控制工程基础第三版课件---第一章-概论.ppt

第一章 概述 1.1 控制工程的发展 1.2 自动控制系统的基本概念 1.3 控制理论在机械制造工业中的应用 1.4 综合例题 1.1 控制工程的发展公元前1400－1100年，中国、埃及和巴比伦相继出现自动计时漏壶，人类产生了最早期的控制思想。  公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制，是“系统”观念的杰出体现。 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水的自动计时装置。 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪。 公元235年，中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(司南车） 另有发明击鼓记里 公元1637年，中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想的提花织机结构图。 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次工业革命。 维纳，MIT教授，曾于1936年到清华大学任访问教授。早期进行模拟计算机研究，二战期间参与火炮控制研究，提炼出负反馈概念。 1948年，维纳所著《控制论》的出版，标志着这门学科的正式诞生。 1954年，我国科学家钱学森在美国运用控制论思想和方法，用英文出版《工程控制论》，首先把控制论推广到工程技术领域。  接着短短的几十年里，在各国科学家和科学技术人员的努力下，又相继出现了生物控制论，经济控制论和社会控制论等，控制理论已经渗透到各个领域，并伴随着其它科学技术的发展，极大地改变了整个世界。控制理论自身也在创造人类文明中不断向前发展。控制理论的中心思想是通过信息的传递、加工处理并加以反馈来进行控制，控制理论是信息学科的重要组成方面。  根据自动控制理论的内容和发展的不同阶段，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”的内容是以传递函数为基础，以频率法和根轨迹法作为分析和综合系统基本方法，主要研究单输入，单输出这类控制系统的分析和设计问题。  “现代控制理论”是在“经典控制理论”的基础上，于60年代以后发展起来的。它的主要内容是以状态空间法为基础，研究多输入，多输出、时变参数、分布参数、随机参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制等理论都是这一领域重要的研究课题，近年来计算机技术和现代应用数学的结合，又使现代控制理论在大系统理论和模仿人类智能活动的人工智能控制等诸多领域有了重大发展。  第一颗人造卫星（苏联，1957年）  第一颗载人飞船（苏联，1961年）  人类首次登上月球（美国，1969年）  首架航天飞机（美国，1981年）  首次冲出太阳系（美国，1989年）  仿人机器人（日本，2001年）  神州五号载人航天成功（中国，2003年）  勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年） “作为技术科学的控制论，对工程技术、生物和生命现象的研究和经济科学，以及对社会研究都有深刻的意义，比起相对论和量子论对社会的作用有过之无不及．我们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论，也许可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞跃。” ——钱学森 1.2 自动控制系统的基本概念 一、自动控制理论的相关概念 在这里先举两个简单的例子： 1、人工控制恒温箱 1.2 自动控制系统的基本概念 [动态过程] 观测恒温箱内的温度（被控制量） 与要求的温度（给定值）进行比较得到温度偏差的大小和方向 根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。 1.2 自动控制系统的基本概念 2、恒温箱自动控制系统 1.2 自动控制系统的基本概念 [动态过程] 恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2 恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信号Δu=u1-u2 温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差Δu=0,电机停止转动。 1.2 自动控制系统的基本概念 控制：是指使机器、设备或生产过程等的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程等的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统：是指由控制装置与被