自动控制的一般概念(zy)

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1、《自动控制基础》授课教师：周颖电子邮件：autozhouy@163.comTEL:18951893469欢迎任何形式的意见和建议!学时：64学时教材：《自动控制原理》胡寿松主编参考书:《自动控制原理》吴麒《自动控制原理》李友善Matlab及有关该软件的工具书一.介绍课程基本情况二.课程的性质和特点自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。《自动控制原理》是本学科的技术基础课，（1）自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系。自动控制理论电机与拖动模拟电子技术线性代数微积分（含微分

2、方程）复变函数、拉普拉斯变换电路理论大学物理（力学、热力学）信号与系统（2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制。讨论的对象：因果系统、工程系统系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学课程特点：研究系统的共性问题实际系统物理模型数学模型方法（系统组成分析、设计三.本课程学习方法1、打好基础高等数学（微积分）、信号与系统2、做好预习3、听好课讲课的速度较快、了解课程内容掌握基本理论和基本方法4、做好

3、习题应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题第一章自动控制的一般概念1.1引言_历史的回顾1.2自动控制系统的基本概念1.3反馈控制和开环控制1.4自动控制系统的分类1.5对自动控制系统的基本要求1.6本课程的研究任务1.1引言_历史的回顾自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。从1868年马克斯威尔提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里，自动控制理论的发展可分为四个主要阶段：第一阶段：经典控制理论的产生、发展和成熟；第二阶段：现代控制理论的兴起和发展；第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段；第四阶段：智能控

4、制发展阶段。经典控制理论控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定性代数判据。1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨（Hurwitz）分别独立地提出了高阶系统的稳定性判据，即Routh和Hurwitz判据。二战期间（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyqui

5、st）提出了频率响应理论1948年，伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法。至此，控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。经典控制理论的基本特征（1）主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合；（2）只用于单输入，单输出的反馈控制系统；（3）只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。研究对象：单输入单输出线性系统数学基础：微积分、积分变换系统描述方法：传递函数研究方法：时域法、频率特性法、根轨

6、迹法核心概念：输出反馈适用系统：线性系统应该指出的是，反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引入反馈信号后，系统对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝，从而提高了系统的抗干扰能力和控制精度。与此同时，反馈作用又带来了系统稳定性问题，正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题激发了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情，推动了自动控制理论的发展与完善。因此从某种意义上讲，古典控制理论是伴随着反馈控制技术的产生和发展而逐渐完善和成熟起来的。现代控制理论由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统，只注重系统的外

7、部描述而忽视系统的内部状态，因而在实际应用中有很大局限性。随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。1954年贝尔曼（R.Belman)提出动态规划理论1956年庞特里雅金（L.S.Pontryagin）提出极大值原理1960年卡尔曼R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤波理论在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量的信息。它无论对线性系统或非

8、线性系统，定常系统或时变系统，单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。现代控制理论以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。研究对象：多输入多输出线性系统数学基础：线性代数、矩阵理论系统描述方法：状态空间表达式研究方法：时域法核心概念：状态反馈适用系统：线性、非线性1.2自动控制系统的基本概念热力系统的人工控制锅炉温度眼脑