电子信息科学技术导论教学课件ppt作者吴莉莉第9章自动控制技术课件.ppt

自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高新技术之一。 随着生产和科学技术的发展，自动控制技术可以说已渗透到各种学科领域，成为促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。 9.1.1自动控制技术的早期发展 自动控制思想的最初来源：创造自动装置以图减轻或代替人类自身的劳动。 公元前14世纪到公元前11世纪 ：自动计时的漏壶、地动仪、教堂庙门自动开启装置、自动洒圣水的铜祭司和教堂门口自动鸣叫的青铜小鸟等自动装置。 1788年英国科学家瓦特发明了离心式调速器，开创了自动调节装置的研究和应用的新时期，对由蒸汽机带来的第一次工业革命及以后的控制理论的发展都有重要的影响。 对自动控制系统最初的数学描述是英国物理学家麦克斯韦，他在1868年发表了《论调速器》的文章，该文总结了无静差调速器的理论。 1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了《论运动稳定性的一般问题》的专著，李雅普诺夫稳定性理论至今仍是分析自动控制系统稳定性的重要方法。 20世纪20年代以后，美国开始采用比例、积分、微分调节器，简称PID调节器。PID调节器是一种模拟式调节器，现在还有许多工厂采用这种调节器。 1934年美国科学家H.L.黑发表了《关于伺服机构理论》，1938年前苏联电气工程师A.B.米哈伊洛夫提出了《频率法》。通过理论的发展和积累，经典控制理论逐渐形成，这些论文的发表标志着经典控制理论的诞生。 1939年美国麻省理工学院建立了伺服机构实验室，同年前苏联科学院成立了自动学和运动学研究所。这是世界上第一批系统与控制的专业研究机构。 9.1.2 自动控制理论的形成 现代控制理论 主要用来解决多输入---多输出系统的问题，系统可以是线性或非线性的、定常或时变的。 最具代表性的就是基于模型的现代控制理论 。现代控制理论是以庞德亚金的极大值原理、别尔曼的动态规划和卡尔曼的滤波理论为其发展里程碑，揭示了一些极为深刻的理论结果。 大系统理论和智能控制理论 大系统是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息与控制系统，它涉及生产过程、交通运输、生物控制、计划管理、环境保护、空间技术等方面的控制和信息处理问题。 智能控制系统是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，能很好地解决无法用精确的数学模型来表示的控制问题，其中最典型的是智能机器人。 9.1.3 自动控制系统的控制方式 不同的被控对象和不同的控制装置构成了不同的控制系统，所以自动控制系统的种类是很多的。自动控制系统一般有两种基本控制方式。 开环控制 9.1.4自动控制系统的基本组成 9.2 智能控制技术 9.3.1智能控制的基本概念 研究智能理论与技术的目的，是要设计制造出具有高度智能水平的人工系统(智能系统)，以便在那些必要的场合能够用人工系统替代人去执行各种任务。 在星际探险中的移动机器人,如美国研制的火星探测车. 具有视觉的越野自主车 能够模拟人的思维,进行博弈的计算机. 1997年5月11日,一个名为Deep Blue的IBM计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利?卡斯帕罗夫(Garry Kasparov). 智能控制：是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法，并将其同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效人的智能，实现对系统的控制。 智能控制学科的形成 1985年8月,IEEE在美国纽约召开了第一届IC学术讨论会.会上讨论了IC原理和系统结构. 之后,IEEE控制系统学会成立了IC专业委员会. 该专业委员会组织了对IC定义和研究生课程教学大纲的讨论. 1987年1月,在美国费城由IEEE控制系统学会与计算机学会联合召开了IC国际会议. 这是有关IC的第一次国际会议. 大会讨论了由于许多新技术问题的出现以及相关理论与技术的发展,需要重新考虑控制领域及其邻近学科. 这次会议及其后续相关事件表明,IC作为一门独立学科已正式在国际上建立起来. 9.3.2智能控制系统 一个系统如果具有感知环境、不断获得信息以减小不确定性和计划、产生以及执行控制行为的能力，就称为智能控制系统。 智能控制系统的结构 9.3.3 模糊控制 与常规控制方法相比，模糊控制有以下特点： ①模糊控制完全是在操作人员控制经验基础上实现对系统的控制，无需建立数学模型，是解决不确定性系统的一种有效途径。 ②模糊控制具有较强的鲁棒性，被控对象参数的变化对模糊控制的影响不明显，可用于非线性、时变、时滞系统的控制。 ③由离线计算得到控制查询表，提高了控制系统的实时性。 ④控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，为智能控制应用打下了基础。 9.3.4 人工神经网络控制 人工神经网络