《自动控制原理》课件1第一章 绪论.ppt

*1.5对控制系统的要求和分析设计1.5.1对系统的要求各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备以下两个方面的性能(基本要求)：（a）使系统的输出快速准确地按输入信号要求的期望输出值变化。（b）使系统的输出尽量不受任何扰动的影响。对自控系统性能的要求一般可归纳为三大性能指标：（1）稳定性：要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量。（2）瞬态质量：要求系统瞬态响应过程具有一定的快速性和变化的平稳性。*在实际系统中，由于总是存在着不同性质的储能元件。并且也由于能源功率的限制，使得系统放大能力必然有限。因而使相应的运动加速度不会太大，速度和位移不会瞬间变化，而要经历一段时间，即系统运动必然有一个渐变的过程。r(t)t0c(t)t0（3）稳态误差：要求系统最终的响应准确度，限制在工程允许的范围之内，是系统控制精度的恒量。*1.5.2控制系统的分析和设计1.系统分析系统给定，在规定的工作条件下，对它进行分析研究，其中包括稳态性能和动态性能分析，看是否满足要求，以及分析某个参数变化时对上述性能指标的影响，决定如何合理地选取等。2.系统的设计系统设计的目的，是要寻找一个能够实现所要求性能的自动控制系统。因此，在系统应完成的任务和应具备的性能已知的条件下，根据被控对象的特点，构造出适合的控制器是设计的主要任务。应进行的步骤如下：（1）熟悉对系统性能的要求。（2）根据要求的性能指标综合确定系统的数学模型。*（3）若控制对象是已知的，根据确定的系统数学模型和已知部分的数学模型，求得控制器的数模和控制规律。（4）按综合确定的数模进行系统分析，验证它在各种信号作用下是否满足要求。若不满足，及时修正。（5）样机设计制造和试验，验证设计结果。1-6自动控制理论的发展概况具有“自动”功能的装置的历史可追逆到公元前14~11世纪在中国、埃及和巴比伦出现的自动计时漏壶。公元4世纪，希腊柏拉图(Platon)首先使用了“控制论”一词。运用反馈原理设计出来并成功应用的是英-瓦特(J.wate)于1788年发明的蒸汽机用的离心式飞锤调速器。*后来，英-麦克斯韦(J.C.Maxwell)于1868年发表了“论调速器”一文，对它的稳定性进行了分析，指出控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来研究。当属最早的理论工作。1875年英-劳斯(E.J.Routh)和德-赫尔维茨(A.Hurwitz)先后提出了根据代数方程系数判别系统稳定性的准则。1892年俄-李雅普诺夫出版了专著“论运动稳定性的一般问题”，提出了用李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性判别系统稳定性的准则，从而建立了动力学系统的一般稳定性理论。1932年美籍瑞典-奈奎斯特(H.Nyquist)提出了根据频率响应判别反馈系统稳定性的准则。*1938年前苏联米哈依洛夫提出了图解分析方法判别系统稳定性的准则，把奈氏判据推广到条件稳定和条件不稳定系统的一般情况。1948年美国维纳(N.wiener)出版了专著《控制论—关于在动物和机器中控制和通信的科学》，系统地论述了控制理论的一般原理和方法，推广了反馈的概念，为控制理论学科的发展奠定了基础。该书的出版标志控制学科的诞生。1954年我国-钱学森在美出版了《工程控制论》一书，书中所阐述的基本理论和观点，奠定了工程控制论的基础。*三个时期（1）经典控制理论（本世纪30~50年代）对象：SISO线性定常系统数学工具：拉氏变换数模：传递函数方法：频域法根轨迹法（2）现代控制理论（本世纪50~70年代）对象：MIMO非线性系统时变系统数学工具：线性代数矩阵理论数模：状态空间表达式方法：状态空间法*（3）大系统理论和智能控制理论（本世纪60年代末~）多样化发展的时期理论方法：自动控制理论，人工智能，模糊数学，神经网络，运筹学等美-扎德(L.A.Zadel)美籍华人傅京生(J.S.Fu)和桑