基本概念自动控制系统.PPT

第一章 自动控制系统 线性控制系统Linear Control System 内容 自动控制系统基本概念 控制系统的数学模型 时域分析 根轨迹法 频域分析 状态空间分析和设计 采样控制系统的离散信号描述 第一章 自动控制系统 基本控制方式 控制系统基本概念 控制系统基本组成 控制系统分类 控制系统基本要求 线性系统的叠加原理 典型控制系统 控制系统 控制方式－开环 控制方式－闭环 控制方式－闭环 例1-1 人取书的反馈控制系统 例1-2 蒸汽机转速控制系统1769 例1-3 水钟 例1－4 压力调节器 设计实例：转盘速度控制 开环系统与闭环系统 开环系统的输出量不影响系统的输入量，系统可按给定量控制方式，也可按扰动控制方式组成；实现较容易，系统容易稳定，但控制精度不高 闭环系统反馈方式是按偏差进行控制的即将被控制量反馈到输入端与输入量进行比较，形成误差信号，从而实现对对象的自动控制。系统控制精度高，但稳定性较难。 控制方式－复合控制 控制方式－复合控制 基本概念 自动控制 Automatic control 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某一个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 重要元素 被控对象(Plant) 控制装置/控制器(Controller) 输入量/输入信号(Input) 被控量/输出量/输出信号(Output) 基本概念 自动控制系统(Automatic control system) 将被控对象和控制装置按一定的方式连接起来，组成一个有机总体，完成一定的任务。 自动控制理论(theory) 研究自动控制共同规律的技术学科 线性控制系统理论(Linear control system) 讨论控制系统理论中的基础性的较成熟的理论－经典控制论和状态空间论 闭环反馈系统的基本组成 测量与比较环节 放大环节 执行环节 闭环反馈系统的特点 负反馈 利用误差控制系统 抑制干扰 控制系统的分类 动态系统－差分方程／静态系统－代数方程 线性系统－满足叠加原理／非线性系统 连续系统－微分方程／离散系统－差分方程 时变系统／定常系统 恒值系统(调节系统) ／随动系统(跟踪系统） 程序控制系统 …… 控制系统的分类 判断下列系统的线性/非线性、定常/时变 控制系统的基本要求… 稳定性:保证系统正常工作的首要前提 控制系统的基本要求… 快速性:动态性能 (过渡过程) 控制系统的基本要求 准确性:稳态误差 (稳态过程) 线性系统的叠加原理 典型控制系统－数字控制系统 典型控制系统－计算机控制系统 典型控制系统－自动飞机着陆系统 典型控制系统－导弹发射和制导系统 应用-航天 应用-机械制造 应用-汽车、电力、化工、建筑、 应用-日常生活…… 发展历程… 早期(~1868) the prehistory 中国古代：西汉指南车，东汉天文仪、计时器、浑天仪 古希腊：水钟 Cornelis Drebbel [1624]熔炉温度调节器 W. Salmon [1746]家用供水水位浮球调节器 J. Brindley [1758]蒸汽机水位浮球调节器 抽水马桶专利[1775], Thomas Crapper改进 James Watt[1769]蒸汽机和飞球速度调节器 (the beginning of the Industrial Revolution ) 发展历程… 经典控制理论时期(1868~1960) the classical period --SISO,传递函数 1868年J.C. Maxwell蒸汽机调节器数学模型 稳定性分析方法: E.J. Routh [1877]/ A. Hurwitz [1895], A.M. Lyapunov[1892]—时域 频率分析法[1920‘s and 1930’s]:H.W. Bode, H. Nyquist ,H.S. Black (negative feedback), P.-S. de Laplace , J. Fourier, A.L. Cauchy N. Minorsky [1922] PID N.B. Nichols[1947] Nichols Chart W.R. Evans[1948]根轨迹法 Stochastic Analysis: N. Wiener [1949] A.N. Kolmogorov [1941] 发展历程 现代控制理论时期(1960~) the modern period –MIMO,状态空间法 非线性控制 计算机控制 最优控制 鲁棒控制 分布参数控制 离