《自动控制原理及工程实践》教材配套教学课件（完整版）（文字可修改版）.pptx

;单元一 自动控制系统认知; 1．了解自动控制理论的发展过程。 2．会分析自动控制系统的组成，确定控制系统的被控对象、被控量和给定量。 3．能根据系统的工作原理图画出系统组成方框图。 4．熟悉自动控制系统的分类及其特点。 5．能明确自动控制系统的基本要求。 ;知识重点：;; 自动控制理论主要是以定量的方式研究如何设计有效的反馈规律，从而使受控的动态系统达到所期望的目标的一门科学，它是自动化技术的重要基础，根据自动控制理论的理论基础及所能解决的问题的难易程度，我们把自动控制理论的发展大体的分为了三个不同的阶段，分别是：经典控制理论阶段、现代控制理论阶段、大系统理论阶段与智能控制理论阶段。这种阶段性的发展过程是由简单到复杂、由量变到质变的辩证发展过程。那么，这三个阶段的标志性特征是什么？各个阶段发展递进是如何体现的呢？异同点是什么？这就是任务一需要解决的问题。 ;1、经典控制理论阶段 经典控制理论即古典控制理论，20世纪50年代之前的控制理论应用都属于这个范畴。早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。例如，两千年前我国发明的指南车（如图1.1），就是一种开环自动调节系统。;1、经典控制理论阶段 到十七、十八世纪，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。1788年，英国人瓦特(J. Watt)在他发明的蒸汽机上使用了离心调速器（如图1.2），解决了蒸汽机的速度控制问题，引起了人们对控制技术的重视。 ;1、经典控制理论阶段 此后，英国数学家劳斯(E.J. Routh)和德国数学家胡尔维茨(A. Hurwitz)分别在1877年和1895年各自提出了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则，两个著名的稳定性判据——劳斯判据和胡尔维茨判据，奠定了经典控制理论中时域分析法的基础。 1932年美国物理学家奈奎斯特(H. Nyquist)提出了频域内研究系统的频率响应法，建立了以频率特性为基础的稳定性判据，随后，伯德(H.W. Bode)和尼科尔斯(N.B. Nichols)在1930年代末和1940年代初进一步将频率响应法加以发展，形成了经典控制理论的频域分析法。1948年，美国科学家伊万斯(W.R. Evans)创立了根轨迹分析方法，为???析系统性能随系统参数变化的规律性提供了有力工具，被广泛应用于反馈控制系统的分析、设计中。 ;1、经典控制理论阶段 1947年美国数学家维纳(N. Weiner)把控制论引起的自动化同第二次产业革命联系起来，并与1948年出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》。书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制理论这门学科奠定了基础。我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并与1954年出版了《工程控制论》。 到20世纪50年代，经典控制理论发展到相当成熟的地步，形成了相对完整的理论体系。经典控制理论主要研究对象是单输入、单输出系统，系统的数学模型是传递函数，其分析和综合方法基于时域分析法、根轨迹法和频率特性法。;2、现代控制理论阶段 现代控制理论是20世纪50年代中期兴起，在空间技术推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确发射到预定轨道一类的控制问题。这类问题十分复杂，用经典控制论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了极大值原理的综合控制系统新方法。之前，美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划，在1956年应用于控制过程。他们的研究解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制论中最优控制。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论。几乎同一时期，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制论中。状态空间法中能控性和能观测性成为控制理论两个最基本概念。一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新原理和方法确立，这标志着现代控制论的形成。;2、现代控制理论阶段 现代控制理论是基于时域内的状态空间分析法，它的数学模型主要是状态方程。控制对象可以是单输入单输出控制系统，也可以是多输人多输出控制系统，可以是线性定常控制系统，也可以是非线性时变控制系统，可以是连续控制系统，也可以是离散和(或)数字控制系统。因此，现代控制理论的应用范围更加广泛。主要的控制思路有极点配置、状态反馈、输出反馈的方法等。由于现代控制理论的分析与设计方法的精确性，因此，现代控制可以得到最优控制。但这些控制策略大多是建立在已知系统的基础之上的。严格来说，大部分的控制系统是一个完全未知或部分未知系统，这里包括系统本身参数未知、系统状态未知两个方面，同时被控制对象还受外界干扰、环境变化等因素影响。;