《自动控制原理》电子教案(共8章).docxVIP

第一章自动控制的一般概念 第一节控制理论的发展 自动控制的萌芽：自动化技术学科萌芽于18 世纪，由于工业革命的发展，如何进一 步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。 特点：简单的单一对象控制。 1. 经典控制理论分类 线性控制理论，非线性控制理论，采样控制理论 2. 现代控制理论 3. 大系统理论 4. 智能控制理论 发展历程： 1.经典控制理论时期(1940-1960) 研究单变量的系统，如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车的运 动轨迹等。 1945年美国人 Bode 出版了《网络分析与放大器的设计》,奠定了控制理论的 基础； 1942年哈里斯引入传递函数； 1948年伊万恩提出了根轨迹法； 1949年维纳关于经典控制的专著。 特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法，研究单输入—单输出线性定常控 制系统的分析和设计，而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。 2. 现代控制理论时期(20世纪50年代末-60年代初) 研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏板) 和两个输出(方向和速度)的控制系统。空间技术的发展提出了许多复杂的控制问 题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了 极严格的要求。并推动了控制理论的发展。 Kalman 的能控性观测性和最优滤波理论； 庞特里亚金的极大值原理； 贝尔曼的动态规划。 特点：采用状态空间法(时域法),研究对输入-多输出”、时变、非线性系统 等高精度和高复杂度的控制问题。 3. 大系统控制时期(1970s-) 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究 的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一 个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、 人体血液中各种成分的控制等等。 2 4. 智能控制时期 这是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上的应用。它的指导思 想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的 复杂的控制问题。 特点：人工智能、神经网络等的普遍研究和应用到自动控制之中。 第二节自动控制及自动控制系统 控制：使对象达到预期的状态或性能的动作。 基本概念 自动化 (Automation 或 Automatization) 1.自动控制 就是指在脱离人的直接干预，利用控制装置(简称控制器)使被控 对象(或生产过程等)的某一物理量(如温度、压力、PH 值等)准确地按照预期的 规律运行。 2.自动控制系统 能自动对被控对象的被控量(或工作状态)进行控制的系统。 3. 被控对象(又称受控对象) 指工作状态需要加以控制的机械、装置或过程。 4. 被控量 表征被控对象工作状态且需要加以控制的物理量，也是自动控制系统 的输出量。 5. 给定值(又称为参考输入) 希望被控量趋近的数值。又称为规定值。 6. 扰动量(又分为内扰和外扰) 引起被控量发生不期望的变化的各种内部或 外部的变量。 7. 控制器(又称调节器) 组成控制系统的两大要素之一 (另一大要素即为被 控对象),是起控制作用的设备或装置。 8. 调节机构 接受调节作用而去改变调节量的具体设备。 9. 负反馈控制原理 将系统的输出信号反馈至输入端，与给定的输入信号相减， 所产生的偏差信号通过控制器变成控制变量去调节被控对象，达到减小偏差或消除 偏差的目的。 控制装置 自动控制系统由被控对象和控制装置两部分组成。 控制装置包含的主要单元： 测量单元 用来测量被调量，并将被调量转换为与之成比例(或其它函数关系) 的某种便于传送和综合的信号。由检测元件和变送器组成。 给定单元——用来设定被调量的给定值，发生与测量信号同一类型的给定值信号。 调节单元 接受被调量和给定值信号，比较后的偏差信号发出一定规律的调节执 行给执行器。由控制器或计算机装置组成。 执行器 根据调节单元送来的调节指令去推动调节机构，改变调节量。 控制 就是根据被调量偏离给定值的情况，适当地动作调节机构，改变调节量， 最后抵消扰动的影响，使被调量回复到给定值。 第三节自动控制系统的方框图 在研究自动控制系统时，为了便于分析并直观地表示系统中各个组成部分(环节) 间的相互影响和信号的传递关系， 一般习惯采用方框图(也称方块图)来 表示。 执行机构 执行机构 测量、变送器 干扰 n 受控对象 偏 控制器 测量信号 给定值 C 一.几个基本概念 ① 环节——方框图中，系统的每一个