第1章自动控制原理课件.pptVIP

自动控制理论基础 电气工程与自动化专业 专业基础课(必修课) 1-3 晶体管稳压电源如图所示，画出其方框图，并说明电路中哪些元件起着测量、放大、执行的作用，系统的给定值、输出量、干扰量分别是什么？ 题1.3图 * 第1章 自动控制原理概述 自动控制原理是自动控制技术的基础理论，它分为经典控制理论和现代控制理论两大部份。 经典控制理论：它以反馈控制理论和传递函数为基础，研究单输入----单输出控制系统的分析和设计问题，主要的研究方法是根轨迹法和频率法。 现代控制理论：它以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、变参数、非线性、高精度控制系统的分析和设计问题。 自动控制理论 经典控制理论 现代控制理论 线性控制理论 非线性控制理论 采样控制理论—— Z变换法 时域分析法 频域分析法 根轨迹法 李亚普络夫第二法 相平面法 描述函数法 波波夫法 智能控制 状态反馈控制——状态空间法 预测控制 自适应控制 模糊控制 神经网络控制 多层递阶控制 多指标综合优化控制 1.1 自动控制的发展历史 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动的按照预定的规律运行。 例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件；无人驾驶飞机按照预定轨迹自动飞行和升降；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定等，这一切都是以高水平的自动控制技术为前提的。 控制系统的发展简史 1769 James Watt改进了蒸汽机和调节装置。Watt蒸汽机的普及和使用成为英国工业革命开始的标志。这个时期，自动化技术得到飞跃发展。 1800 Whiney的关于通用部件的制造理论被用于步枪的生产中。 1868 J.C.Maxwell总结出了蒸汽机调节器控制的数学模型公式。 1913 Herry Ford把流水装配线引入到汽车生产中。 1927 H.W.Bode系统的分析了反馈放大器。 1932 H.Nyquist发展了一种用于分析系统稳定性的独特方法。 1952 为控制机床轴承，麻省理工学院发展了数控技术。 1954 George Davol制造了“流程化产品传送装置”，被认为是第一个工业机器人。 1960 在Davol的设计基础上，第一台通用机械手机器人出现。它在1960年被用来装配在压铸机上。 1970 状态变量模型和最优化控制理论出现。 1980 鲁棒控制系统的设计与研究得到进一步发展。 1994 反馈控制被广泛的应用于汽车工业。可靠的鲁棒系统受到制造业的极大欢迎。 随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、机器人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术有着特别重要的作用，它的发展目标是实现高度灵活与高度自动化。 不仅如此，自动控制技术的应用范围已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域中，自动控制已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。 控制器 输入量 被控对象 控制量 输出量 开环控制系统 1.2 开环控制和闭环控制 若控制系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。 即输入---输出间只有顺向作用，没有反向联系。 开环控制 开环控制系统特点： 开环转速控制系统 1. 结构简单,成本低; 2. 系统稳定性好; 3. 抗干扰能力差,无自动修正被控量偏差的 能力,故系统精度低。 4. 可用于控制精度要求不高的场合。 功率放大器 + - + - SM + - ua ur n 负载 被控量 给定输入 在实际生活中，开环控制系统的例子是很多的。如自动售货机、自动洗衣机、产品生产自动线、数控车床以及指挥交通的红绿灯的转换等，一般都是开环控制系统。 闭环控制系统是一种反馈控制，在控制过程中对被控量（输出量）不断检测，并将其反馈到输入端与给定值比较，利用放大后的偏差信号产生控制作用，从而使被控量最终趋于期望输出。但与此同时，反馈的引入使本来稳定运行的开环系统可能出现强烈震荡，甚至不稳定，这是采用反馈控制构成的闭环控制系统需要解决的问题。 闭环控制 闭环控制系统 控制器 输入量 被控对象 控制量 输出量 检测元件 - 扰动 控制器 输入量 被控对象 控制量 输出量 检测元件 - 扰动 信号的传递方向用箭头表示。信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路（道）；由系统输出端沿箭头方向经测量元件反馈到输入端的传输通路，称为主反馈通路。前向通路和主反馈通路