控制理论概要
69页1、智能控制理论智能控制理论控制论学科属于数学学科下属控制论学科属于数学学科下属的五个二级学科之一的五个二级学科之一n数学一级学科n 二级学科:n基础数学;计算数学;概率统计;应用数学n运筹学与控制论:应用背景最强的学科,是控运筹学与控制论:应用背景最强的学科,是控制工程的理论。工业自动化,机器人系统中有制工程的理论。工业自动化,机器人系统中有重要的应用。重要的应用。第一讲控制理论概况介绍提纲提纲Outlinen控制问题实例控制问题实例n控制的概念及其分类控制的概念及其分类n控制科学发展简史与挑战控制科学发展简史与挑战n控制理论研究热点问题控制理论研究热点问题n控制论国际国内著名杂志和会议控制论国际国内著名杂志和会议n课程要求与考试课程要求与考试提纲提纲Outlinen控制问题实例控制问题实例n控制的概念及其分类控制的概念及其分类n控制科学发展简史与挑战控制科学发展简史与挑战n控制理论研究热点问题控制理论研究热点问题n控制论国际国内著名杂志和会议控制论国际国内著名杂志和会议n课程要求与考试课程要求与考试1控制基本问题控制基本问题实例实例1 (a)手动控制漫画手动控制漫画(b)自动控制自动控
2、制图图1水温的手动控制和自动控制的示意图水温的手动控制和自动控制的示意图图图1中中水水温温的的操操作作员员要要用用手手(通通过过感感觉觉)来来测测试试水水的的温温度度,并并将将此此温温度度与与他他要要求求的的值值(给给定定值值)相相比比较较(通通过过大大脑脑)。同同时时他他要要决决定定(通通过过大大脑脑):他他的的手手应应该该朝朝哪哪个个方方向向旋旋转转加加温温用用的的蒸蒸汽汽阀阀门门和和旋旋转转多多大大的的角角度度。采采用用自自动动控控制制时时上上述述功功能能都都有有各各种种的的元元件件和和仪仪表表来来代代替替。例例如,温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。如,温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。调节问题(调节问题(Regulation)实例实例2-2-防空导弹制导系统防空导弹制导系统1-1-目标跟踪雷达目标跟踪雷达2-导弹导引雷达导弹导引雷达3-3-计算机雷达计算机雷达4-导弹发射架导弹发射架各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的,特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟制的,特别用双雷达控制的防空导弹可以自动跟踪高空的飞行目标进行命中爆炸(
3、图踪高空的飞行目标进行命中爆炸(图2)。)。跟踪问题跟踪问题(Tracking)现代社会和现代生活现代社会和现代生活离不开对一些物理量的离不开对一些物理量的控制控制,包,包括实现对这种控制的括实现对这种控制的自动化自动化。例如公共电网上的电压是。例如公共电网上的电压是50周、周、220伏的交流电。为此,在发电厂就要设法控制电压、伏的交流电。为此,在发电厂就要设法控制电压、频率这两物理量为频率这两物理量为恒值恒值,这要采用自动调压和自动调频装,这要采用自动调压和自动调频装置。在工业生产中,如在化肥厂控制反应釜(塔)内温度置。在工业生产中,如在化肥厂控制反应釜(塔)内温度和压力为和压力为恒值恒值,使化学反应速度加快。在机械加工厂金属,使化学反应速度加快。在机械加工厂金属切削机床上,经常是控制工件或刀具的转速为切削机床上,经常是控制工件或刀具的转速为恒值恒值,使产,使产品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位品的质量、产量能提高。而各种现代火炮的俯仰角和方位角都是自动控制的。角都是自动控制的。现代生活中,空调器保持室内温度为现代生活中,空调器保持室内温度为恒值恒值、卫生洁具、卫生洁
4、具水箱的水位也保持为水箱的水位也保持为恒值恒值。其它如冰箱、洗衣机无不进行。其它如冰箱、洗衣机无不进行一些物理量的控制为一些物理量的控制为恒值恒值,而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱,而洗衣机更把洗衣、漂洗和脱水等操作水等操作自动按程序自动按程序进行。进行。控制系统遍布现代社会和现代生活控制系统遍布现代社会和现代生活!人类离不开自动控制装置和设备人类离不开自动控制装置和设备.提纲提纲Outlinen控制问题实例控制问题实例n控制的概念及其分类控制的概念及其分类n控制科学发展简史与挑战控制科学发展简史与挑战n控制理论研究热点问题控制理论研究热点问题n控制论国际国内著名杂志和会议控制论国际国内著名杂志和会议n课程要求与考试课程要求与考试控制的工程概念 控制概念的关键是反馈,它的工程概念是指用一个机器或过程偏离所期望的运行状态的偏差来推动一个装置,使机器或过程回到期望的状态。n该概念适合于自动调节系统,自动跟踪系统等工程系统。n1948年Wiener(维纳)将通讯和控制系统的控制机理和生物机体中某些控制机制加以类比,形成控制论控制概念的一般定义 对于某个确定对象或过程,根据给定的目标或任务所采取的行
5、为或决策。n该概念可以应用于更一般的系统,如经济系统、社会系统、生物系统和方法论中。控制基本问题的分类n调节问题(Regulation)n跟踪问题(Tracking)提纲提纲Outlinen控制问题实例控制问题实例n控制的概念及其分类控制的概念及其分类n控制科学发展简史与展望控制科学发展简史与展望n控制理论研究热点问题控制理论研究热点问题n控制论国际国内著名杂志和会议控制论国际国内著名杂志和会议n课程要求与考试课程要求与考试控制科学发展历史及其展望控制科学发展历史及其展望1经典控制理论阶段经典控制理论阶段n远在十七世纪人类就利用对反馈和控制的认识,创造了许多装置,如古老的钟表机构,水轮及风力磨房的速度调节。1765年瓦特(James Wate)发明了蒸汽机,利用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机,标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始,对第一次工业革命产生了重大作用。公元公元1788年年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来,瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来,构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统(图构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统(图3)n1868年Maxwell 发表的“关于
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