自动控制原理与应用上课讲义.ppt

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1、自动控制原理与应用请大家回顾一下，我们在学习电机与拖动时知道了拖动的发展及控制的发展拖动的发展：成组拖动单机拖动多机拖动控制的发展：有触点无触点自动控制的发展是怎样的呢？增加：自动控制的发展（了解）自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。既是一门古老的、己臻（真）成熟的学科，又是一门正在发展的、具有强大生命力的新兴学科。控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。从1868年马克斯威尔(J.C.Maxwell)提出低

2、阶系统稳定性判据至今一百多年里，自动控制理论的发展可分为三个主要阶段：1．第一阶段：经典控制理论（或古典控制理论）的产生、发展和成熟经典控制理论的基本特征为：●主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合；●只用于单输入、单输出的反馈控制系统；●只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。18世纪，JamesWatt为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。在控制理论发展初期，做出过重大贡献的众多学者中有迈纳斯基(Minorsky)、黑曾(Hezen)和奈奎斯特(Nyquist)。1922年，Minor

3、sky研制船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性。1932年，Nyquist提出了一种相当简便的方法，根据对稳态正弦输入的开环响应，确定闭环的稳定性。1934年，Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的继电式伺服机构。19世纪40年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，从20世纪40年代末到50年代初，伊凡思(Evans)提出并完善了根轨迹法。频率响应法和根轨迹法是古典控制理论的核心。由这两种方法设计出来的系统是稳定的，并且或多或少地满足一些适当的性能要求。一般来说，这些系统是令人满意的，但它不是某种意义上的最佳系统。

4、本书重点讲解经典控制理论的内容。2．第二阶段：现代控制理论的兴起和发展由于航天事业和电子计算机的迅速发展，20世纪60年代初，在原有“经典控制理论”的基础上，又形成了所谓的“现代控制理论”。现代控制系统解决的是多输入多输出问题，通常采用状态空间的时域分析法。数字计算机的出现为复杂系统的时域分析提供了可能。因此，利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应运而生，从而适应了现代设备日益增加的复杂性，同时也满足了军事、空间技术和工程应用领域对精确度、重量和成本方面的严格要求。为现代控制理论的状态空间法的建立作出开拓性贡献的有：1954年贝尔曼(R.Bellman)的动态规划理论，1956年庞特里雅金

5、（L.S.Pontryagin）的极大值原理和1960年卡尔曼(R.E.Kalman)的多变量最优控制和最优滤波理论。状态空间方法的核心是最优化技术。它以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型，利用计算机作为系统建模分析、设计乃至控制的手段，适应于多变量、非线性、时变系统。它不但在航空、航天、制导与军事武器控制中有成功的应用，在工业生产过程控制中也得到逐步应用。3．第三阶段：智能控制发展阶段智能控制是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上的应用。智能控制的概念和原理主要是针对被控对象、环境、控制目标或任务的复杂性提出来的，它的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的

6、技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。被控对象复杂性体现为：模型的不确定性，高度非线性，分布式的传感器和执行器，动态突变，多时间标度，复杂的信息模式，庞大的数据量，以及严格的特性指标等。而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和难以辨识。智能控制是从“仿人”的概念出发的，智能控制的方法包括模糊控制，神经网络控制，专家系统控制等方法，以解决传统控制系统不能解决的问题。由于传统的控制系统建立在精确的数学模型基础上，不能解决具有不确定性的系统，并且传统控制系统输入信息比较单一，而现代的复杂系统必须处理多种形式的信息，进行信息融合。所以具有自适应、自学习和自组织的功能，能处理不确定性问题

7、的智能控制系统应运而生。请大家看一看下面的三幅图，发表不演说。第一章自动控制原理基础第一节概述一、自动控制与自动控制系统基本概念:1.自动控制:是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。2.自动控制系统:是指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统(控制器和被控对象的组合)称为自动控制系统.。3.被控对象：控制的机