《自動(dòng)控制概論》課件

自動(dòng)控制概論P(yáng)PT課件,ACLICKTOUNLIMITEDPOSSIBILITES匯報(bào)人：01添加目錄標(biāo)題03控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型02自動(dòng)控制的基本概念04控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析05控制系統(tǒng)的性能分析06控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法目錄CONTENTS添加章節(jié)標(biāo)題PART01自動(dòng)控制的基本概念PART02控制系統(tǒng)的組成傳感器：用于檢測和控制對象的狀態(tài)執(zhí)行器：用于執(zhí)行控制指令控制器：用于處理傳感器信號(hào)并生成控制指令反饋回路：用于將控制效果反饋給控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制控制系統(tǒng)的分類開環(huán)控制系統(tǒng)：沒有反饋環(huán)節(jié)，輸出只取決于輸入閉環(huán)控制系統(tǒng)：有反饋環(huán)節(jié)，輸出不僅取決于輸入，還取決于輸出線性控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系是線性的非線性控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系是非線性的連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的狀態(tài)變量和時(shí)間變量都是連續(xù)的離散控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的狀態(tài)變量和時(shí)間變量都是離散的控制系統(tǒng)的基本性能要求穩(wěn)定性：系統(tǒng)在受到干擾后能夠恢復(fù)到原來的狀態(tài)快速性：系統(tǒng)對輸入信號(hào)的反應(yīng)速度要快準(zhǔn)確性：系統(tǒng)的輸出信號(hào)與期望值之間的誤差要小魯棒性：系統(tǒng)對參數(shù)變化和外部干擾的適應(yīng)能力要強(qiáng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型PART03傳遞函數(shù)添加標(biāo)題添加標(biāo)題添加標(biāo)題添加標(biāo)題形式：輸入與輸出之間存在線性關(guān)系定義：描述系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)用：用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能等特點(diǎn)：具有時(shí)域和頻域兩種表現(xiàn)形式狀態(tài)空間表達(dá)式輸出變量：描述系統(tǒng)輸出信號(hào)的變量狀態(tài)方程：描述系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間變化的方程輸入輸出方程：描述系統(tǒng)輸入輸出變量之間的關(guān)系方程狀態(tài)空間模型：描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型狀態(tài)變量：描述系統(tǒng)狀態(tài)的變量輸入變量：描述系統(tǒng)輸入信號(hào)的變量控制系統(tǒng)模型的建立與轉(zhuǎn)換建立模型：根據(jù)系統(tǒng)特性和需求，建立數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換模型：將建立的模型轉(zhuǎn)換為便于分析和設(shè)計(jì)的形式模型轉(zhuǎn)換方法：如狀態(tài)空間法、傳遞函數(shù)法等模型轉(zhuǎn)換目的：便于分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析PART04穩(wěn)定性定義穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外部干擾后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到其原始狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一，直接影響系統(tǒng)的性能和可靠性。穩(wěn)定性可以分為內(nèi)部穩(wěn)定性和外部穩(wěn)定性，內(nèi)部穩(wěn)定性是指系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，外部穩(wěn)定性是指系統(tǒng)外部環(huán)境變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。穩(wěn)定性分析是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，通過對系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，可以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。勞斯穩(wěn)定判據(jù)添加標(biāo)題勞斯穩(wěn)定判據(jù)是自動(dòng)控制理論中用于判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的一種方法添加標(biāo)題勞斯穩(wěn)定判據(jù)基于系統(tǒng)的特征方程，通過分析特征方程的根的位置來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性添加標(biāo)題勞斯穩(wěn)定判據(jù)適用于線性定常系統(tǒng)，對于非線性系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)不適用添加標(biāo)題勞斯穩(wěn)定判據(jù)的結(jié)論是：如果系統(tǒng)的特征方程的所有根都在左半平面，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果系統(tǒng)的特征方程的根在右半平面，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)是自動(dòng)控制理論中用于判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要工具奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)基于系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，通過分析系統(tǒng)的極點(diǎn)位置來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)，對于非線性系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)不適用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：系統(tǒng)的所有極點(diǎn)都位于復(fù)平面的左半平面，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；否則，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。根軌跡法根軌跡圖可以幫助我們了解系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)定性裕度和穩(wěn)定性邊界根軌跡法是一種分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法根軌跡法通過繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性根軌跡法可以應(yīng)用于各種類型的控制系統(tǒng)，如線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的性能分析PART05時(shí)域分析法概述：時(shí)域分析法是一種通過觀察系統(tǒng)在時(shí)域中的響應(yīng)來評估系統(tǒng)性能的方法。優(yōu)點(diǎn)：直觀、易于理解，適用于線性和非線性系統(tǒng)。缺點(diǎn)：需要大量的數(shù)據(jù)，計(jì)算復(fù)雜。應(yīng)用：在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化中廣泛應(yīng)用。頻域分析法頻域分析法的定義：通過分析系統(tǒng)的頻率響應(yīng)來評估系統(tǒng)性能的方法頻域分析法的優(yōu)點(diǎn)：可以直觀地看到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性等性能指標(biāo)頻域分析法的應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、信號(hào)處理、通信等領(lǐng)域頻域分析法的局限性：對于非線性系統(tǒng)，頻域分析法可能無法準(zhǔn)確評估系統(tǒng)性能控制系統(tǒng)性能指標(biāo)穩(wěn)定性：系統(tǒng)在受到干擾后能否恢復(fù)到原來的狀態(tài)快速性：系統(tǒng)對輸入信號(hào)的響應(yīng)速度準(zhǔn)確性：系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的誤差魯棒性：系統(tǒng)對參數(shù)變化和干擾的敏感程度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法PART06根軌跡設(shè)計(jì)法根軌跡設(shè)計(jì)法是一種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。根軌跡設(shè)計(jì)法通過調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，使得系統(tǒng)的特征值位于期望的根軌跡上，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和性能優(yōu)化。根軌跡設(shè)計(jì)法廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、航空、航天等領(lǐng)域。根軌跡是描述系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)特征值的軌跡。頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法是一種基于頻率響應(yīng)特性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法頻率響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)特性頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法通過調(diào)整系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)方法：狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的優(yōu)化應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域狀態(tài)反饋：通過調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的優(yōu)化極點(diǎn)配置：通過調(diào)整系統(tǒng)極點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的優(yōu)化最優(yōu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟：建立系統(tǒng)模型、設(shè)計(jì)控制器、仿真驗(yàn)證、優(yōu)化調(diào)整應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制性能方法：采用最優(yōu)控制理論，如線性二次型最優(yōu)控制、非線性最優(yōu)控制等現(xiàn)代控制系統(tǒng)簡介PART07計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用：工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制、智能交通、智能家居等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、微型化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義：由計(jì)算機(jī)和被控對象組成的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、靈活性、可靠性智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)的定義：能夠自主學(xué)習(xí)、適應(yīng)和優(yōu)化控制的系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：自適應(yīng)性、自學(xué)習(xí)性、自組織性、自診斷性智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用：工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、智能交通、智能醫(yī)療等領(lǐng)域智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、微型化魯棒控制系統(tǒng)魯棒性：控制系統(tǒng)對不確定性和干擾的抵抗能力魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：考慮不確定性和干擾，設(shè)計(jì)出能夠穩(wěn)定運(yùn)行的控制系統(tǒng)魯棒控制理論：研究魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方