【精选】控制系统的总论.ppt

1.4 对自动控制系统的基本要求 过度过程：在输入量作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态过程 稳态过程：过度过程结束后的输出响应 自动控制系统性能的基本要求（三个方面） ●稳定性 Stability ●过度过程性能（快速性） Dynamic Performance Specification ●稳态误差 （准确性或控制精度） Steady-state Error * 稳定性:系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏差平衡点恢复到原来平衡状态的能力。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。 过度过程性能：描述过渡过程性能可以用平稳性和快速性加以衡量，一般称为动态性能。如：上升时间、峰值时间、调整时间、超调量。 稳态误差：系统过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差叫稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。 * 1.5 控制系统的计算机辅助设计 控制系统的计算机辅助设计发展概况 第一阶段：60～70年代，采用一个或者几个控制系统计算程序组成的控制系统计算机辅助设计软件包。 第二阶段：70～80年代，功能齐全的用于多变量系统设计的计算机辅助设计软件包。 第三阶段：80中期开始，产生仿真软件MATLAB—控制系统计算机辅助设计仿真系统。 * 控制系统计算机辅助设计的主要内容 计算机辅助建立系统模型 数学模型表示方式之间的相互转换 计算机辅助分析和设计控制系统 * 数字仿真实验采用目前世界上最为流行的计算机仿真软件MATLAB。它是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境，已经成为一种实用的全新计算机高级编程语言。 在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。MATLAB更是研究和解决工程计算问题的一种标准软件，被用来解决一些实际课题和数学模型问题。 MATLAB仿真软件 * 学习的流程： 输入X，根据网络的状态方程沿信号传播方向计算出网络输出Y 假设已知输入为X时，期望输入为D，则网络学习的流程为： 计算目标函数 Jε? yes 训练完成 修正权值 No 智能控制: 第三章 神经网络控制 * 网络的状态方程可以描述为 网络的学习 假设d(k+1)是网络的期望输出，定义目标函数为： 同样可以根据BP算法来对网络权值进行训练： 智能控制: 第三章 神经网络控制 * 3.2.3 递归网络 BP算法 权值修正 …… d + - 输入层 隐层 输出层 智能控制: 第三章 神经网络控制 第1章 自动控制的一般概念 3、利用状态变量，基于时域分析的现代控制理论应运而生。 第1章 自动控制的一般概念 额外头儿 * 可以用网络来逼近非线性函数 课程安排 * 1 控制系统导论 （2学时） 2 控制系统的数学模型 （8学时） 3 时域分析法 （10学时） 4 根轨迹法 （4学时） 5 频域分析法 （12学时） 6 线性系统的校正方法 （4学时） 第一章 导论 * 1.1 自动控制的基本原理 1.2 自动控制系统示例 1.3 自动控制系统的分类 1.4 自动控制系统的基本要求 1.5 自动控制系统的分析与设计工具 1.1 自动控制的基本原理 1 自动控制系统 在没有人直接参与下，利用采集和加工的信息，构造控制装置（控制器）按一定的控制规律产生作用，使受控客体（控制对象）某一物理量（被控量）达到所要求的性能或实现预定目标的系统。 控制对象：控制系统要进行控制的受控客体 如冰箱、空调、洗衣机、电梯、飞机、汽车、潜艇、电厂锅炉、 酿酒过程等各种机器或生产过程。 被控量：控制对象要实现的量 如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态角、船的航迹 、电网的电压 、生产过程中的压力、流量 、温度 、湿度等。 * 2 自动控制理论的发展简史 人类对控制系统的基本原理（反馈）早有认识，并利用它创造许多装置。如2000年前，罗马人：水位控制系统（淋浴） ，神庙（开关门）英雄装置。中国能工巧匠（技师、工程师 、科学家 ）：苏颂的水运仪象台，张衡的地震方向测定仪。 1786年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 1868年，英国J.C 麦克斯韦首先解释了瓦特速度控制系统中出现的不稳定问题。1877年 劳斯 ，1892年李雅普诺夫 1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动