美國(guó)W. Evans提出根軌跡法(Root Locus Method) (1948)，以單輸入線性系統(tǒng)為對(duì)象的經(jīng)典控制研究工作完成。(9) 多本有關(guān)經(jīng)典控制的經(jīng)典名著相繼出版，包括Ed. S. Smith的Automatic Control Engineering (1942)，H. Bode的Network Analysis and Feedback Amplifier(1945)，L.A. MacColl的Fundamental Theory of Servomechanisms (194

15、5)，以及錢學(xué)森錢學(xué)森的工程控制論(Engineering Cybernetics) (1954)Lan J. Chu控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介. 現(xiàn)代控制(Modern Control) (1950- )二次世界大戰(zhàn)中火炮，二次世界大戰(zhàn)中火炮，雷達(dá)雷達(dá)，飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研，飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。五十年代后興起的現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈(發(fā)射，操縱，指導(dǎo)發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤及跟蹤)，衛(wèi)星衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)

16、技術(shù)的出，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)(英國(guó)科學(xué)家英國(guó)科學(xué)家A.J.G. MacFarlane)?？刂乒こ袒A(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(2) 美國(guó)R. Bellman在RAND Coporation數(shù)學(xué)部的支持下，發(fā)表著名的Dynamic Programming，建立最優(yōu)控制的基礎(chǔ)(1957)(3) 國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)成立(1957)，中國(guó)為發(fā)起國(guó)之一，第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議于莫斯科召開(kāi)(1960)(1) 蘇聯(lián)L.S. Pontryagin發(fā)表“最優(yōu)過(guò)程數(shù)學(xué)理論”，提出極大值原理(Maximum Principle)(1956)L.S. Pontryagin控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“

17、控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(4) 美國(guó)MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一臺(tái)數(shù)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床控機(jī)床(1952)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(5) 世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space 1957. Laika. Sputnik 2控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the fi

18、rst man-made satellite. Photos of the launch were not initially released. This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film. K.S. Pavlovitch(1906-1966), Russian spacecraft designer and header of the Vostok and Voskhod projects. 控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(6) 美國(guó)George Devol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣

19、機(jī)(1954)，兩年后，被稱為機(jī)器人之父的Joseph Engelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器人公司，Unimation(7) 美籍匈牙利人R. E. Kalman發(fā)表“On the General Theory of Control Systems”等論文，引入狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法分析系統(tǒng)，提出能控性，能觀測(cè)性，最佳調(diào)節(jié)器和kalman 濾波等概念，奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)(1960)R.E. Kalman控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(8) 蘇聯(lián)東方-號(hào)飛船載著加加林進(jìn)入人造地球衛(wèi)星軌道，人類宇航時(shí)代開(kāi)始了(1961)1961, at the age of 27, Gag

20、arin left the earth. It was April the 12th, 9.07 Moscow time (launch-site, Baikonur). 108 minutes later, he was back . The period of orbital revolution was 89:34 minutes (this figure was calculated by electronic computers). The missions maximum flight altitude was 327 000 meters. The maximum speed r

21、eached was 28 260 kilometers per hour. 宇宙哥倫布-加加林A stamp issued by Russia to memorize Y. GagarinCapsule used in first manned orbit of earth In 1961, the first human to pilot a spacecraft, Yuri Gagarin, was launched by the Soviet Union aboard Vostok I.控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(9) 1963年, 美國(guó)的Lofti Zadeh與

22、C. Desoer發(fā)表Linear Systems - A State Space Approach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(10) 美國(guó)的E.I. Jury 發(fā)表“數(shù)字控制系統(tǒng)” (Sampled-Data Control System) ，建立了數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)(1958) C. Desoer控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(11) 蘇聯(lián)發(fā)射“月球”9號(hào)探測(cè)器，首次在月面軟著陸成功(1966)，三年后(1969)，美國(guó)“阿波羅”11號(hào)把宇航員N. A. Armstrong送上月球。N.A. Armstrong控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控

23、制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(12) 瑞典Karl J. Astrom提出最小二乘辯識(shí)，解決了線性定常系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)問(wèn)題和定階方法(1967)，六年后，提出了自啟調(diào)節(jié)器，建立自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。Astrom于1993年獲得IEEE Medal of Honor。K. J. Astrom(13) 英國(guó)H.H Rosenbrock 發(fā)表State Space and Multivariable Theory(1970)。加拿大W.M Wonham 發(fā)表Linear Multivariable Control: A Geometric Approach(1974) 。W.M Wonham 控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(14) 美國(guó)的M. E. Merchant提出計(jì)算機(jī)集成制造的概念(1969)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(15) 美國(guó)ARPA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初步建成(1971)(16) 日本Fanuc公司研制出由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(1976)控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)“控制工程基礎(chǔ)”課程簡(jiǎn)介(17) 美國(guó)R. Brockett提出用微分幾何研究非線性控制系統(tǒng)(1976)，意大利A. Isidori出版(Nonlinear Control Systems)