POWERPOINT PRESENTATION - 大连海事大学本科教学质量与教学改革工程.ppt

第1章 自动控制的一般概念 自动控制原理 主讲：李广强 gqlimail@163.com 船舶自动化与仿真器研究所 科学会馆 323# 课程教材： 2003年度国家级精品教材 胡寿松 主编.自动控制原理(第四版).北京: 科学出版社. 参考书目： 1. 李友善 主编. 自动控制原理(第二版).北京: 国防工业出版社. 2. 吴麟. 自动控制原理. 北京: 清华大学出版社. 学时分配： 理论课60学时(含实践)，每周4学时 实验课4学时 考试办法： 平时成绩(含实验)约占30％ 期末考试成绩约占70％，闭卷笔试 课程主要内容： 主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统的分析等。 重点掌握：控制系统的数学建模； 线性系统的时域分析及稳定性分析：劳斯判据；根轨迹画法；系统的频率特性，奈奎斯特判据，对数幅频、幅相曲线；线性系统的校正；线性离散系统中的信号采样与保持，Z变换及性能分析；非线性系统的相平面分析法及描述函数法分析法等。 The basic conception of Automatic control 第一章自动控制的一般概念 内 容 提 要 历史的回顾 18世纪，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。 1884年，E. J. Routh提出了有关线性系统稳定性的判据。 1932年，Nyquist研制出电子管振荡器，同时提出了著名的Nyquist稳定性判据；此后Bode总结出了负反馈放大器。 1934年，Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。第二次世界大战期间，美国MIT伺服机构试验室对以往的自动调节器与反馈放大器作了总结，提出了反馈控制的数学基础。 历史的回顾 1948年，N. Wiener发表了著名的《控制论》，形成了完整的经典控制理论。 1950年，W. R. Evans提出了根轨迹法，能简便地寻找特征方程的根，进一步充实了经典控制论。 1954年，钱学森发表了名著《工程控制论》，对推动我国控制理论的工程应用起了很大的作用。 以上为经典控制部分 20世纪60年代，数字计算机技术的迅速发展为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。 从1960年至今，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和智能控制技术，都得到充分的研究。 控制理论的划分 古典控制理论 以传递函数为基础，主要研究单输入-单输出的一类定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早，现已趋成熟。 现代控制理论 以状态空间法为基础，主要研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。 知 识 要 点 本章内容 § 1.1 自动控制的基本原理与方式 § 1.2 自动控制系统示例 § 1.3 自动控制系统的分类 § 1.4 自动控制系统性能的基本要求 § 1.5 自动控制课程的主要任务和学习方法 小 结 1-1 自动控制的基本原理与方式 3 反馈控制原理(feedback control theory) 自动控制系统：为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机整体，这就是自动控制系统。 抽象成控制系统方块图 液位(自动)反馈控制系统 以液位(自动)反馈控制系统(feedback control system)为例说明： 5. 控制系统的基本控制方式 1.2 自动控制系统实例 2. 电阻炉微型计算机温度控制系统 图为某工厂电阻炉微型计算机温度控制系统原理示意图。图中，电阻丝通过晶闸管主电路加热，炉温期望值用计算机键盘预先设置(不一定是常值)，炉温实际值由热电偶检测，并转换成电压，经放大、滤波后，由 A／D变换器将模拟量变换为数字量送入计算机，在计算机中与所设置的温度期望值比较后产生偏差信号，计算机便根据预定的控制算法（即控制规律）计算出相应的控制量，再经D／A变换器变换成电流，通过触发器控制晶闸管导通角，从而改变电阻丝中电流大小，达到控制炉温的目的。 按控制方式可分为：开环控制、反馈控制、复合控制等 按元件类型可分为：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等 按系统功用可分为：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等 按系统性能分类：1）线性自动控制系统：线性定常自动控制系统；线性时变自动控制系统；2）非线性自动控制系统 按系统中传递信号的性质分类：1）连续系统；2）采样系统（离散信号） 按控制