自动控制原理(梅杨)1

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1、第一章自动控制的一般概念1-1自动控制的基本原理与方式1-2自动控制系统示例1-3自动控制系统的分类1-4对自动控制系统的基本要求1-5自动控制系统的分析与设计工具无人直接参与机器、设备或生产过程的工作状态或参与自动实现某种规律运行经典控制：单输入、单输出现代控制：多输入、多输出反馈（控制思想的精髓，知己知彼）1-1自动控制的基本原理与方式1、自动控制技术及其应用所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控量）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行

2、。如：飞机导航飞机导航系统哈勃望远镜－特殊地卫星中巴资源卫星人造地球卫星控制其准确地进入预定轨道运行并回收无人驾驶飞机按预定轨迹飞行渐露锋芒地无人驾驶飞机制导导弹现代的高新技术让导弹长上了“眼睛”和“大脑”，利用负反馈控制原理去紧紧盯住目标我国研制的地空导弹雷达技术雷达操作时，天线就要不停地转动。天线的作用是把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去，并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视和侦察整个天空的状况，天线就要不停地转动，用一个驱动马达使天线作360度的旋转，这样它就能在360

3、度范围内进行“搜索”。自动控制技术应用于其他领域由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等领域，控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用取得了长足进展。工业自动生产线(1)、最早的稳定性研究J.C.Maxwell（麦克斯韦尔），1868年发表《论调节器》，研究调节器的微分方程，线性化处理，系统稳定性取决于微分方程的特征根是否都具有一对负的实部，针对二阶和

4、三阶系统讨论了使特征根具有负实部时，特征多项式系列应满足的条件。(2)、系统稳定准则由Hurwitz（霍尔维茨）和E.J.Routh（劳斯）提出的劳斯－霍尔维茨稳定判据。2、自动控制理论A.M.Lyapunov（李雅普诺夫）提出了李雅普诺夫第一法与第二法H.Nyquist提出奈氏判据，Bode提出了对数频率特性的方法。二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论、PID（比例-积分-微分）控制以及N.Wiener的随机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方

5、法。(3)、根轨迹方法W.R.Evans提出的方法和规则是当系统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。(4)、经典自动控制理论以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一，要求达到的预期效果（性能指标）也不高。主要研究对象为单输入，单输出的单变量系统（属于线性定常时不变系统）。(5)、现代控制理论的发展从50年代末期开始，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转变到设计在某种意义上的一种最佳系统。大约从1960年开始，数字计算机的出现为复杂系统的

6、时域分析提供了可能性，利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应运而生。从1960年到1980年，确定性系统的最佳控制，随机系统的最佳控制，乃至复杂系统的自适应和学习控制，都得到了充分的研究。从1980年到现在，现代控制理论的进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关的课题。反馈控制是这样的一种控制过程，它能在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）之间的偏差，而其工作正是基于这一偏差基础之上的，这就是反馈控制的原理。反馈控制又称闭环控制3、反馈控制原理系统方框图符号组成：“”下图为反馈控制原理方框图方框图被控制量手的位

7、置扰动—误差信号控制信号参考输入书的位置被控对象（手）测量元件（眼睛）控制器（大脑）例、人用手去拿书龙门刨床速度控制系统原理图在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。当负载波动时，必然会引起速度变化，由于龙门刨床不允许速度变化过大，因此必须对速度进行控制。龙门刨速度自动控制过程M---负载n---电机速度u---测速电机偏差电压u0---给定电压注意：龙门刨床速度控制系统是一个有精差系统。速度最终达到的稳态值与原始给定速度之间始终有一个差值存在，这个差值是用来产生一个附加的电动机电枢电压，以补偿因增加负载而引起的

8、速度下降。这个差值的存在是保证系统正常工作所必需的，一般称为稳态误差。如果从结构上加以改进，可以消除这个稳态误差。4、反馈控制系统的基本组成反馈控制系统是由各种不同的元部件组成的。a)测量元件