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1、控制理论魏俊秀主讲电气工程及其自动化控制理论：自动化学科的重要理论基础引言研究自动控制共同规律的技术科学自动控制原理控制理论体系自动控制技术应用自动控制系统（1）自动控制（2）控制理论（3）自动控制理论（4）机械工程控制基础（5）自动控制工程基础（6）过程控制原理自动控制原理专业控制理论课程学习要面临数学基础宽而深控制原理抽象计算复杂且繁琐绘图困难计算机数学语言MATLAB数值解/解析解（数学运算）控制理论的内容二十世纪三项科学革命：控制论、量子论、相对论控制论：经典控制理论现代控制理论（智能控制理论）经典控
2、制理论(古典控制理论)以传递函数为基础，研究单输入---单输出定常控制系统的分析与设计问题：线性控制系统分析：时域分析、稳定性与稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。非线性控制系统分析：相平面分析、描述函数分析。（连续控制系统、离散控制系统）现代控制理论以状态空间法为基础，研究多输入--多输出时变、非线性、高精度、高效能控制系统的分析与设计问题：（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、大系统复杂系统）智能控制（专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法）参考资料自动控制原
3、理（第五版）胡寿松自动控制原理实验指导李秋红自动控制原理的MATLAB实现黄忠霖控制数学问题的MATLAB求解薜定宇交流伺服系统郭庆鼎自动控制原理习题集胡寿松现代控制工程（第三版）卢伯英课题一：自动控制的概念实例（示意图）人工（手动）控制：（1）对象：储液系统（2）目标：物位（3）眼睛：观察物位变化（4）大脑：分析、比较、判断（5）手/脚：动作执行课题一：自动控制的概念实例（示意图）自动控制：（1）对象：储液系统（2）目标：物位（3）传感器：检测物位变化（4）控制器：控制功能（5）执行器：完成控制动作传感器信
4、号信号驱动设备控制原理框图（控制理念）对象手脚（执行器）大脑（控制器）眼睛（传感器）控制对象执行装置控制器测量装置自动控制概念的解析自动控制：利用控制装置自动地操纵机器设备或生产过程，使其具有希望的状态或性能。自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。控制对象控制器输入量输出量扰动量?控制对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。控制器：对控制对象起控制作用的控制装置总体。输入量：作用于控制系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。输出量：位于控制系统输出端，并要求实现
5、自动控制的物理量。扰动量：破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号。自动控制系统控制原理方框图控制对象执行装置控制器测量装置控制器比较环节输入量偏差测量值输出量控制量扰动量控制动作广义对象自动控制装置元素：（1）：元件（2）：信号（物理量）及传递方向（3）：比较点（信号叠加）（4）：引出点（分支、信号强度）（5）+/-：符号的意义（正、负反馈）炉温控制系统方框图关键点：工作原理输入输出被控对象中间环节信号传递(自动控制系统方块图的绘制)控制系统一、控制原理与方式1.开环控制开环控制系统是指无被控量反馈的控制系
6、统,即需要控制的是被控对象的某一量(被控量),而测量的只是给定信号,被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构如图所示。控制器控制对象扰动给定值输出量控制器控制对象扰动输出量测量装置按给定值操纵的开环控制原理方框图按扰动补偿的开环控制原理方框图信号由给定值至被控量单向传递。这种控制较简单,但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干扰,或工作中特性参数发生变化,会直接影响被控量,而无法自动补偿。因此,系统的控制精度难以保证。从另一种意义理解,意味着对受控对象和其它控制元件的技术要求较高。如数控线切割机进给系统、包装
7、机等多为开环控制。2.反馈控制——闭环控制（核心）闭环控制的定义是有被控制量反馈的控制,其原理框如图所示。从系统中信号流向看,系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合通道,故称闭环控制系统,或反馈控制系统。前/正向通道反/负向通道这种控制方式,无论是由于干扰造成,还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差,系统就利用偏差去纠正偏差,故这种控制方式为按偏差调节。闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精度。但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复杂,构造比较困难。需要指出的是
8、,由于闭环控制存在反馈信号,利用偏差进行控制,如果设计得不好,将会使系统无法正常和稳定地工作。另外,控制系统的精度与系统的稳定性之间也常常存在矛盾。开环控制和闭环控制方式各有优缺点,在实际工程中应根据工程要求及具体情况来决定。如果事先预知输入量的变化规律,又不存在外部和内部参数的变化,则采用开环控制较好。如果对系统外部干扰无法预测,系统内部参数又经常变化,为保证控制精度,采用闭环控制则更为合适。如果
