第一章自动控制系统概述

第一章自动控制系统概述目的对学科有一个初步的概念上的了解，懂得其重要性,引起学习兴趣，了解恰当的学习方法。内容掌握控制系统的基本概念及基本术语掌握控制系统的基本结构掌握对控制系统的一般要求了解控制理论的发展§1.1引言自动控制在没有人的直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的特性自动地按照预先规定的规律运行或使它的某些参数按预定的要求变化。自动控制系统控制装置自动控制系统被控对象自动控制系统举例自动控制原理是自动控制学科的基础理论，是研究各类控制系统共性的一门技术基础科学。•研究一般规律•提供基本方法•一种思想方法§1.2开环控制与闭环控制开环控制引例：电位器V+功率放大器电动机负载结构图：控制器被控对象输入控制量输出缺点：自身没有能力根据系统的输出量来修正控制量的的数值，控制精度取决于器件精度，系统抗干扰能力差特点：控制量与输出量之间仅有前向通路，信号的传递是单方向的，输出对输入没有影响.电位器V+功率放大器电动机负载人工闭环系统如何用装置来替人？闭环控制引例：电位器V+功率放大器电动机负载测速发电机结构图：功率放大电动机反馈元件nngdufuu-gdufu-gdufu-功率放大电动机nugdufu-反馈元件功率放大电动机nugdufu-特点：不仅有从输入至输出之间前向通路，同时具有从输出返回至输入端的信号传递通道。信号的传递构成闭合回路.优点：控制精度高，系统抗干扰能力强.§1.3自动控制与自动控制系统自动控制中的常用术语电位器V+功率放大器电动机负载测速发电机被控对象被控量反馈量给定量控制量扰动量1.3.1自动控制系统的组成自动控制系统的基本结构反馈量控制器Gc输入量+-受控对象Go反馈环节H输出量urc控制量偏差n扰动量b根据控制系统的结构分类开环控制闭环控制扰动控制复合控制1.3.2自动控制系统的分类根据给定参考输入信号分类恒值控制系统随动控制系统给定值不变，克服干扰给定值为未知的时间函数根据系统数学性质分类•线性系统•非线性系统是否满足叠加定理连续时间系统离散时间系统u(nT)t0T2TnT根据时间信号的不同方式分类A/D-+给定值数字控制器输出执行器D/A数字计算机受控对象传感器u(t)t0根据控制对象端口信号数量来分类系统uy系统umyru2y2u1y1SISO系统MIMO系统1.3.3自动控制系统的基本要求及本课研究的内容自动控制系统的基本要求：必须稳定的c(t)t给定值响应缓慢响应快速变化剧烈tc(t)响应平稳t跟踪误差c(t)响应动作要快动态过程平稳跟踪值要准确研究的内容•系统分析•系统综合（系统设计，校正）§1.4自动控制理论的发展早期：朴素的控制思想应用尾羽空气阻力箭蔟飞行方向我国古代的弓箭蒸汽机的速度控制（200多年前）美国MIT的N.Wiener于1948发表《控制论》(Cybernetics)，标志着控制论学科的诞生。经典控制理论发展阶段频率分析法和根轨迹分析法，构成了经典控制理论的基础。数学工具：主要是线性微分方程和基于拉普拉斯变换的传递函数。研究对象：基本是单输入－单输出系统。典型成果：雷达—高炮跟踪系统，轧钢机控制系统，液压伺服系统等。现代控制理论发展阶段数学工具：主要是状态空间法研究对象：研究对象更为广泛。如线性系统与非线性系统、定常系统与时变系统、多输入－多输出系统、变量耦合系统等。典型成果：空间技术、军事技术、多方面的工业技术现代控制理论发展阶段70年代——至今，基于人脑的思维、学习、推理决策功能研究与发展的，是当前控制理论学科研究的前沿领域(理论上未出现划时代的进展)。主要研究方向：自适应控制理论、模糊控制理论、人工神经元网络、浑沌理论研究等。主要研究成果：各种自动设计系统，神经计算机，机器人控制系统，模式识别，人工推理机等。我国历史和现状我国起步晚，在现代科学史上没有占据一席之地，1954年钱学森创立并引入工程控制论，80年代普遍开展教学和研究，但基础工业落后，以原料到生产，各方面落后，从自动化的材料、元件、系统和技术各方面都与发达国家有较大差距。