自动控制原理上课课件

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1、本课程是自动化专业的特色（系统概念），承上启下的地位引申其他：考研的必选课程，国内高校自动化的强势学科特点1第一章绪论（自动控制的一般概念）本章重点1.自动控制和自动控制系统的含义；2.反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点；3.控制系统的组成、分类、特点。本章难点深刻理解反馈的概念和思想；确定控制系统的被控对象、被控量、给定量等等，绘制方块图，分析实际控制系统的基本原理。2第一节引言无论是人们的日常生活、工业生产，还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中，自动控制技术无所不在、无所不能。自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。19

2、54年第一台工业机器人1.自动控制技术及其应用自动控制学科由自动控制技术和自动控制理论两部分组成3汽车自动焊接生产线月球车（月面巡视器）第一节引言41-1第一节引言自动控制定义：在无人直接参与的情况下，利用自动控制装置（控制器），使整个生产过程或工作机械（统称被控对象）自动地按预先规定的规律运行，或使它的某些物理量（称为被控量）按预定的要求（给定量）产生变化。（强调控制的目的，自动的含义）自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。5第一节引言2.自动控制科学自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。控制理论的发展

3、过程一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。经典控制理论主要是解决单输入单输出问题，主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。此阶段所研究的系统大多是线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量，经典控制理论能够较好地解决生产过程中的单输入单输出问题。这一时期的主要代表人物有伯德（H.W.Bode1905～）和伊文思（W.R.Evans）。伯德于1945年提出了简便而实用的伯德图法。1948年，伊文思提出了直观而又形象的根轨迹法。6（2）第二阶段。时间为本世纪6

4、0～70年代，称为“现代控制理论”时期。这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输出问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。这一时期的主要代表人物有庞特里亚金、贝尔曼（Bellman），及卡尔曼（R.E.Kalman，1930～）等人。庞特里亚金于1961年发表了极大值原理；贝尔曼在1957年提出了动态规划原则；1959年，卡尔曼和布西发表了关于线性滤波器和估计器的论文，即所谓著名的卡尔曼滤波第一

5、节引言7（3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展。前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。“大系统理论”是用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。而“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。第一节引言8项目经典控制理论现代控制理论研究对象线性定常系统（单输入、单输出）线性、非线性、定常、时变系统（多输入、多输出）描述方法传递函数（输入、输出描述

6、）向量空间（状态空间描述）研究办法根轨迹法和频率法状态空间法研究目标系统分析及给定输入、输出情况下的系统综合。揭示系统的内在规律，实现在一定意义下的最优控制与设计。经典控制理论与现代控制理论区别第一节引言9第二节自动控制的基本概念1.开环系统和闭环控制系统为实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按一定的方式连接起来，组成一个总体，即自动控制系统。控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式看，可分为开环控制系统和闭环控制系统（按反馈控制的原理构造的系统）101开环控制系统例：烤面包机输入—定时器设定的时间输出—面包的颜色控制对象—烤箱的加热

7、系统控制器与被控对象之间只有正向的控制作用。输出量对控制量没有影响。输入输出间没有反馈回路。第二节自动控制的基本概念11用方块代表系统中具有相应职能的元部件；用箭头表示元部件之间信号的传递方向第二节自动控制的基本概念12开环控制系统的特点：结构简单、造价低。系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及控制器及被控对象参数的稳定性。开环系统没有抗干扰的能力。因此精度较低。应用场合：控制量的变化规律可以预知。可能出现的干扰可以抑制。被控量很难测量。应用较为广泛，如家电、加热炉、车床等等。第二节自动控制的基本概念132闭环控制系统（反馈控制系统）将输出量引入

8、到输入端，使输出量对控制作用产生直接的影响。形成闭环控制系统第二节自动控制的基本概念14前向通道：系统输入量到输出量之间的