自动控制原理 第1章 绪论

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1、1教材与主要参考书1.教材:胡寿松．自动控制原理．第5版.北京：科学出版社，20072.FaridGolnaraghi•BenjaminC.Kuo．AutomaticControlSystems,Wiley,20093.刘慧英,卢京潮．自动控制原理(第四版)导教.导学.导考．西安：西北工业大学出版社，2003.114.Richardc.DorfRobertH.Bishop,ModernControlSystems,12thEdition,2011胡寿松1937年生于南京，1960年毕业于北京航空航天大学自动制系，长期致力于控制理论与应用的研究和教学，现

2、任南京航空航天大学教授、博士生导师。近年来，主持国家自然科学基金项目6项，省部级科研项目8项，发表论文200余篇；自1961年起一直担任“自动控制原理”课程主讲，该课程被评为“2003年国家精品课程”，1980年起先后主讲“现代控制理论”、“最优控制理论”等8门本科及研究生课程；出版《自动控制原理》、《自动控制原理简明教程》、《最优控制理论与系统》等教材、专著与译著22部，教学软件《自动控制原理电子版》2套。曾获国家教学成果奖3项，全国高等学校优秀教材奖1项，省部级教学成果奖、优秀教材奖、科技进步奖等6项；2003年荣获首届国家级教学名师奖。234第1

3、章自动控制的基本概念1.0自动控制发展简史1.1自动控制系统1.2自动控制系统的类型1.3对自动控制系统性能的基本要求1.4本课程的主要内容及其相互关系51.0自动控制发展简史中国古代自动化方面的成就：公元前14世纪至前11世纪，中国、埃及和巴比伦出现自动计时漏壶；公元130年，张衡发明水运浑象，132年研制出自动测量地震的候风地动仪；公元235年，马钧研制出用齿轮传动自动指示方向的指南车，类似按扰动补偿的自控系统；6水运浑象仪：制作:张衡时间:东汉　　用途:用于演示浑天说思想的天文仪器。水运浑象仪用精铜铸成，主体是一个球体模型，代表天球。球体可以绕天

4、轴转动。天球的表面画有二十八宿和各种恒星，还有赤道圈、黄道圈及二十四节气等。天球外面有两个圆环，一个是地平圈，一个是子午圈。天轴支架在子午圈上，和地平斜交成36度，就是说北极高出地平36度，这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。天球半露于地平圈之上，半隐于地平圈之下。这些设计与浑天说理论是完全一致的。张衡又利用当时已得到发展的机械方面的技术，巧妙地把计量时间用的漏壶与浑象仪联系起来，即以漏水为原动力，并利用漏壶的等时性，通过齿轮系的传动，使浑象仪每日均匀地绕轴旋转一周。这样，浑象仪就能自动地、近似正确地把天象演示出来，并使浑象仪上的天象出没与

5、实际天象相吻合，几可达到逼真的程度。水运浑象仪是世界上有明确记载的第一台用水力发动的天文仪器。通过它的演示，形象地表达了浑天说思想，从而使浑天说宇宙论得以传播和推广，并得到了社会的广泛承认。7中国古代自动化方面的辉煌成就：公元725年，一行、梁令瓒发明有自动报时机构的水运浑象，其中使用了一个天衡装置，是一个按被调量偏差调节的自动调节器；公元1086-1092年，苏颂和韩公廉建造具有“天衡”自动调节和自动报时机构的水运仪象台；公元l135年，宋代王普记述“莲华漏”上使用浮子—阀门式机构自动调节漏壶的水位；公元1637年，明代的《天工开物》一书中记载有程序

6、控制思想的提花织机结构图。8世界上公认的第一个自动控制系统1769年瓦特发明蒸汽机9飞球调节器世界上公认的第一个自动控制系统1788年瓦特发明飞球调节器，进一步推动蒸汽机的应用，促进了工业的发展。推动了社会进步是飞球调节器公认为第一个自动控制系统的最主要原因！10没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡。其它自动控制系统也有类似现象。由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。11自动控制理论的开端1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出：不应单独研究飞

7、球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，从而分析实际系统是否会出现不稳定现象。这样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分方程的特征根的实部的正、负号问题。麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端。12经典控制理论的孕育1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。二战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。13经典控制理论的形成●1948年

8、，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。维纳成为控制论的创始人！●维