自动控制原理 第一章概述

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1、自动控制原理化工大学主讲：曹柳林总学时：112学时上学期64（前6章）下学期48（后3章）自动控制原理北京化工大学厉玉鸣等主编，化学工业出版社，2005年自动控制原理（第四版）胡寿松主编，国防工业出版社，2002年自动控制原理孙亮等主编，北京工业大学出版社1999年控制原理例题习题集，周春晖，厉玉鸣主编，化工出版社（归纳总结，例题分析）教材：参考书：习题集：学习目标例题分析与工程实例本章小节习题、答案MATLAB练习实验软件：MATLAB语言与控制系统仿真,孙亮，北京工业大学出版社，2001年MATLAB5.1,6.1参考书：反馈控制系统设计与分析-MATLAB语言应用，清华大

2、学出版社，薛定宇，2000年控制原理学习网站：http://202.4.152.134用户名control,密码control自动控制原理（04010100）王晶电子讲义，讲课的ppt课件,讨论,练习题等材料自动控制原理实验指导书，本校自动化系编学习方式：实验指导书：授课、习题、实验、考试l《自动控制原理》课程：基础理论，理论性强，研究控制系统的一般规律，设计和分析自动控制系统。2、拉普拉斯变换、反变换（2）求矩阵逆（3）矩阵行列式  →3维3、微分方程求解4、复变函数留数定理（求部分分式展开）1、线性代数－矩阵计算l数学知识复习：（1）矩阵加、乘法l努力联想，还原感性第一章概

3、述§1引言l自动化定义：l自动控制系统：机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制。—摘自中国大百科全书由内部互相联系的部件按照一定规律组成，能够完成一定控制目标的有机整体。降低成本。l自动控制的目标：提高劳动生产率，提高产品质量，改善劳动条件，节约能源，§2自动控制简史2.1经典控制理论古老的反馈控制思想40年代形成独立学科，机械化－自动化瓦特蒸汽机的离心调节器　—自动控制领域的第一项重大成果（18世纪中叶）中国古代发明数学工具—线性微分方程和基于拉普拉斯变换的传递函数研究对象三大分析方法：研究对象和范围有限—单输入—单输出的线性定常系统时域分析法、频率

4、特性分析法和根轨迹分析法—难于解决复杂问题，如时变，多变量等2.2现代控制理论60年代始获得长足发展，主要以分析和设计复杂控制系统为目标。现代控制理论的发展是计算机发展的衍生物。—状态空间分析方法数学工具—线性系统与非线性系统、定常系统与时变系统、多输入—多输出系统等研究对象2.3先进控制与智能控制主要研究方向：人工神经元网络研究等预测控制模糊控制自适应控制多学科的融汇、贯通§3开环控制系统与闭环控制系统控制器受控对象控制量输入量输出量(a)开环控制系统控制量输入量输出量(b)闭环控制系统反馈元件﹢﹣控制器受控对象开环控制系统特点：缺点：—最简单的控制方式●系统结构简单、维护容

5、易、成本低、不存在稳定性问题●信号传递没有形成闭合回路●输出量不能对控制量产生影响。●控制精度不高●系统抗干扰能力差●对元器件的要求比较高控制量输入量输出量(b)闭环控制系统反馈元件﹢﹣控制器受控对象控制器受控对象控制量输入量输出量(a)开环控制系统闭环控制系统—反馈控制系统l反馈通路负反馈与正反馈控制系统一般采用负反馈l信号传递形成一个闭合回路输入量与反馈量之差称为偏差信号控制量输入量输出量(b)闭环控制系统反馈元件﹢﹣控制器受控对象控制器受控对象控制量输入量输出量(a)开环控制系统§4自动控制与自动控制系统4.1自动控制系统的组成及定义以自动化实验室水槽液位控制系统为例：调

6、节系统方块图给定流量1液位1液位2微机式调节器调节阀水槽1水槽2变送器1﹣自动控制系统的基本结构：设定值x﹣控制器执行器被控对象测量、变送扰动f被控变量y反馈量z自动控制系统的基本结构偏差e控制变量u1、控制系统的一些常用术语被控对象控制变量设定值x﹣控制器执行器被控对象测量、变送扰动f被控变量y反馈量z图1—2自动控制系统的基本结构偏差e控制变量u是指被控制的装置或者设备。施加给被控对象的信号，使受控对象按照一定的规律运行，一般用符号u表示。被控变量控制系统的输出，即被控的物理量，一般用符号y表示。偏差信号扰动信号系统的设定值与反馈信号之差称为偏差，用符号e表示。使对象输出偏

7、离设定值的输入信号。一般用符号f表示。设定值x﹣控制器执行器被控对象测量、变送扰动f被控变量y反馈量z图1—2自动控制系统的基本结构偏差e控制变量u设定值（给定值）希望系统输出达到的数值，一般用符号x表示。2、控制系统的组成定值元件控制器执行元件用来产生设定值或参考输入。或称调节器。通过一定的控制规律给出控制量，送到执行元件。完成功率转换或信号转换，常称为执行机构或者执行器。设定值x﹣控制器执行器被控对象测量、变送扰动f被控变量y反馈量z图1—2自动控制系统的基本结构偏差e控制变量u测量、变