王划一自动控制原理11绪论ppt课件.ppt

《自动控制原理》《自动控制原理》主讲教师：杨西侠主讲教师：杨西侠1365541677188395438-802xixiayangsdu.edu教育部副部长教育部副部长 吴启迪吴启迪（（20192019年全国自动化教育年会）年全国自动化教育年会） 自动化领域涉及的面非常广泛，除了实际工程应自动化领域涉及的面非常广泛，除了实际工程应用之外，还包括基础研究、方法论直到哲学研究的内用之外，还包括基础研究、方法论直到哲学研究的内容，这对学生的培养过程就非常的全面；对激发学生容，这对学生的培养过程就非常的全面；对激发学生的创新能力而言，这个领域可以发挥的作用非常巨大的创新能力而言，这个领域可以发挥的作用非常巨大自动控制是一个内涵非常丰富和美丽的架构比如说自动控制是一个内涵非常丰富和美丽的架构比如说反馈的概念，这个概念无处不在另一个就是系统的反馈的概念，这个概念无处不在另一个就是系统的概念，我想没有什么人能比我们学自动化的人更懂得概念，我想没有什么人能比我们学自动化的人更懂得什么是系统工程了所以，当我们把这些东西与很什么是系统工程了所以，当我们把这些东西与很多背景结合起来的时候，就深刻感觉到控制真正是多背景结合起来的时候，就深刻感觉到控制真正是一种方法论。

近年来出现的复杂性、非线性、混沌一种方法论近年来出现的复杂性、非线性、混沌等问题，都是在这个领域迸发出来的我相信，用等问题，都是在这个领域迸发出来的我相信，用自动控制中这些丰富而美丽的概念和方法来激发我自动控制中这些丰富而美丽的概念和方法来激发我们的学生，一定可以产生很多创新我们自豪地说，们的学生，一定可以产生很多创新我们自豪地说，自动控制的理论是一种会激发创新的理论自动控制的理论是一种会激发创新的理论第一章　绪论第一章　绪论主要内容：主要内容：　　　　1.1.自动控制、自动控制系统的概念自动控制、自动控制系统的概念 2. 2.自动控制的两种基本方式自动控制的两种基本方式 3. 3.自动控制系统的类型自动控制系统的类型 4. 4.自动控制系统的要求和分析设计自动控制系统的要求和分析设计 5. 5.自动控制理论的发展概况自动控制理论的发展概况第一章　绪论第一章　绪论 ￿￿￿￿￿￿§§1-1￿1-1￿引言引言￿￿￿￿￿￿§§1-2￿1-2￿自自动控制的基本知控制的基本知识￿￿￿￿￿￿§§1-3￿1-3￿自自动控制系控制系统的基本控制方式的基本控制方式￿￿￿￿￿￿§§1-4￿1-4￿自自动控制系控制系统的分的分类及基本及基本组成成￿￿￿￿￿￿§§1-5￿1-5￿对控制系控制系统的要求和分析的要求和分析设计￿￿￿￿￿￿§§1-6￿1-6￿自自动控制理控制理论的的发展概况展概况1-1 1-1 引言引言1.1.控制理论的基础观念控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种一般方法来研控制理论是建立在有可能发展一种一般方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论。

究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论2.2.控制理论的研究对象控制理论的研究对象 控制理论研究的对象可狭义地定义为这样一种信控制理论研究的对象可狭义地定义为这样一种信息系统，即根据期望的输出来改变输入，使系统的输息系统，即根据期望的输出来改变输入，使系统的输出能有某种预期的效果出能有某种预期的效果3.3.控制论与数学及自动化技术的关系控制论与数学及自动化技术的关系1.2.1 1.2.1 自动控制问题的提出自动控制问题的提出 一一个个简简单单的的水水箱箱液液面面，，因因生生产产和和生生活活需需要要，，希希望望液液面面高高度度h h 维维持持恒恒定定当当水水的的流流入入量量与与流流出出量量平平衡衡时时，，水箱的液面高度维持在预定的高度上水箱的液面高度维持在预定的高度上1.2 自动控制的基本知识自动控制的基本知识水箱水箱流出流出流入流入h 当水的流出量当水的流出量增大或流入量减增大或流入量减小，平衡则被破小，平衡则被破坏，液面的高度坏，液面的高度不能自然地维持不能自然地维持恒定 这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发生的。

这使得这种生的这使得这种““水位恒定的要求〞变得难以实现水位恒定的要求〞变得难以实现了 所谓控制就是强制性地改变某些物理量〔如上例所谓控制就是强制性地改变某些物理量〔如上例中的进水量），而使另外某些特定的物理量〔如液面中的进水量），而使另外某些特定的物理量〔如液面高度高度h h〕维持在某种特定的标准上〕维持在某种特定的标准上 人工控制的例子人工控制的例子水箱水箱流出流出流入流入h 这这 种种 人人 为为地地强强制制性性地地改改变变进进水水量量，，而而使使液液面面高高度度维维持持恒恒定定的的过过程程，，即即是是人人工工控控制制过程1.2.2 1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件自动控制的定义及基本职能元件 1. 1.自动控制的定义自动控制的定义 自自动动控控制制就就是是在在没没有有人人直直接接参参与与的的情情况况下下，，利利用用控控制制器器使使被被控控对对象象〔〔或或过过程程〕〕的的某某些些物物理理量量〔〔或或状状态态〕自动地按预先给定的规律去运行〕自动地按预先给定的规律去运行水水箱箱流出流出流入流入h控制器控制器浮子浮子 当当出出水水与与进进水水的的平平衡衡被被破破坏坏时时，，水水箱箱水水位位下下降降( (或或上上升升) )，，出出现现偏偏差差。

这这偏偏差差由由浮浮子子检检测测出出来来，，自自动动控控制制器器在在偏偏差差的的作作用用下下，，控控制制阀阀门门开开大大( (或或关关小小) )，，对对偏偏差差进进行行修修正正，，从从而而保保持持液液面面高高度不变￿2.￿￿2.￿自自动控制的基本控制的基本职能元件能元件￿￿￿￿￿￿￿￿自自动控制的控制的实现, ,实际上是由自上是由自动控制装置来代替人控制装置来代替人的基本功能，从而的基本功能，从而实现自自动控制的画出以上人工控制控制的画出以上人工控制与自与自动控制的功能方框控制的功能方框图进行行对照水箱水箱流出流出流入流入h水箱水箱流出流出流入流入h控制器控制器浮子浮子 眼睛眼睛  浮子浮子 大脑大脑  自动控制器自动控制器 肌肉、手肌肉、手  执行元件执行元件肌肉和肌肉和阀门阀门希望液位希望液位实际液位实际液位大大 脑脑水水 箱箱眼眼 睛睛 比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：气气 动动阀阀 门门希望液位希望液位实际液位实际液位浮浮 子子控制器控制器水水 箱箱执执 行行元元 件件参考输入参考输入输出输出测量变测量变送元件送元件控制器控制器对对 象象扰动输入扰动输入 测量元件与变送器〔代替眼睛）；测量元件与变送器〔代替眼睛）； 自动控制器〔代替大脑）；自动控制器〔代替大脑）； 执行元件〔代替肌肉、手）。

执行元件〔代替肌肉、手） 这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统下图是典型控制系统方框图控制系统下图是典型控制系统方框图1.2.3 1.2.3 自动控制中的一些术语及方框图自动控制中的一些术语及方框图 1. 1.常用术语常用术语 控制对象控制对象 控制器控制器 系统系统 系统输出系统输出 操作量操作量 参考输入参考输入 扰动扰动 特性特性 2. 2.系统方框图系统方框图 将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上文字或代号，根据各方框之间的信息传递关系，用有文字或代号，根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息 突出了系统中各环节输入与输出的关系及各环节突出了系统中各环节输入与输出的关系及各环节之间的相互影响，便于定性和定量分析之间的相互影响，便于定性和定量分析。

1.3.1 1.3.1 开环控制开环控制 开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给出开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给出开环控制的一般定义：开环控制的一般定义： 定义：控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反定义：控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系 开环控制系统的典型方框图如图所示开环控制系统的典型方框图如图所示1.2 自动控制系统的基本控制方式自动控制系统的基本控制方式控制器控制器被控对象被控对象控制量控制量被控量被控量 交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动生产线，数控车床等等自动生产线，数控车床等等电动机电动机转速转速滑臂位置滑臂位置功率功率放大器放大器电位器电位器1.1.按按给定控制定控制￿￿￿￿￿￿￿￿下下图是一个直流是一个直流电动机机转速控制系速控制系统 当调节电位器滑臂位置时，改变功率放大器的输当调节电位器滑臂位置时，改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。

以上的控制过程，用方框图简单直观地表机的转速以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来 M功率功率放大器放大器电动机电动机负载负载电电位位器器2.2.按按扰动控制控制￿￿￿￿￿￿图示是一个按示是一个按扰动控制的直流控制的直流电动机机转速控制系速控制系统负载负载电压电压放大器放大器M功率功率放大器放大器++- R i+控制过程可用方框图表示成如图示的形式控制过程可用方框图表示成如图示的形式电动机电动机转速转速给定给定不变不变功率功率放大器放大器电位器电位器++负载负载变化变化电压电压放大器放大器检检 测测电电 阻阻 把负载变化视为外部扰动输入，对输出转速产生把负载变化视为外部扰动输入，对输出转速产生的影响及控制补偿作用，分别沿箭头的方向从输入端的影响及控制补偿作用，分别沿箭头的方向从输入端传送到输出端，作用的路径也是单向的，不闭合的传送到输出端，作用的路径也是单向的，不闭合的有时我们称按扰动控制为顺馈控制有时我们称按扰动控制为顺馈控制 开环控制的特点：开环控制的特点： （（1 1〕结构简单、调整方便、成本低〕结构简单、调整方便、成本低 （（2 2〕给定一个输入，有相应的一个输出。

〕给定一个输入，有相应的一个输出 （（3 3〕在系统方框图中，作用信号是单方向传递的，〕在系统方框图中，作用信号是单方向传递的，形成开环形成开环 （（4 4〕输出不影响输入〕输出不影响输入 （（5 5〕若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准〕若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差1.3.2 1.3.2 闭环控制闭环控制 定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统系统，都叫做闭环控制系统 在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息，即根据实际输制作用，若能取自被控量的反馈信息，即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理正是由于引入了反这种控制原理称为反馈控制原理正是由于引入了反馈信息，使整个控制过程成为闭合的。

因此，按反馈馈信息，使整个控制过程成为闭合的因此，按反馈原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统在闭原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统在闭环控制系统中，其控制作用的基础是被控量与给定值环控制系统中，其控制作用的基础是被控量与给定值之间的偏差之间的偏差 人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现了闭比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现了闭环控制的原理环控制的原理 直流电动机转速闭环控制的例子直流电动机转速闭环控制的例子电动机电动机转速转速给定给定位置位置功率功率放大器放大器电位器电位器+-负载负载扰动扰动测速发动机测速发动机ufureuaF测速发动机测速发动机M功率功率放大器放大器电动机电动机负载负载电电位位器器 闭环控制的特点：闭环控制的特点： ① ① 控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏差信号，由偏差产生对系统被控量的控制；差信号，由偏差产生对系统被控量的控制； ② ② 系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差信号，即影响控制作用的大小。

这种自成循环的控制作用，信号，即影响控制作用的大小这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环 ③ ③ 提高了控制精度提高了控制精度 闭环控制系统的典型方框图如图所示闭环控制系统的典型方框图如图所示 控制器控制器被控对象被控对象反馈元件反馈元件输入输入输出输出+-偏向偏向三三. .开环与闭环控制系统的比较开环与闭环控制系统的比较 闭环系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响闭环系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均相当不敏感应对外部干扰和内部系统的参数变化均相当不敏感这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精密的控制系统在开环情况下，成本较低的元件构成精密的控制系统在开环情况下，就不可能做到这一点就不可能做到这一点 从稳定性的观点出发，开环控制系统比较容易建从稳定性的观点出发，开环控制系统比较容易建造，因为对开环系统来说，不存在稳定性的问题但造，因为对开环系统来说，不存在稳定性的问题。

但是在闭环系统中，稳定性则始终是一个重要问题因是在闭环系统中，稳定性则始终是一个重要问题因为闭环系统可能引起过调误差，从而导致系统做等幅为闭环系统可能引起过调误差，从而导致系统做等幅振荡或变幅振荡振荡或变幅振荡 工程上常采用的复合控制方法，就是把两者结合工程上常采用的复合控制方法，就是把两者结合起来使用起来使用 复合控制实质上是在闭环控制回路的基础上，附复合控制实质上是在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号〔给定或扰动〕的顺馈通路，对该信加一个输入信号〔给定或扰动〕的顺馈通路，对该信号实行加强或补偿，以达到精确的控制效果号实行加强或补偿，以达到精确的控制效果 常见的方式有以下两种：常见的方式有以下两种： 1.附加给定输入补偿附加给定输入补偿控制器控制器被控对象被控对象补偿装置补偿装置输入输入输出输出+- 通常，附加的补偿装置可提供一个顺馈控制信号，与原输通常，附加的补偿装置可提供一个顺馈控制信号，与原输入信号一起对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力入信号一起对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力2.附加扰动输入补偿￿￿￿￿该种复合控制方框图。

附加的补偿装置所提供的控制作用，主要起到对扰动影响“防患未然〞的效果控制器控制器被控对象被控对象补偿装置补偿装置输入输入输出输出+-+扰动扰动1-4 自动控制系统的分类基本组成自动控制系统的分类基本组成1.4.1 1.4.1 按给定信号的特征划分按给定信号的特征划分 给定信号是系统的指令信息它代表了系统希望给定信号是系统的指令信息它代表了系统希望的输出值，反映了控制系统要完成的基本任务和职能的输出值，反映了控制系统要完成的基本任务和职能 1. 1.恒值控制系统：给定输入维持不变，希望输出恒值控制系统：给定输入维持不变，希望输出维持在某一特定值上维持在某一特定值上 液位控制系统，直流电动机调速系统等等液位控制系统，直流电动机调速系统等等 2. 2.随动控制系统：给定信号上预先不知道的随时随动控制系统：给定信号上预先不知道的随时间任意变化的函数控制系统能够使被控量以尽可能间任意变化的函数控制系统能够使被控量以尽可能小的误差跟随给定值的变化小的误差跟随给定值的变化 跟踪卫星的雷达天线系统跟踪卫星的雷达天线系统 3. 3.程序控制系统：给定值按预先给定的规律变化程序控制系统：给定值按预先给定的规律变化的控制系统。

机械加工中的程序控制机床等等的控制系统机械加工中的程序控制机床等等1.4.2 1.4.2 按系统的数学描述划分按系统的数学描述划分 1. 1.线性系统线性系统 当系统各元件输入输出特性是线性特性，系统的当系统各元件输入输出特性是线性特性，系统的状态和性能可以用线性微分〔或差分〕方程来描述时，状态和性能可以用线性微分〔或差分〕方程来描述时，则称这种系统为线性系统则称这种系统为线性系统 所谓线性特性是指元件的静特性是一条过原点的所谓线性特性是指元件的静特性是一条过原点的直线，也称其为线性元件因此，由线性元件组成的直线，也称其为线性元件因此，由线性元件组成的系统则必是线性系统线性系统的一个突出特点就是系统则必是线性系统线性系统的一个突出特点就是满足叠加原理，可运用叠加原理的两个性质〔可叠加满足叠加原理，可运用叠加原理的两个性质〔可叠加性和齐次性），作为鉴别系统是否为线性系统的依据性和齐次性），作为鉴别系统是否为线性系统的依据线性系统线性系统r(t)c(t)r1(t) → c1(t) r2(t) → c2(t)r1(t) + r2(t) → c1(t) + c2(t)ar1(t) → ac1(t)线性定常系性定常系统和和线性性时变系系统叠加原理叠加原理叠加原理叠加原理 r1(t) → c1(t) r2(t) → c2(t) r1(t) → c1(t) r2(t) → c2(t) r1(t) + r2(t) → c1(t) + c2(t) r1(t) + r2(t) → c1(t) + c2(t) ar1(t) → ac1(t) ar1(t) → ac1(t) yx0b-b yxa-a0-bb2.2.非非线性系性系统￿￿￿￿￿￿￿￿系系统中只要存在一个非中只要存在一个非线性特性的元件，系性特性的元件，系统就就由非由非线性方程来描述，性方程来描述，这种系种系统称称为非非线性系性系统。

yxka-a0M-Myxka-a01.4.3 1.4.3 按信号传递的连续性划分按信号传递的连续性划分 1. 1.连续系统连续系统 连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数这类系统的运动状态是出信号都是时间的连续函数这类系统的运动状态是用微分方程来描述的用微分方程来描述的 连续系统中各元件传输的信息在工程上称为模拟连续系统中各元件传输的信息在工程上称为模拟量，多数实际物理系统都属于这一类，其输入输出一量，多数实际物理系统都属于这一类，其输入输出一般用般用r(t)r(t)和和c(t)c(t)表示r(t) t 0c(t) t 0￿￿￿￿2.离散系统￿￿￿￿控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码时，该系统即为离散系统这种系统的状态和性能一般用差分方程来描述实际物理系统中，信息的表现形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要，人为地将连续信号离散化，我们称其为采样c(t) t 0c(t)c*(t)c*(t) t 01.4.4 1.4.4 按系统的输入与输出信号的数量划分按系统的输入与输出信号的数量划分 1. 1.单变量系统〔单变量系统〔SISOSISO）） 2. 2.多变量系统〔多变量系统〔MIMOMIMO））1.4.5 1.4.5 自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成 在形形色色的自动控制系统中，反馈控制是最基在形形色色的自动控制系统中，反馈控制是最基本的控制方式之一。

一个典型的反馈控制系统总是由本的控制方式之一一个典型的反馈控制系统总是由控制对象和各种结构不同的职能元件组成的除控制控制对象和各种结构不同的职能元件组成的除控制对象外，其他各部分可统称为控制装置每一部分各对象外，其他各部分可统称为控制装置每一部分各司其职，共同完成控制任务下面给出这些职能元件司其职，共同完成控制任务下面给出这些职能元件的种类和各自的职能的种类和各自的职能输输出出输输入入放大放大元件元件+-测量变送测量变送元件元件给定给定元件元件执行执行元件元件串联串联校正校正元件元件+-对对象象反馈校正反馈校正元件元件 给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置  测量元件：其职能是检测被控量，如果测出的物测量元件：其职能是检测被控量，如果测出的物理量属于非电量，大多情况下要把它转换成电量，以理量属于非电量，大多情况下要把它转换成电量，以便利用电的手段加以处理。

便利用电的手段加以处理 比较元件：其职能是把测量元件检测到的实际输比较元件：其职能是把测量元件检测到的实际输出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差间的偏差 放大元件：其职能是将过于微弱的偏差信号加以放大元件：其职能是将过于微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象 执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化控量发生变化 校正元件：为改善或提高系统的性能，在系统基校正元件：为改善或提高系统的性能，在系统基本结构基础上附加参数可灵活调整的元件工程上称本结构基础上附加参数可灵活调整的元件工程上称为调节器常用串联或反馈的方式连接在系统中为调节器常用串联或反馈的方式连接在系统中1.5 对控制系统的要求和分析设计对控制系统的要求和分析设计1.5.1 1.5.1 对系统的要求对系统的要求 各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备以下两个方面的性能以下两个方面的性能 ( (基本要求基本要求) ) ：： （（a a〕使系统的输出快速准确地按输入信号要求的〕使系统的输出快速准确地按输入信号要求的期望输出值变化。

期望输出值变化 （（b b〕使系统的输出尽量不受任何扰动的影响〕使系统的输出尽量不受任何扰动的影响 对自控系统性能的要求一般可归纳为三大性能指标：对自控系统性能的要求一般可归纳为三大性能指标： （（1 1〕稳定性：要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕〕稳定性：要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量 （（2 2〕瞬态质量：要求系统瞬态响应过程具有一定的〕瞬态质量：要求系统瞬态响应过程具有一定的快速性和变化的平稳性快速性和变化的平稳性 在实际系统中，由于总是存在着不同性质的储能在实际系统中，由于总是存在着不同性质的储能元件并且也由于能源功率的限制，使得系统放大能元件并且也由于能源功率的限制，使得系统放大能力必然有限因而使相应的运动加速度不会太大，速力必然有限因而使相应的运动加速度不会太大，速度和位移不会瞬间变化，而要经历一段时间，即系统度和位移不会瞬间变化，而要经历一段时间，即系统运动必然有一个渐变的过程运动必然有一个渐变的过程r(t) t 0c(t) t 0 （（3 3〕稳态误差：要求系统最终的响应准确度，限制〕稳态误差：要求系统最终的响应准确度，限制在工程允许的范围之内，是系统控制精度的恒量。

在工程允许的范围之内，是系统控制精度的恒量1.5.2 1.5.2 控制系统的分析和设计控制系统的分析和设计 1. 1.系统分析系统分析 系统给定，在规定的工作条件下，对它进行分析系统给定，在规定的工作条件下，对它进行分析研究，其中包括稳态性能和动态性能分析，看是否满研究，其中包括稳态性能和动态性能分析，看是否满足要求，以及分析某个参数变化时对上述性能指标的足要求，以及分析某个参数变化时对上述性能指标的影响，决定如何合理地选取等影响，决定如何合理地选取等 2. 2.系统的设计系统的设计 系统设计的目的，是要寻找一个能够实现所要求系统设计的目的，是要寻找一个能够实现所要求性能的自动控制系统因此，在系统应完成的任务和性能的自动控制系统因此，在系统应完成的任务和应具备的性能已知的条件下，根据被控对象的特点，应具备的性能已知的条件下，根据被控对象的特点，构造出适合的控制器是设计的主要任务应进行的步构造出适合的控制器是设计的主要任务应进行的步骤如下：骤如下： （（1 1〕熟悉对系统性能的要求〕熟悉对系统性能的要求 （（2 2〕根据要求的性能指标综合确定系统的数学模型。

〕根据要求的性能指标综合确定系统的数学模型 （（3 3〕若控制对象是已知的，根据确定的系统数学模〕若控制对象是已知的，根据确定的系统数学模型和已知部分的数学模型，求得控制器的数模和控制型和已知部分的数学模型，求得控制器的数模和控制规律 （（4 4〕按综合确定的数模进行系统分析，验证它在各〕按综合确定的数模进行系统分析，验证它在各种信号作用下是否满足要求若不满足，及时修正种信号作用下是否满足要求若不满足，及时修正 （（5 5〕样机设计制造和试验，验证设计结果〕样机设计制造和试验，验证设计结果1-6 自动控制理论的发展概况自动控制理论的发展概况 具有具有“自动〞功能的装置的历史可追逆到公元前自动〞功能的装置的历史可追逆到公元前14~11世纪在中国、埃及和巴比伦出现的自动计时漏壶世纪在中国、埃及和巴比伦出现的自动计时漏壶 公元公元4世纪，希腊柏拉图世纪，希腊柏拉图(Platon)首先使用了首先使用了“控控制论〞一词制论〞一词 运用反馈原理设计出来并成功应用的是英运用反馈原理设计出来并成功应用的是英-瓦特瓦特(J.wate)于于1788年发明的蒸汽机用的离心式飞锤调速器。

年发明的蒸汽机用的离心式飞锤调速器 后来，英后来，英-麦克斯韦麦克斯韦(J.C.Maxwell)于于1868年发表了年发表了“论调速论调速器〞一文，对它的稳定性进行了分析，指出控制系统的品质可用器〞一文，对它的稳定性进行了分析，指出控制系统的品质可用微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来微分方程来描述，系统的稳定性可用特征方程根的位置和形式来研究当属最早的理论工作当属最早的理论工作 1875年英年英-劳斯劳斯(E.J.Routh)和德和德-赫尔维茨赫尔维茨(A.Hurwitz)先后先后提出了根据代数方程系数判别系统稳定性的准则提出了根据代数方程系数判别系统稳定性的准则 1892年俄年俄-李雅普诺夫出版了专著李雅普诺夫出版了专著“论运动稳定性的一般问题论运动稳定性的一般问题”，提出了用李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性判别系，提出了用李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性判别系统稳定性的准则，从而建立了动力学系统的一般稳定性理论统稳定性的准则，从而建立了动力学系统的一般稳定性理论 1932年美籍瑞典年美籍瑞典-奈奎斯特奈奎斯特(H.Nyquist)提出了根据频率响应提出了根据频率响应判别反馈系统稳定性的准则。

判别反馈系统稳定性的准则 1938年前苏联米哈依洛夫提出了图解分析方法判年前苏联米哈依洛夫提出了图解分析方法判别系统稳定性的准则，把奈氏判据推广到条件稳定和别系统稳定性的准则，把奈氏判据推广到条件稳定和条件不稳定系统的一般情况条件不稳定系统的一般情况 1948年美国维纳年美国维纳(N.wiener)出版了专著出版了专著<控制论控制论—关于在动物和机器中控制和通信的科学》，系统地论关于在动物和机器中控制和通信的科学》，系统地论述了控制理论的一般原理和方法，推广了反馈的概念，述了控制理论的一般原理和方法，推广了反馈的概念，为控制理论学科的发展奠定了基础该书的出版标志为控制理论学科的发展奠定了基础该书的出版标志控制学科的诞生控制学科的诞生 1954年我国年我国-钱学森在美出版了钱学森在美出版了<工程控制论工程控制论>一书，一书，书中所阐述的基本理论和观点，奠定了工程控制论的书中所阐述的基本理论和观点，奠定了工程控制论的基础三个时期三个时期 （（1〕经典控制理论〔本世纪〕经典控制理论〔本世纪30~50年代）年代） 对对 象：象：SISO 线性定常系统线性定常系统 数学工具：拉氏变换数学工具：拉氏变换 数数 模：传递函数模：传递函数 方方 法：频域法法：频域法 根轨迹法根轨迹法 代表性：代表性： 劳斯、奈奎斯特、依万思等劳斯、奈奎斯特、依万思等 （（2〕现代控制理论〔本世纪〕现代控制理论〔本世纪50~70年代）年代） 对象：对象：MIMO 非线性系统非线性系统 时变系统时变系统 数学工具：线性代数数学工具：线性代数 矩阵理论矩阵理论 数模：状态空间表达式数模：状态空间表达式 方法：状态空间法方法：状态空间法 代表性：代表性：Kalman能控、能观测能控、能观测 Bellman的动态规划的动态规划 庞特里亚金的极大值原理庞特里亚金的极大值原理（（3〕大系统理论和智能控制理论〔本世纪〕大系统理论和智能控制理论〔本世纪60年代末年代末~）） 多样化发展的时期多样化发展的时期 理论方法：自动控制理论，人工智能，模糊数学，理论方法：自动控制理论，人工智能，模糊数学，神经网络，运筹学等神经网络，运筹学等 美美-扎德扎德(L.A.Zadel) 美籍华人傅京生美籍华人傅京生(J.S.Fu)和桑托斯和桑托斯(E.S.Saridis)结结 束束。