北理工自动化考研全套课件

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1、Tuesday, May 31, 20221欢迎各位！Tuesday, May 31, 20222自动控制原理韩绍坤信息楼信息楼60196019Tuesday, May 31, 20223参考书n梅晓榕，自动控制原理，科学出版社梅晓榕，自动控制原理，科学出版社n胡寿松，自动控制原理，胡寿松，自动控制原理，国防工业出版社国防工业出版社nR.C.多尔夫，多尔夫，R.H.毕晓普，现代控制系统毕晓普，现代控制系统 英文版英文版，科学出版社，科学出版社n王显正等，控制理论基础，科学出版社王显正等，控制理论基础，科学出版社Tuesday, May 31, 20224课程内容 自动控制概述、控制系统的数学模

2、型、控制系统的时域分析、根轨迹法、线性系统的频域分析、控制系统设计、非线性控制系统、采样控制系统Tuesday, May 31, 20225考核与成绩评定n出勤率 10%n平时作业 10n笔试考试 80Tuesday, May 31, 20226第一章 绪论n1.1 引言n1.2自动控制术语n1.3闭环控制和开环控制n1.4自动控制系统的分类和组成n1.5对自动控制系统的基本要求Tuesday, May 31, 202271.1 引言-起源及发展n1788年，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。n1868年，英国物理学家麦克斯威尔(J.C.M

3、axwell)根据力学原理，用常系数线性微分方程描述了调速器-蒸汽机-负荷系统，解决了稳速问题，开辟了用数学方法研究控制系统的途径。 n1877年和1895年英国数学家. .Routh.Routh和德国数学家. .urwitzurwitz分别独立地建立了根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则，就是现在的劳斯-古尔维茨判据。 Tuesday, May 31, 20228n1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。n1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应，确定闭环系统稳定性的方法。n1934年，Hezen提出了用于位置

4、控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。n1948年，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。同年，维纳著控制论，标志这门学科的正式诞生。n20世纪50年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。Tuesday, May 31, 20229n20世纪60年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。n从1960年到1980年，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分的研究。n从1980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁

5、棒控制、H控制及其相关课题。Tuesday, May 31, 202210自动控制原理自动控制原理古典控制理论古典控制理论现代控制理论现代控制理论Tuesday, May 31, 202211n古（经）典控制理论古（经）典控制理论 研究单输入单输出系统，以传递函研究单输入单输出系统，以传递函数为系统的基本数学描述，以时域数为系统的基本数学描述，以时域分析法、频率法、根轨迹法作为分分析法、频率法、根轨迹法作为分析和设计系统的方法。析和设计系统的方法。 古典控制理论研究系统的稳定性、动态、古典控制理论研究系统的稳定性、动态、稳态性能及在给定指标下的系统设计。稳态性能及在给定指标下的系统设计。Tue

6、sday, May 31, 202212n现代控制理论现代控制理论 研究多输入多输出系统，以状态空研究多输入多输出系统，以状态空间法为主要研究方法，研究系统内间法为主要研究方法，研究系统内部状态的运动规律。部状态的运动规律。 向着大系统理论和人工智能等方面继续向着大系统理论和人工智能等方面继续发展发展Tuesday, May 31, 2022131.2 术语n自动控制n对象 n过程 n系统 n扰动 n反馈控制n反馈控制系统 n随动系统 n过程控制Tuesday, May 31, 202214Tuesday, May 31, 202215Tuesday, May 31, 202216 反馈控制系

7、统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。 应当指出，反馈控制系统不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学中，也存在着反馈控制系统。Tuesday, May 31, 202217 随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。在现代工业中，广泛采用着随动系统。9 9 过程控制过程控制 在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，称为过程控制。Tuesday, May 31, 202218热力系统的例子热力系统的人工反馈控制蒸蒸汽汽冷水热

8、水温度计图1-1 热力系统的人工反馈控制排排水水Tuesday, May 31, 202219人工调节过程：人工调节过程：a. 观测由观测由测量元件测量元件（温度计）测出的（温度计）测出的被控制被控制量量的值（水箱的温度）；的值（水箱的温度）；b. 与与给定值给定值（要求的温度值）进行比较，得（要求的温度值）进行比较，得出出偏差偏差的大小和方向；的大小和方向；c. 根据偏差的大小和方向调节蒸气量进行控制。根据偏差的大小和方向调节蒸气量进行控制。人工控制的过程人工控制的过程：测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程。测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程。亦即是亦即是“检测偏差并用以纠正偏差检测偏差并

9、用以纠正偏差”的过程。的过程。Tuesday, May 31, 202220n人工控制的缺点：人工控制的缺点： 控制精度不高；控制精度不高； 人的反应不够快；人的反应不够快； 不少恶劣的场合人无法参与直接控制。不少恶劣的场合人无法参与直接控制。Tuesday, May 31, 202221热力系统的自动反馈控制 自自动动控控制制器器热热水水冷冷水水蒸蒸汽汽温温度度测测量量装装置置 排排水水图图1 1- -2 2 热热力力系系统统的的自自动动反反馈馈控控制制控控制制阀阀Tuesday, May 31, 202222自动调节过程：自动调节过程：a. 由测量元件输出被控制量（水箱的温度）由测量元件输

10、出被控制量（水箱的温度）的值；的值； b. 与给定值（要求的温度值）进行比较，与给定值（要求的温度值）进行比较， 得出偏差的大小和方向；得出偏差的大小和方向；c. 根据偏差的大小和方向控制执行机构，根据偏差的大小和方向控制执行机构，调节蒸气阀，实现温度控制。调节蒸气阀，实现温度控制。Tuesday, May 31, 202223n人工控制系统和自动控制系统的共同特人工控制系统和自动控制系统的共同特点：点： 都要检测偏差；都要检测偏差； 该偏差由被控量的反馈值与给定值相比该偏差由被控量的反馈值与给定值相比 较产生较产生 利用检测到的偏差去纠正偏差，使偏利用检测到的偏差去纠正偏差，使偏差差 减小或

11、消除；减小或消除；没有偏差便没有调节过程。没有偏差便没有调节过程。Tuesday, May 31, 202224Tuesday, May 31, 202225直流电机调速系统的自动反馈例子Tuesday, May 31, 2022261.3 闭环控制与开环控制n反馈控制系统n开环控制系统n闭环与开环控制系统的比较Tuesday, May 31, 2022271.3.1 反馈控制系统 1 反馈反馈 把取出的输出量送回输入端，并与输入信号把取出的输出量送回输入端，并与输入信号 相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若 反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差反馈的