《自动控制原理及其应用》 课件全套 王晶晶 第1--5章 概述、控制系统的数学模型 ---频域校正.ppt

自动控制原理及其应用

学习强国有哪些信誉好的足球投注网站“自动控制

原理”

课程介绍

•控制类专业考研专业课

•考试课

•期末成绩（考试成绩*占比+平时成绩*占比）

•平时成绩包括：出勤、作业、课堂参与

（旷课一次扣5分，请假需要有辅导员批准的假

条）

•课程时间：2-19周

•特别提醒：两个作业本。每节课都需要带纸

和笔，备用。

课程主要内容

•第1章概述

•第2章控制系统的数学模型

•第3章时域分析法

•第4章根轨迹分析法

•第5章频域分析法

•第6章线性系统频域校正

讨论

•你如何理解自动控制？

•你能定义自动控制吗？

•对于自动控制，你有想说的吗？

第1章

概述

z

•1.1自动控制理论的发展阶段

•1.2自动控制的一般概念

•1.3自动控制系统的组成

•1.4自动控制系统的类型

•1.5对控制系统性能的要求

•1.6MATLAB软件

1.1自动控制理论的3个发

展阶段

·1.经典控制理论(19世纪初)

传递函数

时域法

复域法(根轨迹法)

频域法

·2.现代控制理论(20世纪60年代)

线性系统自适应控制

最优控制鲁棒控制

最佳估计容错控制

系统辨识集散控制

·3.智能控制理论(20世纪70年代)

专家系统模糊控制

神经网络遗传算法

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自动控制理论是在人类征服自然的生产实践活动中孕育、

产生并随着社会生产和科学技术的进步而不断发展、完善起

来的。

早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和

对反馈概念的直观认识，发明了许多闪烁着控制理论智慧火

花的杰作。例如，我国北宋时期天文学家苏颂和韩公廉建造

的水运仪象台，就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自

动控制系统；1681年，法国物理学家、发明家巴（D．Papin）

发明了用作安全调节装置的锅炉压力调节器；1765年，俄国

人普尔佐诺夫（I．Polzunov）发明了蒸汽锅炉水位调节器等。

对人类社会生产的发展产生巨大推动作用，从而被世界

公认为第一个自动控制系统的是1788年英国人瓦特

（J．Watt）发明的飞球调节器，解决了蒸汽机的速度控制

问题，如下图所示。

负反馈在蒸汽机速度控制中的应用

飞球调节器的发明进一步推动了蒸汽机的应用，促进了工业

生产的发展。但是，有时为了提高调速精度，蒸汽机速度反而出

现大幅度振荡，其后相继出现的其他自动控制系统也有类似的现

象。由于当时还没有自动控制理论，所以不能从理论上解释这一

现象。为了解决这个问题，不少人为提高离心式调速机的控制精

度进行了改进研究。有些人认为系统振荡是因为调节器的制造精

度不够，从而努力改进调节器的制造工艺，这种盲目的探索持续

了大约一个世纪之久。

1868年，英国物理学家麦克斯韦（J．C．Maxwell）发表“论

调速器”论文，第一次指出不应该单独讨论一个离心锤，必须从

整个控制系统出发推导出微分方程，然后讨论微分方程解的稳定

性，从而分析实际控制系统是否会出现不稳定现象。这样，控制

系统稳定性的分析就变成了判别微分方程的特征根的实部的正、

负号问题。麦克斯韦的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开

端。

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年独立建立了直接根据代

数方程的系数判别系统稳定性的准则。这些方法奠定了经典控制

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）研究了

长距离电话线信号传输中出现的失真问题，运用复变函数理

论建立了以频率特性为基础的稳定性判据，奠定了频域响应

法的基础。随后，伯德（H．W．Bode）和尼柯尔斯

（N．B．Nichols）在20世纪30年代末和40年代初进一步发

展了频域响应法，