自控原理课件第2-1.2章第01章

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1、自动控制原理主讲：龚锦红7/15/20211平时成绩组成及权重：考勤：5平时测试：8作业：12平时表现：5与其它课程的联系：先修课程：高等数学、物理、电路7/15/20212第一章绪论自动控制理论7/15/20213自动控制在国民经济中的作用工业生产过程中自动励磁调节器：维持发电机电压为定值军事领域中火炮自动跟踪并命中飞行目标。航天技术方面导弹发射和制导系统；无人驾驶飞机等等现代农业生产中其他领域生物、医学、经济管理、环境等等7/15/20214第一节自动控制理论发展史简述自动控制是一门年轻的学科,它在20世纪40年代末才形成。18世纪中叶由瓦特研制的世界

2、上最早的自动控制系统器——蒸汽发动机速度的调节。1932年——奈奎斯特——针对反馈放大器——几何稳定判据。1945年——Bode提出来了反馈放大器的一般分析与设计方法频率法，并编著了《网络分析与反馈放大器的设计》一书。1947年美国出版了当时世界上第一本控制方面的教材《伺服机原理》。1948年美国麻省理工学院的辐射研究所完成了雷达自动跟踪、火炮指挥仪和数控车床等一系列的自动控制实践工程。7/15/202151948年，Evans工程师提出了一种很实用的控制系统的分析与设计方法——根轨迹法。——一种图解法1877年，Routh1895年，Hurwitz50年

3、代中期——非线性控制系统、离散控制系统美国数学家维纳把那时发表的有关控制方面的理论称为——“控制论”。劳斯—赫维茨判据7/15/2021620世纪60年代前的控制理论----经典控制理论。经典控制理论研究的是单输入—单输出线性定常系统的分析与设计，所用的数学工具是常微分方程和复变函数。20世纪60年代后所提出的控制理论---现代控制理论。用这种理论能分析与设计多输入—多输出，高精度和参数时变系统的分析与设计，其内容有状态空间分析法，最优控制原理最优估计、系统辨识、大系统理论、模糊控制与预测控制、智能控制等，它们所研究的问题和所用的数学工具也各不相同。7/1

4、5/20217自动控制理论发展简介自动控制理论经典控制理论现代控制理论自动控制原理系统数学模型的建立时域分析频域分析法根轨迹法非线性系统采样控制系统7/15/20218外部输入—输出描述的传递函数数学工具数学模型积分变换、Z变换，传递函数研究领域时域频域7/15/20219研究对象数学工具常用分析方法局限性经典控制理论单输入-单输出线性定常系统微分方程，传递函数时域分析法，频域分析法,根轨迹分析法对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力现代控制理论多输入-多输出变系数，非线性等系统线性代数、矩阵理论状态空间法比较繁琐（但由于计算机技术的的迅速发展，这一局

5、限性已克服)7/15/202110控制理论发展历程：机械化——电气化——自动化——信息化和智能化。由此可见，经典控制理论是基础，它卓有成效地解决单输入-单输出线性定常系统的分析与设计，是解决一般工程问题的基本方法。经典控制理论的一些基本概念有助于研究现代控制理论相关的内容。因此本教材主要介绍经典控制理论的相关内容。7/15/202111第二节自动控制系统的一般概念自动控制就是要人不直接参与的条件下，利用控制器使被控制的对象（如生产设备、生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按规定的规律变化（或运行）。如：图1-1水池液面控制系统一、液位控制系统水池液

6、面控制如图1-1所示。电网的电压与频率自动地保持不变金属切割机床的速度在电压变化或负载变化时能自动保持不变手动控制7/15/202112人工控制的恒值水位系统简单的水位自动控制系统7/15/202113人工控制的恒值水位系统简单的水位自动控制系统+-放大器电动机减速器7/15/202114人工控制测量实际液面的高度ｈ0-------用眼实际液面高度ｈ0与希望液面高度h1相比较-------用脑按比较的结果，即液面高度偏差的正负去决定控制动作-------用手液面人工控制系统的方框图如图1-2所示。图1-2液面人工控制系统的方框图7/15/202115自动控

7、制人工控制中有三种职能作用：测量、比较和执行，而在自动控制系统中也必须有这三种，如图1-3所示。图1-3液面自动控制系统被控对象-----水池测量元件-----浮子比较机构-----浮子的希望位置与实际位置之差放大机构-----提高系统的控制精度执行元件-----驱动被控对象，以改变被控制的量液位控制系统由以下五部分组成：7/15/202116何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。被控对象：指需要给以控制的机器、

8、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、