南京林业大学自动控制原理

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1、自动控制基础蒋小川目的：深入了解自动控制理论的基础知识，并运用所学知识解决日常生活中的实际问题。（如空调自动控制，锅炉自动控制等）相关的前提知识：电工电子技术，复变函数，工程数学变换课程结构第一章自动控制概论第二章控制系统的数学模型第三章控制系统的时域分析法第四章根轨迹法第五章频率法第六章控制系统的校正第八章线性离散系统参考书目《自动控制系统》，田玉平，电子工业出版社《控制理论与机械系统控制》，竺长安，高等教育出版社成绩构成64学时（4学分）实验学时8学时考试（70%）作业（10%）实验（10%）平时（10%）联系方式木工院3楼4302室答疑时间：16、1

2、7周周五邮箱：jiangxc@njfu.edu.cn邮件标题：自动控制_班级学号课程安排1—14周星期二、四上午1~2节50317教室实验时间地点另行通知第一章自动控制概论1-1自动控制与自动控制系统的基本概念1-2自动控制的基本方式1-3典型控制系统1-4控制系统的组成和对控制系统的要求1765年，瓦特发明蒸汽机，用离心式调速器控制蒸气机1948年，维纳《控制论－或关于在动物和机器中控制和通信的科学》产生40－60年代经典控制理论（频域法为主）60－70年代现代控制理论（时域法为主)70年代以后大系统控制理论自动控制：在没有人直接参与的情况下，采用控制装

3、置或机械使被控制对象达到预期的目标。1-1自动控制基本概念发展简史：自动控制研究的内容：经典控制理论现代控制理论经典控制理论主要研究对象:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。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。经典控制理论的基本特征反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引

4、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。但是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

5、态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。现代控制理论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。大系统理论20世纪70年代开始，现代控制理论继续向深度和广度发展，出现了一些新的控制方法和理论。如（1）

6、现代频域方法以传递函数矩阵为数学模型，研究线性定常多变量系统；（2）自适应控制理论和方法以系统辨识和参数估计为基础，在实时辨识基础上在线确定最优控制规律；（3）鲁棒控制方法在保证系统稳定性和其它性能基础上，设计不变的鲁棒控制器，以处理数学模型的不确定性。大系统理论随着控制理论应用范围的扩大，从个别小系统的控制，发展到若干个相互关联的子系统组成的大系统进行整体控制，从传统的工程控制领域推广到包括经济管理、生物工程、能源、运输、环境等大型系统以及社会科学领域。大系统理论是过程控制与信息处理相结合的系统工程理论，具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众

7、多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。大系统理论目前仍处于发展和开创性阶段。智能控制是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上的应用。智能控制的概念和原理主要是针对被控对象、环境、控制目标或任务的复杂性提出来的，它的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。智能控制被控对象的复杂性体现为:模型的不确定性，高度非线性，分布式的传感器和执行器，动态突变，多时间标度，复杂的信息模式，庞大的数据量，以及严格的特性指标等。智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程，对自主机器人的控制就

8、是典型的例子而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和难以辨识。智能控