1-1 绪论教学讲义.ppt

《自动控制原理》;自动化的核心是“控制” ;3. 自动化的发展历史;公元235年马钧研制出 能自动指示方向的指南车 ;1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器 ;1913年美国建成最早的 汽车装配流水线;;装配机器人;自动立体仓库;注塑机;机器人足球比赛;机器人干活;4. 自动控制系统（应用举例）;2006.8.21我校获全国大学生智能汽车比赛亚军（于清华大学）;无人驾驶汽车;1－2 自动控制理论的内容;1、经典控制理论 研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。 2、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如: 汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏 板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。 计算机科学的发展，极大地促进了控制科学的发展。;经典控制理论 与 现代控制理论 ; 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有 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。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制等等。 大系统控制理论目前仍处于发展阶段。; 这是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上的应用。它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。 学派：结构派和功能派 它是一门新兴的控制学科，有些问题尚存有争议，然而由于它实用性强，能运用人们的经验与技巧解决许多以往控制中难以解决的棘手问题（如建模等），因此得到了人们极大的重视。;1－3 控制系统的基本组成;例1. a.温度——人工控制 ; ;b.温度—— 自动控制;闭环控制系统的基本组成 ;控制系统的基本组成 输入信号——系统控制目标的反映，是人的意志的具体体现。 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制 量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行状态。 ;例2：火炮自动跟踪系统——“火炮打飞机”;典型的反馈控制系统的结构图; A、按信号的传递路径来分类 1、开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路。输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。 ; 2、闭环控制系统（反馈控制系统） 特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。 ;内燃机转速控制系统 ;1、恒值控制系统（或称自动调节系统、自动镇定系统） 特点：输入信号是一个恒定的数值。工业生产中的恒 温、恒压等自动控制系统都属于这一类型。 2、过程控制系统（或称程序控制系统） 特点：输入信号是一个已知的函数。系统的控制过程 按 预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化 工中的压力、温度、流量控制。 恒值控制系统可看成输入等于常值的过程控制系统。 ; 特点：输入信号是一个未知函数。要求控制系统的输出量跟随输入信号变化。 如：火炮自动跟踪系统。 该系统要求有较好的跟踪能力。;1、连续系统 特点：系统各部分信号都是模拟的连续函数。目前工业 中普遍采用的常规仪表PID调节器控制的系统。 2、离散系统 特点：系统的某一处或几处信号以脉冲序列或数码形式传递的控制系统。系统中用脉冲开关或采样开关，将连续信号转变为离散信号。其中离散信号以脉冲形式传递的系统又叫脉冲控制系统，离散信号以数码形式传递的系统又叫数字控制系统。; ;四、按描述系统的数学模型不同来分类 1、线性系统 特点：系统由线性元件构成，描述运动规律的数学模型为线性微分方程。运动方程一般形式： ? 式中：r(t)——系统输入量； c(t)——系统输出量 主要特点是具有叠加性和齐次性。;2、非线性系统 特点：在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性 环节。 非线性的理论研究远不如线性系统