中国石油大学 自动控制原理课件.ppt

自动控制原理 自动化专业最重要的专业基础课之一 1.主讲教师信息 主讲教师：于佐军 张晓东 联系方式： Email：yuzuojun@ 电话：8391460 办公室：自动化馆北楼203 316 答疑地点：自动化馆自动化系教研室（北楼211） 答疑时间：周四晚7:30-10:30 2.本学期课程安排 教材： 自动控制原理(第五版). 作者：胡寿松 出版：科学出版社 讲授内容：第一章～第八章 课程学时：总80学时(其中实验10学时) 考核方式：平时成绩+实验成绩+期中考试+期末考试 3.参考文献： 胡寿松，自动控制原理习题集，科学出版社 吴麒. 自动控制原理. 清华大学出版社，2006 戴忠达.自动控制理论基础。清华大学出版社，2005. Dorf R C. Modern control system(10th Edition) 王万良. 自动控制原理.高等教育出版社。 各类相关期刊杂志，网上资料 自动化学报，控制与决策，控制理论与应用 计算机测量与控制，微计算机信息，控制工程 在线交流 信控学院学术论坛——自控原理:8080/acbbs/index.asp 4.本课程与其他课程的关系 第一章 自动控制系统的基本概念 1-1 自动控制技术介绍 1-2 自动控制的基本原理 1-3 自动控制系统分类 1-4 控制系统性能要求 §1-1自动控制原理及技术介绍 1. 基本概念 自动控制 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个工作状态或参数自动地按照预定规律运行。 自动控制系统 为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。 2.自动控制技术的直观解释 3.自控原理技术介绍 自动控制原理是分析各种自动控制装置的统一理论，是其内在的共通规律 自动控制系统：不需要人参与就能完成任务 现实生活中有各种各样的例子：自动照相机，洗衣机，自动交通灯（红绿灯），自动门，自动水开关 工业中的例子也有很多：炼油化工装置自控系统，无人生产线，机器人，楼宇自动化 军事航空航天：飞机，导弹，航天飞机，航天飞船，火炮自动跟踪系统、人造卫星 生物，医学、经济、社会等诸多领域都有自动控制系统 自动控制技术已经成为现代社会中的不可缺少的一部分 比人工作的更好、更快、更准 把人从繁重危险的任务中解放出来 完成人无法完成的工作 自动控制原理这门课程就是来研究这些自动控制装置或系统的基本工作规律和原理 4.自动控制理论研究简史 经典控制理论：20世纪40-50年 起源：二战军工技术的需求 目标：反馈控制系统的稳定性 方法：微分方程、传递函数、根轨迹、频域分析 应用系统:单输入单输出系统（SISO） 现代控制理论：20世纪60年代 起源：冷战时期，空间技术发展的需求 目标：最优控制 方法：状态空间方程 应用系统:多输入多输出系统（MIMO） 智能控制理论：20世纪80年代 起源：智能技术和计算机技术的迅速发展 目标：智能控制 方法：专家系统、模糊控制技术、神经网络、智能进化算法等等 重要的人物： 1948，维纳《控制论》 1954，钱学森《工程控制论》 5.自动控制理论溯源 1769，瓦特，飞球调节器调节蒸汽机流量 1877/1895, 劳思/赫尔维茨稳定性判据 1932，乃奎斯特，频域稳定性分析 1948，维纳，《控制论》 1956，苏联，庞特里亚金，极大值原理 1956，贝尔曼，动态规划 1960，卡尔曼，最优滤波器 1954，钱学森，《工程控制论》 20世纪80年代至今，智能控制技术 在负载等干扰变化的情况下，飞球必须有一个偏离正常高度的持续偏差，以获得与负载变动相适应的蒸汽流量的变化，速度控制有误差 控制理论目前还在向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力，启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。 控制理论的深入发展，必将有力地推动社会生产力的发展，提高人民的生活水平，促进人类社会的向前发展。 近二十年来，由于信息技术、计算机技术的迅猛发展，工业领域自动化要求更加迫切，更使自动控制系统进入了黄金时代。 英国前首相撒切尔夫人：“不自动化就破产!”(Automation or Liquidation!)。 我们应能深切体会，日常的工作和生活己经处在“一切”尽在自动控制的时代。 §1-2 自动控制的基本原理 3.反馈控制原理 反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。 负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号 负反馈控制原理 将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制