大学自动控制原理第一章 绪论.ppt

3、炉温自动控制系统 + 电压 放大器 功率 放大器 ua 电炉 u1 ue + － + － uf － 给定毫伏信号 － + ur 热电偶 减速器 ~220V 可逆电机 uc 加热器 4、导弹发射架的方位控制 i 导弹发射架方位控制原理图 手轮 输入轴 P1 E0 ui ue ua + － u P２ E0 u0 放大器 输出轴 o 5、船舶随动舵的控制 船舶随动舵的控制系统原理图 P1 E0 P2 + － 放大器 直流 电动机 减速箱 + n u1 ue ui － uo 6、火力发电厂综合控制系统 第四节 自动控制系统的分类 1.4.1 线性控制系统和非线性控制系统 若组成控制系统的元件都具有线性特性，则称为线性控制系统。特点为： 系统用微分方程、传递函数或状态方程来描述 具有比例性并适用叠加原理 若在控制系统中有一个以上的元件具有非线性则称这种系统为非线性控制系统。特点为： 不具有比例性，也不适用叠加原理 系统的输出响应稳定性与其初始状态有关 * * 自动控制原理 电子信息科学与技术专业 课程性质：专业类选修课 课程编号：B0720208 课程学时：63/51/12 学分：3学分 应用电子技术教育专业 课程性质：专业类选修课 课程编号：B0740212 课程学时：63/51/12 学分：3学分 本课程主要内容 第一章 绪论 第二章 控制系统数学模型 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 第六章 控制系统的校正 第七章 离散控制系统（选学） 第八章 非线性控制系统（选学） 第九章 状态空间分析法（选学） 第一章 绪论 第一节 自动控制理论发展简介 第二节 自动控制系统的一般概念 第三节 开环控制和闭环控制 第四节 自动控制系统的分类 第五节 对控制系统性能的要求和本课程的任务 第一节 自动控制理论发展简介 自动控制理论是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。根据自动控制技术的发展，自动控制理论可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分，发展趋势是智能控制理论。 1.1.1 经典控制理论的形成和基本内容 （1）工业化促使自动控制装置产生 最早工业应用的自动装置：1769年Watt发明的飞球式蒸汽机(离心)调速器。 一种凭借直觉的实证性发明。 （2）最早的稳定性研究 1868年，J.C.Maxwell(麦克斯韦尔)以离心调速器为背景，发表了论文《论调节器》，研究了反馈系统的稳定性问题，得出系统稳定性取决于微分方程的特征根是否都具有一对负的实部，并针对二阶和三阶系统讨论了使特征根具有负实部时特征多项式系列应满足的条件。 （3）系统稳定判据 Hurwitz(霍尔维茨，1895)和 E.J.Routh(劳斯，1884)提出劳斯-霍尔维茨判据，A.M.Lyapunov(李雅普诺夫，1892)提出李雅普诺夫第一法与第二法。 H.Nyquist(奈魁斯特，1932年)提出奈氏判据。 Bode(波德，1927年)提出了对数频率特性的方法。 W.R.Evans(伊万斯，1948年)提出根轨迹法。目前仍然是系统设计和稳定性分析的一种重要方法。 （4）40-50年代SISO(Single Input Single Output)系统 二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论、 PID(比例-积分-微分)控制以及N.Wiener(维纳)的随机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方法。1948年 N.Wiener发表著名的《控制论》 （5）50年代末期所讨论的内容 系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等，也被称为经典控制理论。 经典控制理论研究的是单输入单输出线性定常系统的分析与设计。 1.1.2 现代控制理论 60年代初，随着计算机技术的发展和航天等高科技的推动，迫切需要一种理论能解决多输入多输出、高精度、参数时变系统的分与设计，产生了基于状态空间模型的“现代控制理论”。 50年代末，美国的Bellman(贝尔曼)、Kalman(卡尔曼)、俄罗斯的庞德里亚金等考虑用常微分方程作为控制系统的数学模型。 由于数字计算机的发展使得十年前尚无法进行的计算问题成为可能，这时李雅普诺夫的工作被引入到控制理论中来，而由Wiener(维纳)等人在第二次世界大战期间关于最优控制的研究也被用来研究系统状态轨迹的优化问题。 现代控制理论在标准形式或状态形式的常微分方程的基础上直接引进并大量使用了计算机。 现代控制理论的重要标志 状态空间法被引入到控制理论中来。Kalman提出了能控性与能观测性的表征系统结构特征的重要概念。“内部研究”代替了传统的“外部研究”，并使分析与