第一章自动控制系统概述ppt(共15张PPT).pptx

第一章 自动控制系统概述; 在没有人参与的情况下，通过控制器或控制装置来控制机器或者设备等物流装置，使得机器设备的 受控物理量按照希望的规律变化，达到控制目的。 是研究控制系统的一般规律，不是讲具体的控制对象、系统、元件。 对象：如炼钢、化工反应，航空航天，机械汽车加工。 系统：运动过程，力学、电学、光学、生物等 元件：控制器、执行(电机),传感器 是自动化类、信息类的必修课，主干课，将具体元件根据自动控制原理组成、针对具体控制对象的系统， 包括： 1.研究一般规律：通过分析、研究各种具体系统的一般规律，但联系实际有具体意义，从物理特性和规 律出发，但不局限于物理规律，而是找出共同规律使之能更广泛的应用。 2.提供基本方法：通过规律的研究，提供针对具体问题的分析，解决问题的方法，如对实际控制系统， 建立模型，求解，分析并解决问题，提供一种通用的思想和方法。 3.一种思想方法，不仅针对一般的物理系统，还可以推广对自然科学，社会科学，如生产、经济、环境 等问题。 如系统的观点，全局观念、反馈思想，这些思想是靠潜移默化，长期训练得到的，特别是复杂的，大 惯性的系统，如：环境、生态，人口等问题，仅靠当前、局部的一些思考方法和措施不能很好解决， 引入这自动控制、自动化等思想可以提供更全面地、长期的分析、解决问题的方法。作用的同时也 吸取其它学科知识。; 二、发展历史： 古代有很多朴素的应用，如车轮、弓箭飞行的稳定性等，具有利用负反馈的思想来工作，但 都未上升到理论、系统的高度。 ( 一 ) 18世纪前，多为简单的装备，对自动控制的要求和研究不多，瓦特发明蒸汽机，有了强 大的能源，开始出现复杂的设备，由于机械化代替了人力，人处于操纵地位，出现了自动化装置。 但这些装置有时并不总按设计的方式工作，如驾驶汽车。因为：传动，放大，延迟的问题，造成 系统指标不满足预期要求甚至出现不稳定现象，如蒸汽机、柴油机的失速，导致调速器的发明。 电子的发展对稳定性提出要求，反馈的思想出现、船舶自动驾驶、伺服系统出现?? 控制理论发展：建立数字模型——微分方程：称为时域模型 1877: 劳斯-霍尔维茨：代数稳定判据， 由于微分方程求解困难，进展缓慢，少量应用， (二) 1932: 奈氏判据1934:伺服控制系统、1945:波德图 1948: 根轨迹法以及维纳滤 波理论。 此时，利用拉氏变换解微分方程并分析，引入信号里的频域分析思想，称为频率法 以上统称：经典控制理论。 此阶段，经历了第一，二次工业革命，大工业时代，炼钢，机械，电力等飞速发展，第一，二 次大战，雷达，大炮，飞机等发明和广泛应用更加这种飞速发展。; 第一章 自动控制系统概述 二、发展历史： (三)60年代以来，以极大值原理，动态规划，卡尔曼滤波和系统辩识，尤其是状态空间法， 解决复杂的多输入、输出问题，直到现在的：非线性，最优控制，系统辩识、自适应控 制等，该阶段称为现代控制理论；自动控制普遍用于工业，如炼钢，石化，发电，供电， 国防，计算机出现为复杂问题的时域解提供可能，自动控制成功应用于航空，航天、核 工业、乃至社会、经济等尖端领域，自动化发展高峰。 (四)当前，理论上未出现划时代的进展，如模糊控制，人工智能，神经网络，混沌理论、 大系统理论，基本上是理论的，局部的一些解决方案，而在作为技术方法层上借助计算机， 通信等实现较多，缺少一个普遍的，实践上有重大意义的思想或理论。特别是目前科技发展 快、分工多，难以对现有技术和需求做全局到局部的系统认识和分析。 (五)我国历史和现状 我国起步晚，在现代科学史上没有占据一席之地，1954年钱学森创立并引入工程控制论，80 年代普遍开展教学和研究，但基础工业落后，以原料到生产，各方面落后，从自动化的材料、 元件、系统和技术各方面都与发达国家有较大差距。; 三、 自动控制系统及分类 (一)开环与闭环： (结构) 1、开环：不用对输出量测量并与期望值比较 如：洗衣机，交通灯等，校时等运行的系统都是开环， 一般基于时序或给定逻辑的控制都是开环控制。 如例中，输出速度，位置不用比较，其它：帆板控制。 特点：简单，稳定，成本低，精度低，元件要求高，抗干扰差，适于输入量已知，扰动小。如：放大器浮移， 电机传动间隙负载变化等，就使结果不同，就系统须元件精度高，稳定，凭经验。; 扰动量 输入量! 调压器 (手柄位置)! 控制装置; 第 一 章 自动控制系统概述 (一)开环与闭环： (结构) 2. 闭环：通过控制并反馈到输入端比较，根据偏差进行控制 负反馈： 一般使用：; 自动控制原理研究的是，负反馈的闭环控制系统 r(t) 轨入元件 点 改定或刺提 为电信