昆明理工大学自动控制原理课件第1章 自动控制系统的基本概念.ppt

自动控制原理  昆明理工大学自动化系 2008-1-6 课程内容 控制系统基本概念 物理系统建模方法 时域分析方法 复域分析方法 频域分析方法 系统校正 其他 教材及主要参考书 《自动控制原理 》李玉惠 晋帆主编 向凤红主审 清华大学出版社 2008 参考书 《自动控制原理 》陈玉宏 向凤红主编 重大出版社 2002 《自动控制原理 》王建辉 主编 清华大学出版社 2006 《自动控制理论与设计》 上海交大出版社 徐薇莉等 《Automatic Control System》Benjamin C. Kuo （高教出版社 ） 第1章 自动控制系统的基本概念 1.1 引言 1.2 开环控制系统和闭环控制系统 1.3 自动控制系统的基本构成 1.4 自动控制系统的分类和应用 1.5 对自动控制系统的基本要求 1.1 引言 自动控制的自然和人造系统 自动控制理论发展简史 自动控制中的常用术语 自动控制的自然和人造系统 人体自然系统 体温控制系统 心跳控制系统 眼球聚焦系统 新陈代谢系统 血液系统 呼吸系统 肾肝肺系统 这些系统持续的自动控制 是我们保持健康的基本条件 这些系统是在我们非有意 识干预的情况下自动运行的 自动控制的自然和人造系统 天体自然系统 银 河 系 的 恒 星 运 动 自动控制的自然和人造系统 自动控制的自然和人造系统 人造系统 全自动洗衣机 电冰箱 电饭煲 电梯控制系统 温度控制系统 水位控制系统 速度控制系统 刹车防抱死系统 自动控制理论发展 (1) 1787年，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。 1868年，J.C.Maxwell在论文“论调节器”中首先解释了Watt速度控制系统中出现的不稳定问题，通过线性常微分方程的建立和分析，指出了振荡现象的出现与从系统导出的一个代数方程根的分布有密切的关系，开辟了用数学方法研究控制系统运动特性的途径。 自动控制理论发展 (2) 1877年 E.J.Routh和1895年 A.Hurwitz分别独立地建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则。 1892年A.M.Lyapunov用严格的数学分析方法全面地论述了稳定性问题,Lyapunov稳定性理论至今仍然是分析系统稳定性的重要方法。 1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。 自动控制理论发展 (3) 1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯变换应用到求解电路网络的问题上，创立了运算微积分，随后被应用到分析自动控制系统的问题上，并取得了显著的成就。 1927年美国贝尔实验室的电气工程师H.S.Blsck在解决电子管放大器失真问题时首先引入反馈的概念。 自动控制理论发展 (4) 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。 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。 自动控制理论发展 (5) 1948年，美国科学家W.R.Evans提出了有名的根轨迹的分析方法，并于1950年进一步应用于反馈控制系统的设计，形成了与频率响应方法相对应的另一核心方法——根轨迹法。 1956年，前苏联科学家L.S.Pontryagin提出极大值原理。同年美国数学家R.Bellman创立动态规划。极大值原理和动态规划为最优控制提供了理论工具。 1959年美国数学家R.E.Kalman提出了著名的卡尔曼滤波器，1960年又提出能控性和能观测性的概念。 19世纪50年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。 自动控制理论发展 (6) 19世纪60年代，数字计算机的出现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年到1980，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分的研究。 从1980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。 自动控制理论发展 (7) 经典控制理论 现代控制理论 大系统理论 智能控制理论 自动控制理论发展 (8) 经典控制理论 以传递函数为基础,研究单输入—单输出一类定常