控制系统计算机仿真 教学课件 作者 曹梦龙 安世奇 编第1章 绪论.ppt

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1、控制系统计算机仿真技术信控学院自动化教研室1《控制系统计算机仿真技术》课程简介1课程性质及教学目的《控制系统计算机仿真技术》是分析、研究、设计控制系统的强有力工具，是从事自动化、控制系统工程、计算机应用技术人员必须掌握的一门新型技术。开设本课程的目的是为了适应当前科技的发展和实际工程应用的需要，为高等学校应用型本科教育的工科机电类控制专业和计算机应用专业2的学生提供帮助，使他们能够系统地学习计算机控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术，理解控制原理和系统的分析方法，掌握计算机仿真的原理及仿真算法，熟练运用MATLAB和SIMULINK相关软件平台对控制系统进行仿真编程及调试、运

2、行，培养扎实的操作技能，为今后在相关领域的应用打下良好的基础。《控制系统计算机仿真技术》课程简介32.课程教学安排总学时：40学时；其中实验：10～16学时考试形式：笔试+实践操作3.教材特点以应用技术为主线，按控制与仿真的应用实例进行分析，强化实践能力的锻炼，既掌握计算机控制与仿真应用的基本原理，又对新兴技术有所跟踪。《控制系统计算机仿真技术》课程简介4通过各种典型知识及其应用技术的学习，注重培养面向生产一线的应用型人才的专业技能和实用技术，以适应工程技术教育的需要。教材中的相关概念、理论及应用均以基本要求为主，突出实用的特点；在表达上做到层次清晰，脉络分明，易于理解；在内容的编

3、排上由浅入深，循序渐进，突出重点，通俗易懂。《控制系统计算机仿真技术》课程简介53.教材的主要模块自动控制与系统仿真的相关概念和基础知识；控制系统的微分方程、传递函数、动态结构图、状态空间描述等数学模型；控制原理和系统性能的时域分析及频域分析法；计算机控制技术的应用，以常见程序设计、数字PID调节、直接数字控制等内容为主；《控制系统计算机仿真技术》课程简介6数值积分法和离散相似法的仿真原理及应用；MATLAB的基本知识及其应用；SIMULINK交互式仿真和基本操作；控制系统仿真的应用实例分析。《控制系统计算机仿真技术》课程简介7本章主要教学内容自动控制的基本概念及其应用开、闭环控制

4、系统的构成和特点控制系统的分类和总体性能要求计算机仿真的概念及其特点系统仿真的分类及仿真过程计算机仿真技术的应用第1章绪论8本章教学目的及要求理解自动控制的基本概念掌握自动控制系统的组成及分类掌握计算机仿真的基本概念熟悉计算机仿真的特点及其应用第1章绪论91.1自动控制的基本概念及其应用1.1.1控制理论的发展1.经典控制理论经典控制理论以反馈控制系统的稳定性为目标，主要研究单输入/单输出（SISO）系统。此类控制系统的分析与设计主要以拉普拉斯（Laplace）变换和Z变换为数学工具，用微分方程、传递函数和结构图等描述系统的动态特性，用时域法、频域响应、根轨迹法来分析研究和设计控制

5、系统。第1章绪论10经典控制理论特点：（1）本质上是一种频域法，以控制系统的输入/输出特性作为研究的依据，侧重于系统的输出响应性能。（2）在特定信号作用下对控制系统进行分析并研究系统输出的响应。（3）系统控制器由能实现典型控制规律的调节器构成，通过校正使控制系统达到预期的响应性能。（4）经典控制理论的基本内容包括时域法、频域法、根轨迹法、描述函数法、相平面法、代数与几何判据以及校正网络的设计等，研究的主要问题是控制系统的稳定性、动态性能和稳态精度，以及改善系统性能的方法。第1章绪论112.现代控制理论现代控制理论以线性代数为数学工具，用状态空间法来描述系统的内部性能，用零极点配置、

6、最优控制、状态方程等理论来研究和设计控制系统。主要处理多输入/多输出（MIMO）系统的稳定性、能控性、能观测性等问题。第1章绪论12现代控制理论特点：（1）本质上是一种时域方法，建立在状态变量的基础上以多变量、线性及非线性系统为研究对象。（2）以状态空间法对系统进行数学描述，并在此基础上进行各种定性和定量的分析以及期望特性的控制规律设计。（3）以现代数学方法为主要分析手段。（4）以计算机为主要计算及分析工具。（5）能够处理复杂非线性、多输入/多输出、参数时变等复杂控制对象。第1章绪论13第1章绪论1.1.2自动控制的概念及其应用1.系统的定义控制工程中系统定义为：由相互联系、相互作

7、用的物体所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。如：一个大型钢铁联合企业可以看作是一个系统，它由相互联系和相互作用的采矿、选矿、炼钢、轧钢、制品等工厂有机的组合在一起。142.系统的三要素如果从系统本身的组成、特点和规律等方面进行评价，一个系统应具备以下三大要素：（1）实体系统是由一些相互联系的实际物体组合而成的，这些物体称为实体。如图1-1所示的温度控制系统，由比较器、调节器、加热炉、温度传感器等装置组合而成，这些装置就是实体。绪论第1章15图1-1温度控制系统第