[工学]第一章绪论自动控制理论

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1、自动控制理论主讲张军沈阳航空工业学院北方科技学院9/26/20211第一章绪论第一章概论§1-1控制理论在工程中的应用发展9/26/20212第一章绪论控制理论是在产业革命的背景下，在生产和军事需求的刺激下，自动控制、电子技术、计算机科学等多种学科相互交叉发展的产物。9/26/20213第一章绪论从二十世纪以来，特别是第二次世界大战以后，自动控制和自动化科学得到了迅速的发展。工业生产的自动化，改善了劳动条件，增加了产量，提高了质量。在军事装备上，自动控制技术大大地提高了武器的威力和精度。近年来，由于计算机的广泛应用和控制理论的发展

2、，使得自动控制技术所能完成的任务更加复杂、应用的领域也越来越广泛。9/26/20214第一章绪论全球瞩目的中国载人太空船神舟5号于2003年10月15日上午顺利发射成功。从这一天起，中国成为继俄罗斯和美国之后，第三个独立成功将人类送上太空的国家。神舟6号于2005年10月12日上午9:00在酒泉卫星发射中心发射升空;9/26/20215第一章绪论北京时间2008年9月25日21点10分04秒，我国第三艘载人飞船神舟7号成功发射，三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。27日，翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服，在身着俄罗斯“海

3、鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下，进行了19分35秒的出舱活动。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。2008年9月28日傍晚时分，神舟七号飞船在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后，成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。9/26/20216第一章绪论载人宇宙飞船为确保载人安全以及为保持航天员高效率工作，需要很复杂的特设系统，例如，用于空气更新、废水处理和再生、通风、温度和湿度控制等的环境控制和生命保障系统；报话通信系统、仪表和照明系统、航天服、载人机动装置和逃逸救生系统等。9/26/20217第一章绪论载人宇宙

4、飞船除了要使飞船在返回过程中的制动过载限制在人的耐受范围内，还应使其落点精度比返回式卫星更高，从而及时发现和营救航天员。目前，掌握航天器返回技术的国家只有美国、俄罗斯和中国。9/26/20218第一章绪论在工业中，机电工业是我国最重要的支柱产业之一，而传统的机电产品正在向机电一体化（mechatrnics）方向发展。机电一体化产品或系统的显著特点是控制自动化。机电控制型产品技术含量高，附加值大，在国内外市场上具有很强的竞争优势，形成机电一体化产品发展的主流。9/26/20219第一章绪论当前国内外机电结合型产品，诸如典型的工业机器人

5、、数控机床、自动导引车等都广泛地应用了控制理论。自动控制技术已经成为生产（电力、机械、冶金、化工…）、军事、科研、企业管理等几乎一切领域中必不可少的手段。因此，各个领域的科学工作者和工程技术人员都必须具备一定的自动控制工程知识。9/26/202110第一章绪论根据自动控制理论的内容和发展的不同阶段，控制理论可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。“经典控制理论”的内容是以传递函数为基础，以频率法和根轨迹法作为分析和综合系统的基本方法，主要研究单输入、单输出这类控制系统的分析和设计问题。9/26/202111第一章绪论“现代

6、控制理论”是在“经典控制理论”的基础上，于20世纪60年代以后发展起来的。它的主要内容是以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、时变参数、分布参数、随机参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制等理论都是这一领域重要的分支，近年来现代控制理论在大系统理论和人工智能控制等诸多领域有重大发展。9/26/202112第一章绪论半个多世纪以来，控制理论从主要依靠手工计算的经典控制理论发展到依赖计算机的现代控制理论，发展了最优控制、自适应控制、智能控制。智能控制中，学习控制技术从简单的参数学习向较为复杂的

7、结构学习、环境学习和复杂对象学习的方向发展；并发展了神经元网络、模糊逻辑、进化算法、专家系统、鲁棒控制与控制等技术。同时还发展了MATLAB等控制系统计算机辅助设计工具，使控制理论在工程上的应用更加方便。9/26/202113第一章绪论§1-2自动控制系统的基本概念9/26/202114第一章绪论自动控制：在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象（如机器、设备或生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。9/26/202115第一章绪论如：人造卫星按指定的轨道运行，并始终保持正确的姿态，使它的太阳

8、能电池一直朝向太阳，无线电天线一直指向地球；数控加工中心、焊接机器人、温度控制系统等9/26/202116第一章绪论如温度、压力、力、流量、电压、转数、位移、角度等。一个共同点：一个或一些被控物理量按给定量的变化而变化。9/26/20