自动控制原理简明教程

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1、自动控制原理王宇红Y.H.Wang@upc.edu.cn1本学期课程安排¢教材：胡寿松，自动控制原理简明教程，科学出版社¢课程内容：第章第一章～第六章¢课程总学时：48,其中实验8¢参考文献：£KatsuhikoOgata，现代控制工程(第四版)，电子工业出版社£高国淼，自动控制原理，华南理工出版社£刘坤，MATLAB自动控制原理习题精解，国防工业出版社£胡寿松，自动控制原理习题集，科学出版社£http://cae.nuaa.edu.cn/ftp/ele.htm，南航精品课£王莹莹，自动控制原理全程导学及习题全解，科学出版社2成绩构成¢期末70%¢作业10%¢实验10%¢点名10%考

2、试形式¢考试：闭卷3该课程与其它课程的关系微积分（含微分复变函数、拉普拉斯变换线性代数方程）大学物理（力学、自动控制原理电路理论热力学）模拟电子技术电机与拖动各类控制系统课程4自动控制原理各章关系5第一章控制系统导论¢1-1自动控制的基本原理¢1-2自动控制系统示例¢1-3自动控制系统的分类¢1-4自动控制系统的基本要求¢1-5控制系统的典型输入信号61-1自动控制的基本原理1.1.1自动控制技术及其应用自动控制自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。例如锅炉温度控制、化工过程流量、温度、液位的

3、控制，等等。自动控制系统自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。7自动控制技术的应用•开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制•后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船自动控制•目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等•生物学系统：生物控制论、波斯顿假肢、人造器官•经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论89“勇气”号在火星工作的英姿“深度撞击”撞击器10负反馈放大器电路原理图Ecc+12vR1R2R4R6510K4.7K51K3KC310μ+C210μ+T2R1KC110μ3DG6+T13DG6RLR75.

4、1K100uousuiR3R510018KR8C41K10μRf2K111.1.2自动控制理论发展史自动控制理论:关于自动控制系统的理论。自动控制理论是怎样产生的呢？12•十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器1877年产生了赫氏判据和劳斯稳定判据•十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展•十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制•二十世纪初

5、第二次世界大战，军事工业发展很快飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术，搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科。13蒸汽机的速度控制：给定值惯性球蒸汽阀压力蒸汽受控蒸汽14自动控制成为一门科学是从1945发展起来的1.经典控制理论时期（1940-1960）第二次世界大战时期开始：经典典熟控制理论逐渐发展成熟而形成为独立学科。频率分析法和根轨迹分析法，构成了经典控制理论的基础。在此期间，也产生了一些非线性系统的分析方法，如相平面法和描述函数法等，以及采样系统的分析方法。数学工具：主要是线性微分方程和基于拉普拉斯变换的传递函数。研究对象：基本是单输入－单输出

6、系统。目标：反馈控制系统的稳定典型成果：雷达—高炮跟踪系统，轧钢机控制系统，液压伺服系统等。152.现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初）50年代——70年代，空间技术与军事技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上Kalman“控制系统的一般理论”奠定了现代控制理论的基础数学工具：主要是状态空间法研究对象：研究对象更为广泛。如线性系统与非线性系统、定常系统与时变系统、多输入－多输出系统、变量耦合系统等。目标：最优控制典型成果：空间技术、军事技术、多方面的工业技术我国：火箭发射控制技术，人口模型与中国人口控制163.大系统和智能控制时期（20世纪70

7、年代）各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。70年代——至今，基于人脑的思维、学习、推理、决策功能研究与发展的，是当前控制理论学科研究的前沿领域。主要研究方向：自适应控制理论、模糊控制理论、人工神经元网络、浑沌理论研究等。主要研究成果：各种自动设计系统，神经计算机，机器人控制系统，模式识别，人工推理机等。4.正在发展的各个领域自适应控制大系统理论H∞鲁棒控制非线性控制（微分几何，混沌，变结构）171131.1.3自动控制的基本原理（反馈控制原理