章控制的一些基本慨念详解.ppt

例1.6：轮式车辆液压助力转向控制系统 3、输出变化规律分类 恒值控制系统 系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 程序控制系统 输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。如数控加工系统。 随动系统（伺服系统） 输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除 各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等。 4、按系统中传递信号的性质分类 连续控制系统 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 离散（数字）控制系统 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。 5、线性系统和非线性系统 线性系统 由线性元件组成，输入输出问具有叠加性和均匀性性质，以线性微分方程来表述。 非线性系统 系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。用非线性微分方程来表述。 6、其它分类系统 定常系统和时变系统 机械、电气、机电、液压、气动、热力等控 制系统 温度、压力、位置等控制系统 七、对控制系统的基本要求 1、稳定性 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。 控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致。 2、精确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。 3、快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快 速性要求各有侧重。 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约，应 根据实际需求合理选择。 八、控制工程发展概况 1788年：J. Watt 发明蒸汽机 调速器 一千多年前：铜壶滴漏计时 器、指南针、各种天文仪器 时 间 刻 度 浮子 铜壶滴漏 1868年：J. C. Maxwell发表 《调速器》，提出反馈控制 的概念及稳定性条件。 1884年：E. J. Routh提出劳斯稳定性判据。 1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳定 性理论。 1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。 1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。 1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般设 计方法 1948年：N. Wiener发表《控制论》，标志经典 控制理论基本形成；经典控制理论以传递函数 为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系 统的分析和控制问题； 1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充 实了经典控制论； 1954年：钱学森发表《工程控制论》； 50年代末60年代初：现代控制理论形成；现代 控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研 究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等 系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适 应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重 点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空 间方法。 1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大 值原理 1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论 1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论 1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机 系统的最优控制、复杂系统的自适应和自学习 控制 1980迄今：鲁棒控制、H?控制、非线性控制、 智能控制等 九、 控制系统分析和设计一般包括： 建立控制对象的数学模型（线性化模型） 对象的性能分析、仿真 选择控制方案（开环/闭环；线性/非线性等） 选择性能指标，设计控制器 全系统性能分析、仿真 研制控制器，构建控制系统 试验验证 本课程主要内容 控制系统数学模型的建立 控制系统的时域分析 控制系统的频域分析 控制系统稳定性分析 控制系统的设计和校正 介绍经典控制理论的基础知识，包括： 十、思考题 自动控制系统方框图的绘制步骤(重点掌握)： （1）分析控制系统的工作原理，找出被控对象。 （2）分清系统的输入量、输出量。 （3）按照控制系统各环节的定义，找出相