自控第一章绪 论

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1、《自动控制基础》杨晨阳逸夫馆31882317213cyyang@vip.sina.com19第一章绪论§1.1引言18世纪前：漏壶、指南车、钟表控制l第一篇自控论文“论调节器”,J.G.Maxwell,1868（第一次工业革命：调速器-蒸汽机-负荷系统）1788，英，瓦特调速器，第一次工程应用1868，英，物，Maxwell；1877，英，数，Routh稳定判据；191895，德，数，Hurwith稳定判据→稳定、精度；1892，俄，数，李雅普诺夫；l古典控制理论1927，反馈概念，美，BellLab的Black(电子管放大器的失真问题)；1925，英

2、，电，亥维赛，£引入求电网络的传递函数；1932，英，电，Nyquist，频率响应法；1945，Bode；1948，英，电，根轨迹法；1945，战后出版禁令撤销，经典控制著作：45，维纳反馈→一切控制系统，48，《控制论》；1951，齐普金，脉冲系统的分析设计；1952，美，哥伦比亚，拉加齐尼，采样系统的分析和设计；19缺陷:（1）只能用试探法设计系统，非最佳（根据经验设计-分析系统-重新设计直至满意）（2）只适于线性定常，单变量系统l现代控制理论（50年代）分支：自适应控制、非线性、时变系统、分布参数、大系统、随机控制、分散控制、智能控制、混沌控制，

3、……用于工控时的缺陷：（1）工业对象难以得到准确的数学模型；19（2）性能指标难以用明显的数字形式表示；（3）设计的控制器]往往过于复杂，甚至不可实现——70年代Rosenbrock单变量频域法→多变量频域法→传统法70年代末，鲁棒性，解决参数不确定性系统的设计问题。多变量鲁棒性理论分析设计是近十年来最重要的进展之一。§1.2控制系统的一般概念一．人工控制系统与自动控制系统19人工控制系统原理：要求：调节变阻器使电压U保持给定值U0人手→执行电动机（+减速传动机构）人眼、脑→求偏差电压的电路可见：仅使某些物理量变化并不难，困难在于要求这些量的变化符合指

4、定的规律。控制质量差：对被控量的偏差反应过于敏感或迟钝。19人工：控制质量的优劣与操作工人的经验、技巧有关。自动：控制质量的优劣取决于控制系统的设计水平。自动控制系统原理框图：二．开环控制与闭环控制1.开环控制干扰/参数变化→c(t)变化，无法自动补偿→控制精度差19适于参数恒定、干扰小、精度要求不高的场合2闭环控制干扰/参数变化→误差信号→自动纠正偏差→控制精度高→强干扰下，被控量可能有较大波动三、自动控制系统举例分析自控系统时，首先需明确以下问题：（宏观分析、定性分析—建立系统的概念，是物理、数学建模的基础）1.受控对象是什么？2.被控量什么？（哪

5、些状态参量要求控制）193.作用在对象上的干扰有哪些？4.依靠操纵哪个机构来改变被控量？5.有哪些测量元件？6.给定值由哪些装置提供？7.如何实现各信号的综合计算及判断偏差？8.控制作用通过什么部件去执行（包括4）？例（定性分析）烘烤炉温度控制系统19l控制的任务：保持炉温T恒定炉温工作数量环境温度煤气流量l定性分析191.受控对象—烘炉2.被控量—炉温T3.干扰—工件、环温4.依靠调节煤气管道上的阀门改变炉温5.测量元件—热电偶（T→μT）6.给定值—给定电位计的输出电压μr═所要求的炉温经热电偶转化后的电压7.计算偏差—μr与μT两电压反接，即完成

6、了减法运算。输出电压△μ＝μr－μT，相当于炉温与给定温度的偏差量8.执行机构─电动机及传动装置19·总输入─给定指令＋外部干扰·输出─被控温度·除烘炉与供气装置，统称为温度控制装置或温度调节器·控制装置＋受控对象＝自控系统19§1.3对控制系统的性能要求一．控制系统的动态特性控制的目标：使被控量按指定的规律变化实现这一目标的困难：扰动＋控制系统本身的惰性系统受到外加信号（给定值或干扰）作用之后，被控量随时间变化并趋于一定规律的全过程称系统的动态特性。二．动态过程中基本问题1.稳（稳定＋平稳）l稳定：系统重新恢复平衡工作状态的能力（1）当给定值变化r(

7、t)—图（a）或受到干扰n(t)—图（b）时不能恢复原状→不稳定19（1）当r(t)变化，c(t)在r(t)周围作等幅振荡—图（c）→临界稳定不稳定（2）当r(t)变化，c(t)→r(t)（d）时→稳定系统l平稳：当系统稳定时，要求c(t)的振荡小—对其振幅和频率有所限制2.快指动态过程持续时间的长短。过程持续时间长，将使系统长久地出现大偏差，系统的响应迟钝，难以复现快速变化的参考信号，如下图中的曲线②、③。稳与快反映了系统在控制过程中的瞬态性能。3.准19指系统过渡到新的平衡状态后最终保持的精度，反映了动态过程后期的性能。l受控对象的具体情况不同，各

8、种系统对稳、快、准的要求有侧重。l对同一个系统，稳快准是相互制约的，稳定将是构成系统的前提。§