用经典控制论分析系统的动态和稳态性能方法.ppt

准备知识 《高等数学》 微积分知识、微分方程 《电路分析》 基本的电子学和力学知识 参考书目 《信号与系统》 郑君里 高等教育出版社 《自动控制原理及其应用》 黄坚 高等教育出版社 《自动控制原理》，胡寿松主编，国防工业出版社，2008 《自动控制原理》，李友善主编，国防工业出版社 1989年 matlab 概述 系统的数学模型 控制系统的时域分析法 根轨迹法 频率特性法 齐次性 是指当输入信号x(t)增加为原来的a倍，响应y(t)也增加为原来的a倍。 叠加性 是指当几个激励信号同时作用于系统时，系统的总响应等于每个激励单独作用所产生的响应之和。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。既是一门古老的、已臻成熟的学科，又是一门正在发展的、具有强大生命力的新兴学科。从1868年马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里，自动控制理论的发展可分为四个主要阶段： 第一阶段：经典控制理论（或古典控制理论）的产生、发展和成熟； 第二阶段：现代控制理论的兴起和发展； 第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段； 第四阶段：智能控制发展阶段。 一.经典自动控制理论 劳斯（1877年）和赫维茨（1895年） 稳定性的代数判据 1932年 奈奎斯特 稳定性判据，稳定裕量 1945年 伯德 伯德图法 1948年 伊文斯 根轨迹法。 20世纪50年代中期，非线性系统理论和离散控制理论 二.现代自动控制理论（20世纪60-70年代） 1956年 庞特里亚金 极大值原理 1957年 贝尔曼 提出了动态规划 1960年 卡尔曼 最优滤波理论和状态空间方法 三.“大系统理论”和“智能控制”(20世纪60年代至今 ) 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的向的指南车 (235年)； 中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想的提花织机结构图（1637）； 英国 J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度 (1788年)。 二.经典控制（ 1935--1950） 美国 N. Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法 (1922)； 美国 E. Sperry以及C. Mason 研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器 (1929)； 三.现代控制 美国MIT 的Servomechanism Laboratory 研制出第一台数控机床(1952)； 美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954) ，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation； 美国的M. E. Merchant 提出计算机集成制造的概念(1969)； 日本Fanuc 公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976)； 中国批准 863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统和智能机器人两个主题 (1986)。 日本安川公司娱乐机械狗 (2001)； 二、定常系统和时变系统 定常系统: 若系统微分方程的系数为常数，则称之为线性定常系统。此类系统为本书主要讨论对象。 系统数学模型微分方程的系数不是时间变量的函数。 否则称为时变系统。 1.2　自动控制系统的分类 三、连续系统和离散系统 连续系统： 系统中各部分的信号都是时间的连续函数即模拟量。 离散系统： 系统中有一处或多处信号为时间的离散函数，如脉冲或数码信号。 若系统中既有模拟量也有离散信号，则又可称之为采样系统。 1.2　自动控制系统的分类 四、恒值系统、随动系统和 程序控制系统 系统的给定值为一定值，而控制任务就是克服扰动，使被控量保持恒值。 例如：电机速度控制、恒温、恒压、 水位控制系统等。 恒值系统： 1.2　自动控制系统的分类 随动系统： 系统给定值按照事先不知道的时间函数变化，并要求被控量跟随给定值变化。 程序控制系统： 系统的给定值按照一定的时间函数变化，并要求被控量随之变化。 1.2　自动控制系统的分类 火炮随动控制 1.3 对控制系统性能的要求 常见的评价系统优劣的性能指标是从动态过程中定义出来的。对系统性能的基本要求有三个方面。 二、快速性 一、稳定性 三、准确性 第一章 概 述 系统受外作用力后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。 一、稳定性 1.3 对控制系统性能的要求 稳定性： 如果系统受外作用力经过一段时间，其被控量达到某一稳定状态，则系统是稳定的。 否则为不稳