自动控制原理课件(精)1

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1、自动控制原理PrincipleofAutomaticControl主讲人:徐梅淮南联合大学机电系2007年4月第一章绪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第四章根轨迹法第五章线性系统的频域分析第六章线性系统的校正方法第七章线性离散控制系统第八章非线性系统理论自动控制原理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

2、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、设计第一章绪论1.1引言1.2控制系统的一般概念1.3控制系统的性能指标51.1引言1.1.1自动控制技术及其应用在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收等。除了在工业上广泛应用外，近几十年来

3、，随着计算机技术的发展和应用，在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代社会生活中不可缺少的一部分。自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置），使机器、设备或生产过程（控制对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。它一般由控制装置和被控对象组成。被控制对象是指那些要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。控制装置

4、是指对被控对象起控制作用的设备总体。1.1.2自动控制理论的发展自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。既是一门古老的、已臻成熟的学科，又是一门正在发展的、具有强大生命力的新兴学科。从1868年马克斯威尔（J.C.Maxwell）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（或古典控制理论）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：智能控制发展阶段。自动控制的发展简史控制理论是关于控制系统建模、分析和综合的一般理论，也可看作是控制系统的应用数学分支。但它

5、不同于数学，是一门技术科学。控制理论的发展是与控制技术的发展密切相关的。根据自动控制理论的发展历史，大致可分为以下四个阶段：(一)经典控制理论阶段形成完整的自动控制理论体系，是在20纪40年代末。现在该理论已经成熟，在工程实践中得到了广泛的应用。1868年麦克斯韦尔(J.C.Maxwell)基于微分方程描述从理论上给出了它的稳定性条件。1877年劳斯(E.J.Routh)以及1895年霍尔维茨(A.Hurwitz)分别独立给出了高阶线性系统的稳定性判据；另一方面，1892年，李雅普诺夫(A.M.Lyapunov)给出了非线性系统的稳定性判据。1922年米罗斯基(

6、N.Minorsky)给出了位置控制系统的分析，并对PID三作用控制给出了控制规律公式。1932年奈奎斯特(Nyquist)提出了负反馈系统的频率域稳定性判据，这种方法只需利用频率响应的实验数据，不用导出和求解微分方程。1940年，波德(H.Bode)进一步研究通信系统频域方法，提出了频域响应的对数坐标图描述方法。频域分析法主要用于描述反馈放大器的带宽和其他频域指标。但它只适应单变量线性定常系统，又对系统内部状态缺少了解，且复数域方法研究时域特性，得不到精确的结果，这是其缺点。(二)现代控制理论阶段由于航天事业和电子计算机的迅速发展，20世纪60年代初，在原有“

7、经典控制理论”的基础上，又形成了所谓的“现代控制理论”，这是人类在自动控制技术认识上的一次飞跃。随着人造卫星的发展和太空时代的到来和其他一些因素，为导弹和太空卫星设计高精度复杂的控制系统变得必要起来。因而，重量小控制精度高的系统使最优控制变得重要起来。由于这些原因，时域手段也发展起来。状态空间方法属于时域方法，其核心是最优化技术。它以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型，利用计算机作为系统建模分析、设计乃至控制的手段，适应于多变量、非线性、时变系统。它不但在航空、航天、制导与军事武器控制中有成功的应用，在工