課件其他-自動控制理論

先修課程在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)具有高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)（線性代數(shù)），電機學(xué)和電工原理等課程的相關(guān)知識和能力。參考自動控制理論自動控制原理自控原理題型解析及模擬題鈐主編

輕工業(yè)學(xué)院主編

科學(xué)編西北工大第一章

緒論第一節(jié)

概述第二節(jié)基本控制方式第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語

第四節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類第五節(jié)自動控制理論概要一、自動控制的概念二、自動控制理論的發(fā)展史

三、本課程主要內(nèi)容返回§1-1

概述自動控制是指在無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))自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。一.自動控制的概念返回二.自動控制理論的發(fā)展史經(jīng)歷了三個階段：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、大系統(tǒng)控制理論(一)經(jīng)典控制理論（第一階段）1765年英國Wate發(fā)明蒸汽機1788年Wate利用反饋原理發(fā)明蒸汽機用的離心飛錘調(diào)速器。1868年

J.C.Maxwell

“On

ernors”(關(guān)于調(diào)速器)，運行的穩(wěn)定性。1877年，1895年，E.J.Routh和Hurwitz先后提出判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)方法。1892年在《論運動穩(wěn)定性的一般問題》中建立了動力學(xué)系統(tǒng)的一般穩(wěn)定性理論。1932年Nyquist提出了根據(jù)頻率響應(yīng)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則。1945年

Bode在《網(wǎng)絡(luò)分析和反饋放大器設(shè)計》中提出頻率響應(yīng)分析法－Bode圖。1948年

W.R.Evans提出根軌跡法至此，經(jīng)典控制理論成熟。包括：時域分析法,頻率特性法、根軌跡法等。(二)現(xiàn)代控制理論（第二階段）1960年

美

R.E.Kalman成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，提出能控、能觀新概念。1961年

龐 金證明了最優(yōu)控制中的極大值原理。1965年R.Bellman提出了尋求最優(yōu)控制的動態(tài)規(guī)劃方法。(三)、大系統(tǒng)理論和智能控制論（第三階段）1970年以后大系統(tǒng)理論是指規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變量眾多的信息與控制系統(tǒng)，交通、生物工程、社會經(jīng)濟和空間技術(shù)等復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制論是具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)，如智能機器人、無人駕駛飛機。返回三.本課程主要內(nèi)容系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立時域分析法頻域分析法根軌跡法控制系統(tǒng)校正離散控制系統(tǒng)非線性系統(tǒng)現(xiàn)代控制理論初步返回一、開環(huán)控制二、閉環(huán)控制

三、復(fù)合控制四、自動控制系統(tǒng)舉例返回§1-2

基本控制方式1、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。2、例子：直流電

轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)一、開環(huán)控制原理方框圖控制器(放大器)被控對象(直流電機)擾動量ur(t)輸入量輸出量

n(t)(被控制量)ua直流電轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)3.開環(huán)控制系統(tǒng)的特點返回優(yōu)點：線路簡單、成本低、工作穩(wěn)定。缺點：控制精度低。按擾動補償?shù)拈_環(huán)控制控制器被控對象擾動量輸入輸出補償器+u前饋控制器定義如果系統(tǒng)的輸出量參與對系統(tǒng)的控制，則稱為閉環(huán)控制。例子：直流電

轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)二、閉環(huán)控制返回3.閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點負(fù)反饋控制原理：將系統(tǒng)輸出量引回輸入端，與輸入量相比較，利用所得偏差進(jìn)行控制，使偏差減小或消除。優(yōu)點：具有較強的能力，控制精度高。

缺點：系統(tǒng)參數(shù)配合不當(dāng)時，容易產(chǎn)生振蕩甚至不穩(wěn)定，使系統(tǒng)無法工作。1、構(gòu)成：將開環(huán)控制和閉環(huán)控制結(jié)合起來。2、特點：兼有開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點，控制精度高，控制作用快，但結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。返回三、復(fù)合控制四、自動控制系統(tǒng)舉例恒溫箱自動控制系統(tǒng)一、自動控制系統(tǒng)的組成二、控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語返回§1-3

自動控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語一、自動控制系統(tǒng)的組成執(zhí)行元件校正放大調(diào)節(jié)元件比較元件測量元件控制器由控制器與被控對象組成,控制器是系統(tǒng)中對被控對象起控制作用的各部分的總稱。被控對象自控系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)方框圖返回給定量(輸入量)：系統(tǒng)輸出量的要求值。被控量(輸出量)：被控系統(tǒng)所控制的物理量。反饋量：與輸出成正比或成某種函數(shù)關(guān)系,與給定量有相同量綱和數(shù)量級的信號。偏差量：給定量與主反饋量之差?？刂屏浚鹤饔糜诒豢貙ο蟮男盘?。擾動量：對系統(tǒng)輸出量有不利影響的輸入量。被控對象：被控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程

。返回二、控制系統(tǒng)中的常用術(shù)語一、按給定信號分類:1、恒值控制系統(tǒng)：輸入為常數(shù)，系統(tǒng)能排除擾動影響，使輸出保持恒定不變。2、隨動控制系統(tǒng)：輸入是時間的未知函數(shù)，要求輸出跟隨輸入信號變化。3、程序控制系統(tǒng)：輸入量是時間的已知函數(shù)，要求輸出以一定精度跟隨輸入信號變化。返回§1-4

自動控制系統(tǒng)的分類二、按數(shù)學(xué)描述分類:1、線性系統(tǒng)：用線性方程描述的系統(tǒng)。性質(zhì)：1）組成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件；2）具有齊次性和疊加性。2、非線性系統(tǒng)：用非線性方程描述的系統(tǒng)。性質(zhì)：1）系統(tǒng)中只要有一個非線性元件就是非線性系統(tǒng)。2）不滿足疊加原理。三、按時間信號的性質(zhì)分類連續(xù)時間系統(tǒng)：系統(tǒng)中所有信號都是連續(xù)函數(shù)形成的模擬量。離散時間系統(tǒng)：系統(tǒng)中的信號至少有一處是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞。四.按系統(tǒng)輸入輸出信號的數(shù)量分類單輸入單輸出系統(tǒng)：輸入、輸出各為一個。多輸入多輸出系統(tǒng)：有兩個或兩個以上的輸入量或輸出量的系統(tǒng)。一.對控制系統(tǒng)的基本要求二.自動控制系統(tǒng)的設(shè)計原則§1-5

自動