自动控制原理(胡寿松)第五版第一章ppt.

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1、自动控制原理自动控制原理电气工程及其自动化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研究自动控制共同规律的技术科学自动控制技术应用自动控制技术应用自动控制系统自动控制系统课程的性质和特点自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。自动控制原理是本学科的专业基础课，是自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系如下。微积分（含微分方程微积分（含微分方程）电机与拖动电机与拖动模拟电子技术模拟电子技术线性代数线性代数电路理论电路理论信号与系统信号与系统自动控制理论自动控制理论复变函数、拉普拉斯变换复变函数、拉普拉斯变换大学物理（

2、力学、热力学）大学物理（力学、热力学）控制理论的内容控制理论的内容 二十世纪三项科学革命：控制论、量二十世纪三项科学革命：控制论、量子论、相对论子论、相对论 导 读自动化技术几乎渗透到国民经济的各个领域及社会生活的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人注目的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术，在某种程度上说，自动化是现代化的同义词。自动控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。本章主要讲什么内容?从介绍自动控制的发展历史入手，引出自动控制理论分析、设计自动控制系统的基本思想，然后介绍自动控制的基本概念，以及对自动控制系统的基本要求，使读者对自动控制理论的总的目标有个

3、大致的了解。制导导弹制导导弹 现代的高新技术让导弹长上了“眼睛”和“大脑”，利用负反馈控制原理去紧紧盯住目标哈勃望远镜特殊地卫星中巴资源卫星 雷达操作时，天线就要不停地转动。天线的作用是雷达操作时，天线就要不停地转动。天线的作用是把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去，把雷达中产生的无线电波按照一定的方向向外发射出去，并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起并把被反射回来的无线电波接收下来。正因为天线所起的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视和侦察整个的作用好似人的眼睛一样，因此雷达要注视和侦察整个天空的状况，天线就要不停地转动，用一个驱动马达使天空的状况，天线就要不停地转动

4、，用一个驱动马达使天线作天线作360360度的旋转，这样它就能在度的旋转，这样它就能在360360度范围内进行度范围内进行“搜索搜索”。91.0 自动控制发展简史中国古代自动化方面的成就： 公元前14世纪至前11世纪，中国、埃及和巴比伦出现自动计时漏壶； 公元130年，张衡发明水运浑象，132年研制出自动测量地震的候风地动仪； 公元235年，马钧研制出用齿轮传动自动指示方向的指南车，类似按扰动补偿的自控系统；飞球调节器世界上公认的第一个自动控制系统 图 1.1 飞球调节器原理图 关 汽阀联结器 开 调节器轴 套环 汽轮机轴 1788年瓦特发明飞球调节器，进一步推动蒸汽机的应用，促进了工业的发展

5、。 推动了社会进步是飞球调节器公认为第一个自动控制系统的最主要原因！自动控制原理国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所11没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！ 飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡。其它自动控制系统也有类似现象。 由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。 自动控制原理国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所12自动控制理论的开端 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出： 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，从而分析实际系统是否会出现不稳定现象。

6、这样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分方程的特征根的实部的正、负号问题。 麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端。13经典控制理论的孕育 1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。 1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。 1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。 1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。 二战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。经典控制理论的形成 1948年，维纳出版控制论，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。 维纳成为控制论的创始人！维纳控制论是关于怎样把机械元件和电气元件组合成稳定的并且具有特定性能

7、的系统的科学。这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考虑能量、热量和效率等因素，可是，在其他各门自然科学中，这些因素是十分重要的。 控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总体运 动状态。空间技术促使现代控制理论的产生现代控制理论促进了空间技术的发展 二次世界大战结束后，各国大力发展空间技术，经典控制理论不能满足需要，需要研究新的控制理论。 现代控制理论在空间技术取得巨大成功，促进了空间技术的发展。16现代控制理论在工业过程控制方面遭遇滑铁卢，促使了智能控制技术的诞生 现代控制理论在空间技术取得巨大成功，但由于工业过程控制中普遍存在的不确定性和干

8、扰，难以取得预期的效果。模拟人的控制技术智能控制，虽然不能实现精确的控制，但对各种复杂系统能够做到比较满意的控制。经典控制理论(古典控制理论)以传递函数为基础，研究单输入以传递函数为基础，研究单输入-单输单输出定常控制系统的分析与设计问题：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。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、描述非线性控制系统分析：相平面分析、描述函数分析。函数分析。（连续控制系统、离散控制系统）（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，

9、研究多输入以状态空间法为基础，研究多输入-多多输出时变、非线性、高精度、高效能控制输出时变、非线性、高精度、高效能控制系统的分析与设计问题：系统的分析与设计问题：（线性系统、自适应控制、最优控制、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、大系统复杂系统识、集散控制、大系统复杂系统）智能控制（智能控制（专家系统、模糊控制、神经专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法网络、遗传算法）第一章 自动控制的一般概念实例（示意图）实例（示意图）人工（手动）控制：（1）对象：储液系统（2）目标：液位（3）眼睛：观察 液位变化（4）大脑

10、：分析、比 较、判断（5）手/脚：动作执行实例（示意图）实例（示意图）自动控制：（1）对象：储液系统（2）目标：液位（3）传感器：检测 液位变化（4）控制器：控制功能（5）执行器：完成控制 动作传感器传感器信号信号信号驱动设备信号驱动设备控制原理框图（控制理念）对象对象手脚手脚 （执行器）（执行器）大脑大脑 （控制器）（控制器）眼睛眼睛 （传感器）（传感器） 控制控制对象对象执行装置执行装置控制器控制器测量装置测量装置1.1 1.1 自动控制的概念自动控制：自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利是指没有人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使整个生产过程或用控制装置（称控制器），使整

11、个生产过程或工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。由控制器与控制对象组成。控制对象控制对象控制器控制器输入量输入量输出量输出量扰动量扰动量?控制对象：控制对象：要求实现自动控制的机器、要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。设备或生产过程。控制器：控制器：对控制对象起控制作用的控制对控制对象起控制作用的控制装置总体。装置总体。输入量：输入量：作用于控制系统输入端，并可