自动控制理论第一章.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一章 绪论 经典控制理论 形成于20世纪20—40年代，标志性成果 波特： 波特图分析反馈放大器，为频域分析法奠定了基础（1927） 奈奎思特：反馈放大器的稳定性判据（1932） 伊万思：根轨迹法，从复频域根轨迹设计和分析系统（1948） 维纳：创建控制论，从理论和方法论层面分析了反馈的作用（1948） 以上成果及代数稳定判据和传递函数理论，奠定了适宜用于单变量控制问题的经典控制理论的基础。频率法（或称频域法，）成为分析和设计线性单变量自动控制系统的主要方法。 经典控制理论中包含了简单非线性系统的分析，主要有描述函数法和相平面法。 * 第一章 绪论 现代控制理论 随着航空航天、卫星、导弹技术的发展，产生了现代控制理论（50—70年代） 标志性成果 贝尔曼：动态规划（1957） 卡尔曼：卡尔曼滤波（1959） 庞特里亚金：极大值原理（1961） 奥斯忒隆姆、朗道：自适应控制（60年代） 现代控制理论以状态变量法为主要工具，可以处理线性与非线性系统，可以处理多输入——多输出系统，计算机技术对现代控制理论的发展起到了十分重要的作用。 * 第一章 绪论 后现代控制理论 ◎ 后现代控制理论 80年代以后，控制理论向广度与深度发展 大系统，是指规模大，结构复杂变量众多的信息与控制系统。在系统理论中，采用状态方程和代数方程相结合的数学模型，状态空间，运筹学等相结合的数学方法。 智能控制 是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人， 智能主体等。 21世纪 网络、通讯、人机交互为代表的信息自动化 集成的理论与技术。 * 第一章 绪论 后现代控制理论的迅速发展 后现代控制理论的迅速发展，形成了多个重要分支 （1）系统辩识、建模与仿真技术 （2）鲁棒控制与自适应控制 (3) 大系统理论 (4) 模式识别和智能系统 (5) 复杂系统智能控制 (6) 非线性系统控制（与鲁棒、自适应结合） (7) 基于网络的控制 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一章 绪论 衰减振荡过程 稳定 发散振荡过程 不稳定 * 第一章 绪论 开环控制系统与闭环控制系统 2. 闭环控制系统 常见控制规律 比例控制 P 积分控制 I 微分控制 D 实际常采用 PD PI PID * 第一章 绪论 控制种类 基本定义 特点 典型例子 开环控制 控制器的控制作用 由系统的给定输入 决定，经过执行机 构控制被控对象， 系统的输出不影响 控制作用。 优点：控制系统的设计、实现比较简单。 缺点：当外界扰动或参数变化而造成输出量偏离预期的目标时，对于这种偏差没有调节的能力。 应用场合：一般应用于动态控制性能要求比较低或扰动对系统性能影响不大的场合。 电机顺序启动控制 步进电机开环控制 自动门的开启控制 交通信号的顺序控制 广告灯的顺序控制 电饭锅的顺序控制 闭环控制 通过测量装置将输 出信号传递到输入 端与期望信号进行 比较，得到偏差信 号作用于控制器， 产生控制信号使得 偏差朝着减小的趋 势变化，使系统的 运动趋于预定的目 标（例如趋于稳定 状态）。 优点：通过设计控制器，可使系统具有满意的动态及稳态性能。可以减少或部分消除各类干扰的影响。可以减小系统参数变化所造成的影响。 缺点：增加了系统的复杂度，提高了系统的成本。可能造成系统的稳定性问题。 应用场合：广泛应用于各种具有较高的动态及稳态性能指标的自动控制系统 机床电机速度控制 雷达天线位置随动控制 温度控制 压力控制 液位控制 汽车恒速行驶控制 卫星姿态控制 机器人运动控制 * 第一章 绪论 确定性系统与随机系统 确定性系统 系统的模型、参数、输入信号均为已知，输出可以用数学方法加以准确地确定。 确定性系统可以用微分方程、差分方程、传递函数等数学工具进行描述。 随机系统 系统输入信号具有随机性或输出测量具有随机干扰时，对应系统称为随机系统。随机系统的控制需要更多的数学工具，理论十分复杂。 本课程仅研究确定性系统 * 第一章 绪论 连续系统与离散系统 连续系统 系统的模型可以由微分方程描述，输入、输出信号均为时间的连续函数。 水位控制系统、电机调速控制系统等均为连续系统。本课主要研究连续系统。 离散系统