第1章自动控制的一般概念-Rppt课件.ppt

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1、1.1自动控制的基本概念1.2自动控制系统的基本控制方式1.3自动控制系统的分类1.4自动控制系统的基本要求20:27:02第一章自动控制的一般概念控制理论的形成过程1.控制技术的早期应用①古罗马人发明的水管系统（类似反馈控制）。②古代自动装置在中国的三国时期，使用了自动指示方向的指南车。公元前14至公元前11世纪，中国和巴比伦出现了自动计时装置——刻漏（漏壶），为人类研制和使用自动装置之始。北宋元佑初年（1086-1089），古人发明的水运仪象台。③17世纪，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置。典型的有；法国物理学家B.帕斯卡(Pascal)在公元1642年发明的加法器；荷兰机械师

2、C.惠更斯(Huygens)于公元1657年发明钟表；英国机械师E.李(Lee)在公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师H.波尔祖诺夫于公元l765年发明了蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。指南车是一个保持方向恒定的自动装置。宋朝的燕肃在“莲华漏”中采用三级洞壶并浮子式阀门自动装置调节液位。水运仪象台观测、演示和报时2.自动控制作为一门科学发展的阶段1765年，瓦特（JimsWate）发明了蒸汽机，进而应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始。也就是自动控制作为一门科学发展的起点。但是，在应用中存在着第一个问题就是稳定性问题。18

3、68年，马克斯威发表的《关于调速器》一文指出，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，在此文中他提出根在左半平面问题。1877年劳斯（E．J．Routh）和1895年霍尔维茨（Hurwitz）相继发表论文，提出不需要求根就可判定系统稳定性的问题,后称为“代数判据”。1892年，俄国学者李雅普诺夫发表了“论运动稳定性的一般问题”的博士论文，提出了用适当的能量函数—李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性来鉴别系统的稳定性准则，从而总结和发展了系统的经典时域分析法。离心式飞锤调速器3.经典控制理论(Classicalcontroltheory)1932年

4、，奈奎斯特（H.Nyquist）发表了反馈放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据，即提出用频域响应来分析稳定性，就不需要从微分方程去研究根（稳定性）。后来，苏联学者米哈依洛夫又把奈奎斯特判据推广到条件稳定和开环不稳定系统的一般情况。接着美国麻省理工学院的波特（H.W.Bode）和尼柯尔斯又发展了奈奎斯特判据。1948年，伊文斯（W.R.Evans）提出了直观而又形象的根轨迹法。1948年，美国大数学家和控制论家维纳(N.Wiener)的《控制论》一书的出版，为控制理论的发展，提供了不少研究方向，并且奠定基础。1954年，钱学森编著《现代控制论》一书。从而就形成了完整的经典

5、控制理论。4.现代控制理论(Moderncontroltheory)为了开辟空间技术，在20世纪60年代初形成了现代控制理论。这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输出问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。主要代表人物有庞特里亚金、贝尔曼（Bellman）及卡尔曼（R.E.Kalman）等人。庞特里亚金于1961年发表了“极大值原理”；贝尔曼在1957年提出了“动态规则”；卡尔曼和布西1959年发表了关于线性滤波器和估计器的论文，即

6、所谓著名的“卡尔曼滤波”。卡尔曼在1962发表了“线性系统的能控性与能观测性”。70年代初，瑞典的奥斯特隆姆（K．J．Astrom）和法国的朗道(L.D.Landau)教授在自适应控制理论和应用方面做出了贡献。智能控制理论(Intelligentcontroltheory)20世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展，前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。“大系统理论”是用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论;“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律

7、，研制具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。智能控制这一概念最早出现于60年代，美籍华人科学家傅京孙（K.S.Fu）教授较早对此进行了研究，此后得到迅速发展，人们提出了各种与常规控制方法不尽相同的智能控制方法，如：专家控制系统，学习控制系统，分级递阶智能控制系统，模糊控制，神经网络控制，进化控制，知识控制等等。这些方法各有特点，它们从不同的角度模仿人的能力，解决常规方法无法解决的问题，取得了各自的进展，对智能控制的发展作出了贡献