1控制系统导论-烟台大学光电信息科学技术学院.ppt

自动控制原理 教 材 参 考 书 参 考 书 程 鹏.自动控制原理.高等教育出版社 吴 麒.自动控制原理.清华大学出版社 戴忠达.自动控制理论基础.清华大学出版社 文 锋.自动控制理论.中国电力出版社 刘 坤.MATLAB自动控制原理习题精解.国防工业出版社。 几 点 要 求 纪律：考勤；手机；课堂纪律； 第一章 控制系统导论 (1)人工控制（水箱水位人工控制系统） (2)自动控制（水箱水位自动控制系统） 当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到实际水位重新与水位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏差消除或减小，使实际水位达到要求的水位值。 空调、冰箱自动调节温度等 数控车床按预定程序自动切削工作 人造卫星准确进入预定轨道并回收 无人驾驶飞机按照预定航线自动升降飞行 工业、农业、交通、通信、生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中 1.1.2 自动控制理论 1.自动控制理论：研究自动控制共同规律的技术学科。 （1）经典控制理论 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。 1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定性代数判据 。 1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨（Hurwitz）分别独立地提出了高阶系统的稳定性判据，即Routh和Hurwitz判据。 二战期间（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频率响应理论；1948年，伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法。至此，控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。 经典控制理论的基本特征： 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。 反馈控制是一种最基本最重要的控制方式。 引入反馈信号后，系统对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝，从而提高了系统的抗干扰能力和控制精度。与此同时，反馈作用又带来了系统稳定性问题，正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题激发了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情，推动了自动控制理论的发展与完善。因此从某种意义上讲，古典控制理论是伴随着反馈控制技术的产生和发展而逐渐完善和成熟起来的。 （2）现代控制理论 经典控制理论的局限性:由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统，只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。 随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。 现代控制理论在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量的信息。对线性系统或非线性系统，定常系统或时变系统，单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。 目前发展：跨越学科界限，向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 智能控制理论被誉为最新一代的控制理论。 智能控制代表性理论：模糊控制、神经网络控制、遗传算法、混沌控制、小波理论、拟人化智能控制、博奕论等。 1.1.3 自动控制系统 1.自动控制系统：由被控对象和控制装置（控制器）按照一定方式连接起来、能完成一定自动控制任务的总体。 输出量：自动控制系统的被控制量 输入量：影响系统输出量的外界输入 (1)电动机转速自动控制系统(开环) (2)电动机转速自动控制系统(闭环) 2.反馈控制原理 反馈：把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。 反馈控制的原理：在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。 1.1.4 反馈控制系统的基本组成 1.1.4 反馈控制系统的基本组成 4.放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象； 5.执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 6.校正元件(补偿元件):它是结构或参数便于调整