孙炳达版 《自动控制原理》第1章 自动控制系统的基本概念-5.ppt

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1、自动控制原理第一章自动控制系统的基本概念1.5自动控制的发展历史第一时期:经典(自动)控制理论经典控制理论即古典控制理论,也称为自动控制理论。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。它的发展大致经历了以下几个过程：一萌芽阶段如果要追朔自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。1.5自动控制的发展历史两千年前我国发明的指南车，就是一种环自动调节系统。指南车2.公元1086－1089年（北宋哲宗元祐初年），我国发明的水运仪象台，就是一种闭环自动调节系统。水运仪象台1.5自动控制的发展历史公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车1.5自

2、动控制的发展历史公元前我国的自动计时漏壶公元132年张衡研制的候风地动仪1.5自动控制的发展历史二起步阶段随着科学技术与工业生产的发展，到十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，加速了第一次工业革命的步伐。1.5自动控制的发展历史1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器1.5自动控制的发展历史1.5自动控制的发展历史离心调速器示意图离心调速器是第一个自动反馈控制器。它利用纯机械装置来测量输出传动轴的速度并利用飞球的运动控制阀门的开度，进而控制进入蒸汽机的蒸汽量。当速度增加时，飞球的中心上移，并离开转动轴

3、，于是减小了阀门的开度。V1V2进汽量实际转速比较器转速测量蒸汽机+-设定转速Vd1.5自动控制的发展历史由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。三发展阶段1.1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳定性代数判据。1.5自动控制的发展历史1.5自动控制的发展历史1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文，被公认为自动控制理论的开端。作者认为，不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，从而分析实际系统

4、是否会出现不稳定现象。这样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分方程的特征根的实部的正、负号问题。1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。维纳成为控制论的创始人！1.5自动控制的发展历史经典控制理论(古典控制理论)以传递函数为基础，研究单输入---单输出定常控制系统的分析与设计问题。线性控制系统分析：时域分析、稳定性与稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。非线性控制系统分析：

5、相平面分析、描述函数分析。1.5自动控制的发展历史第二时期现代控制理论科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。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。1.5自动控制的发展历史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

6、、非线性、高精度、高效能控制系统的分析与设计问题：（线性系统、自适应控制、最优控制、鲁棒控制、最佳估计、容错控制、系统辨识、集散控制、大系统复杂系统）智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法）1.5自动控制的发展历史研究对象数学工具分析方法局限性经典控制理论单I/O线性定常系统微分方程，传递函数时域法频域法根轨迹法对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力现代控制理论多输入-多输出变系数，非线性等系统线性代数、矩阵理论状态空间法比较繁琐（但由于计算机技术的迅速发展，已克服)1.5自动控制的发展历史习题1-1水位控制装置习题1-2恒速控制系统习题1-3船舶驾驶角位置跟踪系统习题

7、1-4洗衣机控制系统习题1-5汽轮发电机组转速调节系统