浙江大学控制理论课件：1.绪论

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1、控制理论控制理论ControlTheory姚维博士浙江大学电气工程学院第一章第一章绪论绪论自动控制就是在没有人直接参与的情况下利用控制装置控制器使被控对象如生产过程中的速度温度电力系统中电压电流功率等物理量自动地依照预定的规律进行运动变化这种能对被控对象的工作状态进行控制的系统称为自动控制系统它一般由控制装置和被控对象组成自动控制理论是对自动控制系统进行分析和设计的一般性理论JamesWatt的飞锤调速器°1788年JamesWatt为控制蒸汽机速度而设计的飞锤调速器是反馈控制系统的最早工程应用航天飞机的机械臂控制系统磁悬浮列车的气隙控制系统汽车自动驾驶控制系统无人侦察车的速度

2、控制系统第一节自动控制理论的发展综述°古埃及的水钟控制和中国汉代的指南车控制°JamesWatt于1788年设计了飞锤调速器MaxwellRouth和Hurwitz等人开始对系统稳定性进行研究°Nyquist和Bode在通信研究的基础上建立了频域分析方法Harris于1942年提出了传递函数概念构成了频域分析的理论基础Evens在1946年提出了根轨迹分析方法°Pontryagin于1956年提出的极大值原理Bellman的动态规划和Kalman的状态空间分析方法开创了控制理论研究的新时代现代控制理论第二节自动控制系统的结构∑开环控制系统开环控制系统是最简单的控制方式在控制器和

3、被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用系统输出量不会对控制器产生任何影响系统结构简单成本低容易控制但控制精度较低一般适用于干扰不强或可测控制精度要求不高的场合贮槽液位控制系统根据液位高度及H阀在V1单位时间内液体的流出量来整定阀的V2开启程度以达到预定的控制目的转台速度控制系统闭环控制系统的提出如何调节液位闭环控制系统与开环控制系统相比较闭环控制系统的最大特点是能检测偏差纠正偏差由于增加了反馈通道系统的控制精度得到了提高可较好抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不稳定改善系统的动态性能水池水位控制系统转台速度控制系统第三节自动控制系统的组成

4、自动控制系统一般是由参考输入元件比较元件控制元件执行元件被控对象以及反馈元件六个基本单元组成每个基本单元都用一个方块表示信号传递方向用箭头表示第四节自动控制系统的分类线性控制系统按分析和设计方法分类非线性控制系统定值控制系统按给定值信号特性分类随动控制系统第五节控制系统的性能要求∑稳定性稳定性是控制系统最基本的要求所谓系统稳定就是当系统受到扰动作用后系统被控量偏离了原来的平衡状态但当扰动撤离后经过一段时间后系统仍能返回到原来的平衡状态∑准确性系统的稳态精度通常用稳态误差来表示误差越小控制精度或准确性就越高∑快速性第六节本课程的任务°根据系统的结构和参数定性分析系统的动态性能和稳

5、态误差为此需先建立系统的数学模型然后依据所建立模型的形式分别采用时域法根轨迹法和频域法对系统进行分析°根据所给的控制任务或系统性能的要求合理设计一个控制装置并确定其结构和参数°利用计算机辅助分析和设计手段运用MATLAB工具对反馈控制系统进行分析和设计参考书°绪方胜彦现代控制工程第三版电子工业出版社°邹伯敏自动控制理论第二版机械工业出版社°颜文俊等控制理论CAI教程科学出版社°夏德钤自动控制理论机械工业出版社