自动控制理论作 浙江大学 邹伯敏 教授 第一章.ppt

第一章 绪论 第一章 绪论 第一节 自动控制理论发展简介 第二节 自动控制系统的一般概念 第三节 开环控制和闭环控制 第四节 自动控制系统的分类 第五节 对控制系统性能的要求和本课程的任务 第一节 自动控制理论发展简介 自动控制理论是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。根据自动控制技术的发展进程，自动控制理论可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论的形成和基本内容 （1）工业化促使自动控制装置产生 最早工业应用的自动装置：1769年Watt发明的飞球式 蒸汽机调速器。 一种凭借直觉的实证性发明。 （2） 最早的稳定性研究 J.C.Maxwell（麦克斯韦尔），1868年发表《论调节器》，研究调节器的微分方程，线性化处理，系统稳定性取决于微分方程的特征根是否都具有一对负的实部，针对二阶和三阶系统讨论了使特征根具有负实部时，特征多项式系列应满足的条件。 文献： J.C. Maxwell. On Governors. Proc. of the Royal Society of London. 16, 1868. （3） 系统稳定判据 由Hurwitz（霍尔维茨，1895年）和 E.J.Routh（劳斯，1884年）提出的劳斯-霍尔维茨稳定判据 A.M.Lyapunov（李雅普诺夫，1892年）提出了李雅普诺夫第一法与第二法 （5） 50年代末期所讨论的内容主要有：系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等，也被称为经典控制理论。 现代控制理论 空间技术竞赛催生了现代控制理论 50年代末，美国的Bellman（贝尔曼）、 Kalman（卡尔曼）和俄罗斯的庞德里亚金等考虑用常微分方程作为控制系统的数学模型。由于数字计算机的发展使得十年前尚无法进行的计算问题成为可能，这时李雅普诺夫的工作被引入到控制理论中来，而由Wiener（维纳）等人在第二次世界大战期间关于最优控制的研究也被用来研究系统状态轨迹的优化问题。 软着陆---------极大值原理（1956） 最小燃料控制-----动态规划 （1957） 姿态控制--------状态空间理论(1960） 在科学和工程技术的发展过程中，自动控制技术起着重要的作用。除了在宇宙飞船、导弹发射和飞机驾驶等系统中，自动控制技术具有特别重要的作用之外，它在现代机器制造和工业生产过程中也是不可缺少的重要组成部分。 随着自动控制理论和技术的不断发展，自动控制技术的广泛应用使生产设备或过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率和产品质量、降低了生产成本、改善了劳动条件，而且在人类向大自然挑战、探索新能源、改善人民生活等方面都起着极其重要的作用。 1）自动控制技术应用于军事、航天领域 火炮、雷达、跟踪系统；人造卫星；宇宙飞船。 2）自动控制技术应用于工业生产过程 轧钢过程；工业窑炉；石油化工；水泥建材； 玻璃、造纸等。 3）自动控制技术应用于现代农业生产 自动灌溉；农产品质量检测；病情检测等。 4）自动控制技术应用于其它领域 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。 生物：人口控制，药物动力学 金融：货币控制 家庭：电饭煲，洗衣机 第二节 自动控制的一般概念 自动控制就是要人不直接参与的条件下，利用控制器使被控制的对象（如机器、设备或生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按规定的规律变化（或运行）。 如： 第三节 开环控制与闭环控制 图中 开环控制 该系统自动调节的过程 三、自动控制系统举例 1、恒温箱控制系统 第四节 自动控制系统的分类 三种常用的分类方法 连续控制系统和离散控制系统 第五节 对控制系统性能的要求和本课程的任务 控制系统的性能一般从以下三方面来评价 图1-16 火力发电厂综合控制系统 自动控制理论 线性控制系统和非线性控制系统 　若组成控制的元件都具有线性特性，则称这种系统为线性控制系统 　若在控制系统中有一个以上的元件具有非线性则称这