电气工程及其自动化专业导论幻灯片.ppt

(3) 反馈控制和频率法 进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统的分析和综合的研究。 1927年美国贝尔电话实验室的电气工程师H.S.布莱克在解决电子管放大器失真问题时首先引入反馈的概念。 不久拉普拉斯变换就被应用到分析自动调节系统的问题上，并取得了显著成效。传递函数就是在拉普拉斯变换的基础上引入的描述线性系统或线性元件的输入输出关系的函数，是分析自动调节系统的重要工具。在传递函数基础上发展起来的频率响应的方法即频率法已成为经典控制理论中分析和综合自动调节系统的重要方法。 1922年 N.米诺尔斯基发表《关于船舶自动操舵的稳定性》，1934年美国科学家H.L.黑曾发表《关于伺服机构理论》 1934年苏联科学家И．Н．沃兹涅先斯基提出《自动调节理论》 1938年苏联电气工程师A.B.米哈伊洛夫提出《频率法》。这些论文标志着经典控制理论的诞生。 1939年苏联科学院成立自动学和远动学研究所（1969年改名为控制问题研究所）。同年美国麻省理工学院建立伺服机构实验室。这是世界上第一批系统与控制的专业研究机构，为20世纪40年代形成经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的准备。 经典控制理论的诞生 局部自动化时期 (20世纪40-50年代) 1 经典控制理论的形成和发展 2 局部自动化的广泛应用 3 电子数字计算机的发明 20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期，一批科学家为了解决军事上提出的火炮控制、鱼雷导航、飞机导航等技术问题，逐步形成了以分析和设计单变量控制系统为主要内容的经典控制理论与方法。 在前述代数稳定判据和传递函数、依据频率响应的频率法判据的基础上加上W.埃文斯（Evans）1948年的根轨迹法（Root Locus Method），奠定了适宜用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。频率法（或称频域法，Frequency Method）成为分析和设计线性单变量自动控制系统的主要方法。早期，反馈控制系统通称为自动调节系统，后称为自动控制系统（Automatic Control System）。因此，调节器现也称为控制器。 随着高速飞行、核反应堆、大电力网和大化工厂提出的新控制问题：非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、时变系统、分布参数系统和有随机输入的系统的控制问题等的深入研究，经典控制理论在20世纪50年代有新的发展。 1 经典控制理论的形成和发展 ? 自动防空火力控制系统 在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的科学领域。 ? 2. 局部自动化的广泛应用 二次大战后，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机（Electronic Analog Computer）来设计自动控制系统。当时在工业上实现局部自动化，即单个过程或单个机器的自动化。 在20世纪30-40年代出现了统一信号的、通用的、标准的气动单元组合仪表。20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表。这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。 智能化的仪表和控制器是当前流行的产品。 ? 智能化的仪表YS-80及所属的可编程序智能控制器 ? 3 电子数字计算机的发明 目前小型电子数字计算机或单片计算机已成为复杂自动控制系统的一个组成部分，以实现复杂的控制和算法。 电子数字计算机内部元件和结构，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路的四个发展阶段。电子数字计算机的发明，为60-70年代开始的在控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程，奠定了基础。 ? 1945年美国数学家N.维纳把反馈的概念推广到一切控制系统。1948年维纳发表《控制论》一书,为控制论奠定了基础。 同年,美国电信工程师C.E.香农发表《通信的数学理论》，为信息论奠定了基础。 维纳和香农从控制和信息这两个侧面来研究系统的运动，维纳还从信息的观点来研究反馈控制的本质。从此人们对反馈和信息有了较深刻的理解。 控制理论的发展： 1954年中国系统科学家钱学森全面地总结了经典控制理论，并进一步把它提高到更高的理论高度上,在美国出版《工程控制论》一书。工程控制论使我们有可能有更广阔的眼界,用更系统的方法来观察有关的问题，因而往往可以得到解决旧问题的更有效的新方法，还可能揭示新的以前没有看到过的前景 50年代以后,经典控制理论有了许多新的发展。 1951年苏联科学家Я．З