第一章自动控制系统概念ppt课件.ppt

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1、自动控制原理第一章控制系统的一般概念课程的内容及要求通过本课程的学习，要求掌握自动控制系统的组成和工作原理；掌握建立简单控制系统数学模型的方法；掌握分析控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法；了解线性系统的校正方法。课程的内容及要求了解系统动态过程及性能。对于一个给定的已存在的具体系统，如何从理论上对系统的动态性能进行定性分析和定量估算——系统分析。根据给定的系统的动态性能要求，如何根据已知的受控对象，合理地确定控制装置的部分结构和参数——系统设计。控制思想的起源控制思想与技术的存在至少已有数千年的历史了。“控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在的

2、渴望，控制理论与技术也自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中发展起来。自动控制的定义及意义自动控制是指应用自动化仪器、仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。历史上的三本重要著作《通讯的数学理论》（AMathematicalTheoryofCommunication），目前被作为信息论开端的香农(ClaudeElwoodShannon,1916-)的论文。奠定了信息论的基础。《控

3、制论，或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，控制论创立者维纳（NorbertWienner,1894-1964）的经典论著。《工程控制论》钱学森(TsienHS,1991-)的著作《工程控制论》（EngineeringCybernetics.1954）。这三部著作对人类社会有着巨大的影响，产生了新型的综合性基础理论：控制论，信息论和工程控制论。自动控制系统的常用概念控制：某个主体使其它对象按照一定的目的动作的过程，“其它对象”可以是一个过程，也可以是器械、生产系统。自动控制：在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动按照预定要求(规律)运行的行为。

4、自动控制系统：实现自动任务的系统被控对象：以上所指的其它对象，通常称受控对象，即机械或装备，如燃气轮机、锅炉等。被控量：表征被控对象工作状态的物理量，如电压、转速、温度等。输入量：作用与系统输入端，是实现输出量控制的参考物理量。输出量：被控对象中要求实现自动控制的物理量，位于系统输出端。给定值（参考输入）：在整个过程中，被控量所应保持的理想数值.控制的任务：使受控对象的被控量等于给定值.扰动：不改变控制机构参数而使被控量发生变化的因素.扰动量：妨碍控制量对被控制量按要求进行正常控制的物理量.开环控制：被控制量只受控于控制量，而对控制量不能反施影响的一类系统成为开

5、环控制系统。系统：用以完成一定任务的一些元、部件的组合为系统。控制过程：消除扰动因素对系统的影响，从而保持被控制量按预期要求变化的过程，称为控制过程。按控制方法分类最优控制（optimalcontrol）使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法。对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。这类问题广泛存在于技术领域或社会问题中。例如，确定一个最优控制方式使空间飞行器由一个轨道转换到另一轨道过程中燃料消耗最少。最优控制已被应用于综合和设计最速控

6、制系统、最省燃料控制系统、最小能耗控制系统、线性调节器等。按控制方法分类系统辨识(SystemIdentification)根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。自适应控制(Self-adapt

7、ablecontrol)自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。鲁棒控制(Robustcontrol)系统的“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。由于工作状况变动、外部干扰以及建模误差的缘故，实际工业过程的精确

8、模型很难得到，而系统的各