自动控制原理——第1讲.ppt

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1、第一讲第一章自动控制系统概论2012.09.10一.控制系统的发展史早期控制(1400BC--1900)经典控制(1935--1950)现代控制(1950--1970)大系统理论阶段与智能控制理论(1970--now)早期控制(1400BC--1900)中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400BC--1100BC)；希腊Philon发明了采用浮球调节器来保持燃油液面高度的油灯（BC250）；中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪（132）；中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的向的指南车(235年)；中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想

2、的提花织机结构图（1637）；英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。经典控制（1935--1950）美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922)；美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)；现代控制（1950--Now）美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床(1952)；美国GeorgeDevol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的JosephEngelberger创立了第一家机器人

3、公司，Unimation；美国的M.E.Merchant提出计算机集成制造的概念(1969)；日本Fanuc公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976)；中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题(1986)。日本安川公司娱乐机械狗(2001)；日本SONY公司二足步行机械人SDR--4X(2002)；应用广泛自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过

4、采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。二、自动控

5、制要解决的基本问题自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定，一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化，就是一个控制系统要解决的基本问题。三、自动控制系统的定义自动控制系统的定义：自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（被控量）自动地按预先给定的规律去运行。四、方框图绘制绘制方框图的目的：在研究自动控制系统的工作原理时，为了清楚的表示系统的结构和组成，说明各元件间信号传递的因果关系。环节——方框表示；环节间的连接——带箭头的线段表示——信号线；（解释箭头方向即信号传递方向，只能单向传

6、递）信号的比较点——；（正负号表示输入信号的极性）五、系统术语被控量；给定信号；偏差信号；区别——误差值；干扰信号；反馈信号。注：区分被控量与被控对象，给定信号与设定元件，偏差信号与比较元件之间的区别。六、自动控制系统组成(1)自动检测装置（测量元件与变送器）：代替人的眼睛，完成信号的采集测量和变送；(2)比较元件：将被控量与给定值进行比较；(3)执行装置（执行元件）：代替人的肌肉和手，完成或实现对被控对象的调节作用。详细分类：测量变送元件，设定元件，比较元件，自动调节装置（控制器），放大元件，执行元件，校正元件，能源元件。七、自动控制系统的分类1.按系统的结构分类—

7、—开环控制系统与闭环控制系统其中，讲解各自的定义，并对开环控制可以分为按给定控制和按扰动控制进行介绍。将上述两种控制方式进行适当的组合，构成复合控制方式。2.按给定信号的特征分类——恒值控制、随动控制、程序控制系统3.按系统的数学模型分类——线性系统、非线性系统4.按信号传递的连续性划分——连续系统、离散系统5.按系统的输入/输出信号的数量分类——单变量系统（SISO）、多变量系统（MIMO）八、对自动控制系统的基本要求理想的控制系统，必须具备两方面的性能，即：(1)使系统的输出快速、准确地按输入信号要求的期望输出值变化；(2)使系统的输出尽量不受任