自动控制原理_胡寿松_第一章ppt
77页1、自动控制原理,电气工程及其自动化,Principles of Automatic Control,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,自动控制原理 控制理论体系,自动控制技术应用,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),电机与拖动,模拟电子技术,线性代数,电路理论,信号与系统,自动控制理论,复变函数、拉普拉斯变换,大学物理(力学、热力学),课程学习要面临,数学基础宽而深 控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难,计算机数学语言 MATLAB 数值解/解析解(数学运算),控制理论的内容,二十世纪三项科学革命:控制论、量 子论、相对论 控制论: 经典控制理论 现代控制理论(智能控制理论),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
2、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大致的了解。,恒压供水,蒸压釜的压力检测,保障安全,水产养殖自动测控及投料系统,中草药的硫磺检测,飞机导航系统,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,人造地球卫星 控制其准确地进入预定轨道运行并回收,雷达技术,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,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天空的状况,天线就要不停地转动,用一个驱动马达使天线作360度的旋转,这样它就能在360度范围内进行“搜索”。,美国的“铺路爪”雷达 相控阵雷达,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
3、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。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。,15,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
4、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。,18,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-单输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、描述函数分析。 (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,研究多输入-多输出时变、非线性、高精度、高效能控制系统的分析与设计问题: (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、系统辨识、集散控制、大系统复杂系统) 智能控制(专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法),参考资料,自动控制原理(第五版) 胡寿松 自动控制原理实验
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