浙江大学自动控制理论课第一章绪论

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1、第一章绪论作者：浙江大学邹伯敏教授自动控制理论普通高等教育“九五”部级重点教材9/16/20211课件第一节自动控制理论发展简介第二节自动控制系统的一般概念第三节开环控制和闭环控制第四节自动控制系统的分类第五节对控制系统性能的要求和本课程的任务本章主要内容9/16/20212课件自动控制理论第一节自动控制理论发展简介自动控制理论是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。根据自动控制技术的发展进程，自动控制理论可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。经典控制理论的形成和基本内容（1）工业化促使自动控制装置产生最

2、早工业应用的自动装置：1769年Watt发明的飞球式蒸汽机调速器。一种凭借直觉的实证性发明。9/16/20213课件（2）最早的稳定性研究J.C.Maxwell（麦克斯韦尔），1868年发表《论调节器》，研究调节器的微分方程，线性化处理，系统稳定性取决于微分方程的特征根是否都具有一对负的实部，针对二阶和三阶系统讨论了使特征根具有负实部时，特征多项式系列应满足的条件。文献：J.C.Maxwell.OnGovernors.Proc.oftheRoyalSocietyofLondon.16,1868.（3）系统稳定判据由Hurw

3、itz（霍尔维茨，1895年）和E.J.Routh（劳斯，1884年）提出的劳斯-霍尔维茨稳定判据A.M.Lyapunov（李雅普诺夫，1892年）提出了李雅普诺夫第一法与第二法9/16/20214课件H.Nyquist（奈魁斯特，1932年）提出奈氏判据，Bode(波德，1927年）提出了对数频率特性的方法。W.R.Evans（伊万斯，1948年)提出根轨迹法。此方法和规则指的是当系统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。目前仍然是系统设计和稳定性分析的一种重要方法。（4）40-50年代形成SISO（SingleInpu

4、tSingleOutput）系统二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论、PID（比例-积分-微分）控制以及N.Wiener（维纳）的随机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方法。1948年N.Wiener发表著名的《控制论》9/16/20215课件（5）50年代末期所讨论的内容主要有：系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等，也被称为经典控制理论。现代控制理论空间技术竞赛催

5、生了现代控制理论50年代末，美国的Bellman（贝尔曼）、Kalman（卡尔曼）和俄罗斯的庞德里亚金等考虑用常微分方程作为控制系统的数学模型。由于数字计算机的发展使得十年前尚无法进行的计算问题成为可能，这时李雅普诺夫的工作被引入到控制理论中来，而由Wiener（维纳）等人在第二次世界大战期间关于最优控制的研究也被用来研究系统状态轨迹的优化问题。9/16/20216课件这种方法在标准形式或状态形式的常微分方程的基础上直接引进并大量使用了计算机。这种方法通常称为“现代控制理论”，以区别于60年代以前的“经典控制理论”软着陆-

6、--------极大值原理（1956）最小燃料控制-----动态规划（1957）姿态控制--------状态空间理论(1960）9/16/20217课件现代控制理论的重要标志状态空间法被引入到控制理论中来。Kalman提出了能控性与能观测性。表征系统结构特征的重要概念。“内部研究”代替了传统的“外部研究”。并使分析与综合过程建立在严格的理论基础之上。主要分支学科：线性系统理论、最优控制理论、系统辨识与自适应控制、大系统理论和特大系统理论等。一些分支学科还渗透到相邻学科中去，如滤波技术、自学习理论与人工智能、建模理论与系统工

7、程等。9/16/20218课件在科学和工程技术的发展过程中，自动控制技术起着重要的作用。除了在宇宙飞船、导弹发射和飞机驾驶等系统中，自动控制技术具有特别重要的作用之外，它在现代机器制造和工业生产过程中也是不可缺少的重要组成部分。随着自动控制理论和技术的不断发展，自动控制技术的广泛应用使生产设备或过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率和产品质量、降低了生产成本、改善了劳动条件，而且在人类向大自然挑战、探索新能源、改善人民生活等方面都起着极其重要的作用。控制理论在国民经济中的作用9/16/20219课件1）自动控制技术应用于

8、军事、航天领域火炮、雷达、跟踪系统；人造卫星；宇宙飞船。2）自动控制技术应用于工业生产过程轧钢过程；工业窑炉；石油化工；水泥建材；玻璃、造纸等。3）自动控制技术应用于现代农业生产自动灌溉；农产品质量检测；病情检测等。9/16/202110课件4）自动控制技术应用于其它领域由于计算机等技术的诞生和飞速发展