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《自动控制理论》 中国计量学院机电学院 周秀英 zxycim@仰仪南楼310室 《自动控制理论》教材 《自动控制理论》 械工业出版社 邹伯敏等 (推荐教材)  本课程为理论课，共68学时，其中经典控制理论部分48学时，现代控制理论为20学时。主要内容包括：第一章 绪论 第二章 控制系统的数学模型 第三章 控制系统的时域分析第四章 根轨迹法 第五章 频率响应法 第九章 状态空间分析法 [学习目标] 掌握常见系统的数学模型建立的方法 掌握用时域、频域、根轨迹方法典型系统的性能 理解系统稳定和稳态误差概念，掌握劳斯稳定判据，李雅普诺夫稳定性分析方法，及系统相对稳定性分析方法 掌握系统能控，能观的概念和判断以及系统观测器的设计方法 第一章 绪论 1－1 概述 自动化（Automation 或 Automatization ） 1. 自动控制 就是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置（简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某一物理量（如温度、压力、PH值等）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。 2. 自动控制系统 是指实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体。 1－2 自动控制理论的发展 1－2 自动控制理论的发展 1、经典控制理论 研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。 2、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏 板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。 计算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展 经典控制理论与现代控制理论比较  1－2 自动控制理论的发展 3、大系统控制理论 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制等等。 大系统控制理论目前仍处于发展阶段。 1－2 自动控制理论的发展 4、智能控制 这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。它的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。 它是一门新兴的控制学科，有些问题尚存有争议，然而由于它实用性强，能运用人们的经验与技巧解决许多以往控制中难以解决的棘手问题（如建模等），因此得到了人们极大的重视，。 控制理论的发展 1－3 自动控制系统的分类 一、按信号的传递路径来分类 1、开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。 1－3 自动控制系统的分类 2、闭环控制系统（反馈控制系统） 特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。 1－3 自动控制系统的分类 二、按系统的控制作用来分类 1、恒值控制系统（或称自动调节系统、自动镇定系统） 特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒 温、恒压等自动控制系统都属于这一类型。 2、过程控制系统（或称程序控制系统） 特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程 按 预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化 工中的压力、温度、流量控制。 恒值控制系统可看成输入等于常值的过程控制系统。 1－3 自动控制系统的分类 3、随动系统（或称伺服系统） 特点：输入信号是一个未知函数。要求控制系统的 输出量跟随输入信号变化。 如：火炮自动跟踪系统。 该系统要求有较好的跟踪能力。 1－3 自动控制系统的分类 三、按系统传输信号的性质来分类 1、连续系统 特点：系统各部分信号都是时间t 的连续函数，即模拟的连续函数。目前工业中普遍采用的常规仪表PID调节器控制的系统。 2、离散系统 特点：系统的某一处或几处信号