线性定常离散控制体系.ppt

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1、第一章自动控制的一般概念本章主要内容自动控制理论发展概况；古典控制理论的基本内容；自动控制与自动控制系统的基本概念及对控制系统的基本要求。重点内容自动控制与自动控制系统的基本概念对控制系统的基本要求第一节引言一、自动控制在国民经济中的作用：2、铁路上1、生活中，洗衣机、电冰箱、电饭煲。高速列车、磁悬浮列车日本新干线100系（1985）日本新干线300系（1992）日本新干线700系（1999）国产“中华之星”法国TGV高速列车普通轮轨列车最大时速为350-400公里中科院院士严陆光—高速磁悬浮技术倡导者。中国铁道科学研究院、西南交大、国防科大、中科

2、院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术做了基础性研究。上海磁浮列车全长30公里，将上海市区与东海之滨的浦东国际机场连接起来，单向运行时间约8分钟，平均运行速度达到每秒60－70米。列车大部分时间时速为300多公里，达到最高设计时速430公里的时间有20多秒。日本磁悬浮列车超导线圈与U型列车行驶导槽中设置的推力、上浮、导向线圈一起使列车获得上浮、推进、导向力。日本使用的超导物质是将超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线，当此种超导电线浸入液氦(－269℃)中时进入超导状态产生强大磁场。3、军事上航空:（F-15）战斗机航

3、天：APOLLO宇宙飞船海上：核潜艇“库尔斯克”号核潜艇4、工业上二、自动控制理论发展概要2、现代控制论：研究SISO线性定常时不变系统，其数学基础为传递函数。1、古典控制论：以状态空间法为基础研究多输入-多输出、变参数、非线性系统。其数学基础是线性代数。1788年，英国Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心调速机。→1875年，1895年，英国Routh和德国Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。1892年，俄国李雅普诺夫在《论运动稳定性的一般问题》中建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年，Nyquist提出了根据频率响应判断系统

4、稳定性的准则。古典控制论Wate飞轮调节器汽阀1945年，美国Bode在《网络分析和反馈放大器设计》中提出频率响应分析法－Bode图。1948年，Evans提出了根轨迹法，这时美国Wiener在《控制论－关于在动物和机器中控制和通信的科学》中系统地论述了控制理论的一般原理和方法。－－－标志控制学科的诞生控制论：研究动物（包括人类）和机器内部控制和通信的一般规律的学科。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。－－－奠定了工程控制论的基础1960——1970现代控制理论机组自动化1958年，R.E.Kalman采用状态空间法分析系统，提出能控性、

5、能观性、Kalman滤波概念1961年，庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。1970——1980大系统理论控制管理综合1980——1990智能控制理论智能自动化1990——21c集成控制理论网络控制自动化现代控制理论引例：水箱水位自动控制系统图1水箱水位自动控制系统示意图气动阀门流入量控制器浮子流出量第二节自动控制与自动控制系统的基本概念控制器和被控对象的总和，称为控制系统1、自动控制：应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能。被控制的机器设备或物体、生产过程，称为被控制对象；所用的控制装置，常称为控制器2

6、、控制系统：系统的输出就是被控制的量，它表征对象或过程的状态和性能。3、输入量（参考输入、控制输入、给定输入）：是作用于系统的激发信号，其中使系统具有预定性能或预定输出的，称为控制输入、指令输入或参考输入。4、扰动量：干扰或破坏系统具有预定性或预定输出的，称为扰动输入。5、被控制量（输出量）9、负反馈控制系统的示意图6、反馈量：与输出成正比或某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号。7、偏差量：等于参考输入与主反馈量之差的信号。8、比较元件：相当于一个偏差器，其输出信号等于各输入信号的代数和。控制环节扰动量输入量被控对象输出量反馈环节反馈量_+图2

7、控制系统结构示意图偏差量输入量控制器水箱浮子流出量流入量反馈量_+图4水箱水位自动控制系统示意图自动控制系统的基本方式即系统的输出量对控制量没有影响。其结构示意图如图所示：被控制量控制器对象或过程控制量图5开环控制系统1、举例：电动机转速控制系统一、开环控制：电动机转速开环控制系统SMn电压功率放大器人工闭环控制系统缺点：抗干扰能力差，无法消除输出量产生的偏差。3、电机转速开环速度控制系统结构图：电机转速开环速度控制系统结构图电压和功率放大器直流电动机输入量输出量扰动量2、开环系统的优、缺点：优点：组成简单、易实现；工作稳定。在控制器和被控对象之间

8、不仅存在着正向作用，而且存在着负反馈的作用来减小系统的误差，因此又称为负反馈控制。控制环节被控对象反馈环节扰动量输入量反馈