自控原理 第一章.ppt

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1、自动控制原理南京工业大学自动化与电气工程学院2011.9§1控制系统导论§2控制系统的数学模型§3线性系统的时域分析§4线性系统的根轨迹法§5线性系统的频率特性法§6线性系统的校正方法§7线性离散系统的分析§8非线性系统分析第一章控制系统导论南京工业大学自动化与电气工程学院2011.9自动控制是指在人不直接参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、生产过程等）自动地按照预定的规律进行工作。自动控制的发展自动化装置的出现和应用1769年Watt发明的飞球式蒸汽机调速器——最早工业应用的自动装置经典控制理论的形成和发展1927年Bode(波德）提出了对数频率特性的方法；

2、1932H.Nyquist（奈魁斯特）提出奈氏判据，1942传递函数1948W.R.Evans（伊万斯)提出根轨迹法，1948N.Wiener（维纳）发表著名的《控制论》研究对象:线性定常单输入单输出系统主要数学工具:微分方程、传递函数、结构框图、频率特性等主要研究方法:时域法、频域法、根轨迹法主要解决的问题:单机装置的稳定性、快速性、准确性。现代控制理论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。第二阶段：现代控制理论（形成于20世纪60

3、年代）研究对象：机组自动化等的多输入多输出系统主要数学工具：一阶微分方程组、矩阵论、状态空间法。主要方法：变分法、极大值原理等等重点问题：最优控制、随机控制和自适应控制。核心控制装置：计算机大系统理论和智能控制理论第三阶段：大系统理论和智能控制理论（形成于上世纪70年代）。大系统理论是控制理论在广度上的拓展，例如控制对象延伸到了社会、经济、管理系统，以及生态环境系统等复杂系统。智能控制理论是控制理论在深度上的挖掘，为解决模拟人脑功能，形成了新的学科——模拟人脑思维形成模糊控制、专家系统等模拟人脑结构或功能形成人工神经网络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

4、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、模式识别与人工智能、建模理论与系统工程等实例：液位控制系统自动控制系统的组成有两大组成部分，即被控对象和自动控制装置自动控制装置又可分为下列几个部分：测量元件（或测量装置）：用于测量被控量的实际值或对被控量进行物理量变换的装置比较元件（或比较器）：它将被控量的实际值（常取负号）与被控量的要求值（常取正号）相比较，得到偏差的大小调节元件：通常包括放大器和校正装置，它能将偏差信号放大，并使输出控制信号与偏差信号之间具有一定的数值运算关系（也称为调节规律或控制算法）执行元件：接受调节元件的输出控制信号，

5、产生具体的控制效果，使被控制量产生预期的改变自动控制系统的基本控制方式开环控制实例：直流电动机转速开环控制系统闭环控制复合控制控制系统的组成自动控制系统的组成有两大组成部分，即被控对象和自动控制装置自动控制装置又可分为下列几个部分：测量元件（或测量装置）：用于测量被控量的实际值或对被控量进行物理量变换的装置比较元件（或比较器）：它将被控量的实际值（常取负号）与被控量的要求值（常取正号）相比较，得到偏差的大小调节元件：通常包括放大器和校正装置，它能将偏差信号放大，并使输出控制信号与偏差信号之间具有一定的数值运算关系（也称为调节规律或控制算法）执行元件：接受调节元件的输出控制

6、信号，产生具体的控制效果，使被控制量产生预期的改变几个术语被控对象被控参数（被控量）给定值（期望值）干扰自动控制系统的类型按结构分类开环控制系统闭环控制系统按给定值分类恒值自动调节系统随动控制系统程序控制系统按系统信号的形式来分类连续控制系统离散控制系统按系统的特性来分类线性控制系统非线性控制系统按输入、输出量的个数单输入、多输出控制系统多输入、多输出控制系统控制系统的基本性能要求稳定性快速性准确性实例：飞机-自动驾驶仪控制系统给定电位器反馈电位器给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动