[工学]01绪论.ppt

1、自动控制技术及其应用 所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 如： 飞机导航 无人驾驶飞机按预定轨迹飞行 雷达技术 2、自动控制技术应用于其他领域 由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等领域，控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。 近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用取得了长足进展。 1868年麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）基于微分方程描述从理论上给出了它的稳定性条件。 1877年劳斯（E.J.Routh）,1895年霍尔维茨（A.Hurwitz）分别独立给出了高阶线性系统的稳定性判据； 1892年，李雅普诺夫（A.M.Lyapunov）给出了非线性系统的稳定性判据。 总结:经典控制理论的分析方法为复数域方法,以传递函数作为系统数学模型，常利用图表进行分析设计，比求解微分方程简便。 优点:可通过试验方法建立数学模型，物理概念清晰，得到广泛的工程应用。 缺点:只适应单变量线性定常系统，对系统内部状态缺少了解，且复数域方法研究时域特性，得不到精确的结果。 (二)、现代控制理论阶段 20世纪60年代初，在原有“经典控制理论”的基础上，形成了所谓的“现代控制理论” 。 为现代控制理论的状态空间法的建立作出贡献的有： 1954年贝尔曼(R.Bellman)的动态规划理论， 1956年庞特里雅金(L.S.Pontryagin)的极大值原理， 1960年卡尔曼（R.E.Kalman）的多变量最优控制和最优滤波理论。 (三)、大系统控制理论阶段 20世纪70年代开始，出现了一些新的控制方法和理论。如 （1）现代频域方法，该方法以传递函数矩阵为数学模型，研究线性定常多变量系统； （2）自适应控制理论和方法，该方法以系统辨识和参数估计为基础，处理被控对象不确定和缓时变，在实时辨识基础上在线确定最优控制规律； （3）鲁棒控制方法，该方法在保证系统稳定性和其它性能基础上，设计不变的鲁棒控制器，以处理数学模型的不确定性； （4）预测控制方法，该方法为一种计算机控制算法，在预测模型的基础上采用滚动优化和反馈校正，可以处理多变量系统。 大系统理论是过程控制与信息处理相结合的综合自动化理论基础，是动态的系统工程理论，具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 大系统理论目前仍处于发展和开创性阶段。 (四)、智能控制阶段 智能控制的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。 被控对象的复杂性体现为:模型的不确定性，高度非线性，分布式的传感器和执行器，动态突变，多时间标度，复杂的信息模式，庞大的数据量，以及严格的特性指标等。而环境的复杂性则表现为变化的不确定性和难以辨识。 试图用传统的控制理论和方法去解决复杂的对象，复杂的环境和复杂的任务是不可能的。 智能控制的方法包括模糊控制，神经元网络控制，专家控制等方法。 3、自动控制系统的分类 自动控制系统有多种分类方法，一般，为了全面反映自动控制系统的特点，常常将各种分类方法组合应用。 （5）、开环控制系统与闭环控制系统的主要区别 3、自动控制系统的分类 按系统功用分 按给定信号分类：定（恒）值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 按信号性质：连续和离散控制系统 按数学描述：线性和非线性控制系统 按输入、输出的数目： 单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO） 系统。 本课程研究的是线性、连续、SISO、定值控制系统 * 内反馈和外反馈 内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，称为内反馈。它是系统内部各个元素之间相互耦合的结果。内反馈是造成机械系统存在一定的动态特性的根本原因，纷繁复杂的内反馈的存在使得机械系统变得异常复杂。 外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈，称为外反馈。 温度控制系统 压力控制系统 位置控制系统 ? ? ? 其他分类： * * 4、对控制系统的基本要求 稳定性要求当系统受到外界扰动作用时，系统的输出 将偏离平衡位置，当这个扰动作用去除后，系统恢复 到原来的平衡状态或趋于一个新的平衡状态的能力。