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时间:2019-05-10
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1、自动控制原理天津理工大学电子信息与通信工程学院课程特点本课程主要介绍自动控制系统的基本概念,线性系统数学的模型,控制系统的时域分析法,控制系统的根轨迹分析法,控制系统的频率特性分析法等。通过本课程的学习,使学生较好的掌握分析和设计控制系统的基本思想和基本方法,提高学生分析问题和解决问题的能力,为以后的课程的学习奠定一定的理论基础。课程特点先修课程:《高等数学》《工程数学》《电路分析基础》《数字电子技术》《模拟电子技术》《信号与线性系统》学时:48考核方式:考试适用专业:电子信息工程、电子信息科学与技术主要参考书参考书:1、《自动控制原理》张旺等北京理工大学出版
2、社2、《自动控制原理》胡寿松科学出版社(第四版)教材:《自动控制原理》张旺等北京理工大学出版社第一章:反馈控制原理第一章反馈控制原理第一节引言一、自动控制系统的发展1.萌芽18世纪第一次技术革命(机械化)时域分析①俄国人波尔佐诺夫发明锅炉水位调节器②英国人瓦特发明蒸汽机离心飞锤式调速器,萌生了自动控制的基本原理③1877年,劳斯,1895年,赫维茨分别提出了系统稳定的代数判据(19世纪末)2.奠定基础(20世纪)——经典控制论①30~40年代,奈奎斯特提出系统稳定性的频率判据奈氏图、奈氏判据、从时域分析转到频域分析②1940年,伯德在频率法中引入对数坐标系,伯德
3、图③1942年,哈里斯引入传递函数概念④1948年,伊万恩提出根轨迹分析方法⑤1949年,英国人维纳在火炮控制中发现了反馈的概念,出版了《控制——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》,发现了控制论是信息、反馈与控制三个基本要素,奠定了控制论的基础50年代中期,添加了非线性系统理论和离散控制理论,形成了完整的理论体系。第一章反馈控制原理3.发展迅速渗透到许多学科,应用于火炮、导弹控制系统,数控、电力、冶金,自动化技术钱学森,1954年首创“工程控制论”,推广到其它领域生物控制论:生命系统经济控制论:经济运行与发展问题社会控制论:社会管理与社会服务问题随着计算机技术
4、的发展,控制论无论在三要素内涵上,还是在深度上和广度上都发展变化着,对促进生产的发展和社会进步产生深远的影响。第一章反馈控制原理二、自动控制系统的分类第一章反馈控制原理1.经典控制理论40~50年代,高阶常微分方程以传递函数为基础,研究单输入、单输出系统的分析和设计,针对线性定常系统,主要研究方法有时域分析法、根轨迹法和频率特性法。2.现代控制理论60~70年代以矩阵理论等近代数学方法作为工具,主要研究方法是状态空间法,把高阶常微分方程转化为一阶常微分方程组来描述系统,解决多输入多输出的问题,可处理多变量、非线性、时变系统。3.70年代至今巨大发展最优控制、系统
5、辨识、多变量控制、自适应控制、专家系统、人工智能、神经网络控制、模糊控制、大系统理论等第一章反馈控制原理第二节自动控制的基本概念一、自动控制的基本术语1、控制:根据某种原理或方法,使特定对象(被控对象)的某些物理量(被控量)按照预期规律变化的操纵过程2、人工控制:由人直接或间接操作执行装置的控制方式自动控制:是指在没有人直接或间接参与的情况下,利用外加的设备和装置使被控对象自动按照预定规律运行第一章反馈控制原理4、自动控制系统:由控制器和被控对象组成的,能够实现自动控制任务的系统3、系统:为达到某一目的,由相互制约的各个部分,按照一定规律组成的具有一定功能的整体
6、5、被控制量:在控制系统中,按规定的任务需要加以控制的物理量6、反馈:通过测量变换装置,将系统或元件的输出量返回到输入端,与输入信号相比较产生偏差的过程7、负反馈原理:把被控制量反馈到系统的输入端与参考输入进行比较,利用偏差产生控制作用,通过控制输出控制量以减少或消除误差第一章反馈控制原理二、控制系统的基本形式控制系统的类型很多,它们的结构类型和所完成的任务也各不相同。控制系统从信息传送的特点或系统的结构特点来看可分为开环控制系统和闭环控制系统,以及同时具有开环结构和闭环结构的复合控制系统。1、开环控制系统只有输入量的前向控制作用,输出量并不反馈回来影响输入量的
7、控制作用,因而,我们将它称为开环控制系统(Open-LoopControlSystem)。开环控制系统可用下图表示。控制器被控制对象扰动因素参考输入被控制量第一章反馈控制原理开环系统的优点——结构简单,系统稳定性好,调试方便,成本低。因此,在输入量和输出量之间的关系固定,且内部参数或外部负载等扰动因素不大,或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下,应尽量采用开环控制系统。开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素,如负载变化、电源电压波动等,以及来自系统内部的扰动因素,如元件参数变化等,都将会直接影响到输出量,而控制系统不能自动进行补偿。因此,
8、开环系统对元器件的精度要
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