自动控制原理-1.ppt

* （2）图形： 表示在t=0时刻出现了幅值为R的跳变，是最不利的外作用。R=1时的阶跃函数叫单位阶跃函数，常用1(t)表示。常用阶跃函数作为评价系统动态性能的典型外作用。所以阶跃函数在自动控制系统的分析中起着特别重要的作用。 2.阶跃函数 （1）数学表达式： * （1）数学表达式： （2）图形： 如R=1,叫单位斜坡函数，表示从t=0时刻，以恒速R变化。 跟踪通信卫星的天线控制系统，数控机床加工斜面时的给 进指令等，都可以采用斜坡信号作为典型输入信号。 3.斜坡函数 R * 4.脉冲函数 （1）矩形脉冲函数数学表达式 (2)图形： 脉冲函数是对ε趋于0，求极限得到的。数学表达式为: * 需要注意的是：脉冲函数在现实中是不存在的，只是数学上的定义。在现实系统中常把作用时间很短，幅值很大而强度有限的一些外作用近似看作脉冲函数。当A=1时，称为单位脉冲函数，记作δ(t),强度为A的脉冲函数r(t)表示成 r(t)=Aδ(t) * 5.正弦函数 （1）数学表达式： A为振幅，w=2πf 为正弦函数的角频率。上式的初始相角φ=0，如果初始相角φ不等于0，那么正弦函数r(t)的表达式为： r(t)=Asin(wt-φ) (2) 图形： * 正弦函数也是控制系统常见的一种典型外作用，很多实际的随动系统就是经常在这种正弦函数作用下工作的。更为重要的是，系统在正弦函数作用下的响应，即频率特性，是自动控制理论中研究系统性能的重要依据. * 1.7 自动控制理论发展简史 补充 * 一、历史 1.萌芽：18世纪第一次技术革命（机械化）时域分析 ①俄国人波尔佐诺夫发明锅炉水位调节器 ②英国人瓦特发明蒸汽机离心飞锤式调速器，萌生了自动控制的基本原理 ③1877年，劳斯，1895年，赫尔维茨分别提出了系统稳定的代数判据（19世纪末） * 2.奠定基础（20世纪）——经典控制论 ①30~40年代，奈奎斯特提出系统稳定性的频率判据 奈氏图、奈氏判据，从时域分析转到频域分析 ②1940年，伯德在频率法中引入对数坐标系，伯德图 ③1942年，哈里斯引入传递函数概念 ④1948年，伊万思提出根轨迹分析方法 ⑤1949年，英国人维纳在火炮控制中发现了反馈的概念，出版了《控制——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，奠定了控制论的基础 50年代中期，添加了非线性系统理论和离散控制理论，形成了完整的理论体系。 * 3.发展 迅速渗透到许多学科，应用于火炮、导弹控制系统，数控、电力、 冶金，自动化技术 钱学森，1954年首创“工程控制论”，推广到其它领域： 生物控制论：生命系统 经济控制论：经济运行与发展问题 社会控制论：社会管理与社会服务问题 随着计算机技术的发展，控制论无论在内涵上，还是在深度上和广度上都发展变化着，对促进生产的发展和社会进步产生深远的影响。 * 二、分类 1.经典控制理论 40~50年代，高阶常微分方程 以传递函数为基础，研究单输入、单输出系统SISO的分析和设计，针对线性定常系统，主要研究方法有时域分析法、根轨迹法、频率特性法。主要用根轨迹、奈氏图、波特图来进行分析和设计。 2.现代控制理论 60~70年代 以矩阵理论等近代数学方法作为工具，主要研究方法是状态空间法，主要是从时域分析系统，以矩阵分析为基础，解决多输入多输出MIMO的问题，可处理多变量、非线性、时变系统。 3.70年代至今 智能控制 最优控制、系统辨识、多变量控制、自适应控制、专家系统、人工智能、神经网络控制、模糊控制、大系统理论等等 。 * 自动控制课程的主要任务 本课程的主要内容是阐述构成、分析和设计自动控制系统的基本理论。对实际系统,建立研究问题的数学模型,进而利用所建立的数学模型来讨论构成、分析、综合自动控制系统的基本理论和方法。 作为研究自动控制系统的分析与综合的方法来说,对单输入单输出系统常采用的是时域法、频域法、根轨迹法以及目前广泛应用的计算机辅助设计。 * 自动控制系统的研究方法 自动控制研究的三个基本问题： 建立数学模型 系统性能分析 控制器设计 对象：单变量时不变连续系统 目标：稳、准、快 任务：分析、设计 * 1、通过自动控制系统的实例了解自动控制的定义，并了解控制对象，系统输入量、被控量、控制装置以及控制系统等概念。 2、控制系统按是否存在反馈分为开环控制系统和闭环控制系统。闭环控制系统即反馈控制系统，其主要特点是系统输出量经测量后返送到系统输入