1自动控制的基本概念.ppt
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1、自动控制原理,宋崎 航空航天工程学部,课程介绍,教 师:宋崎 联系电话:13998859342 办 公 室:机械馆209 学 时:40学时【4学时实验】 考试形式:期末试卷成绩占总成绩的80%,考勤及作业占10%,实验占10%,自动控制理论,第1章 自动控制的基本概念 第2章 控制系统的数学描述 第3章 线性系统的时域分析与校正 第4章 根轨迹法 第5章 线性系统的频域分析与校正 第6章 线性离散系统的分析与校正,第1章 自动控制的基本概念,1.1 引言 1.2 自动控制理论发展概述 1.3 自动控制系统的基本原理 1.4 自动控制系统的分类 1.5 对控制系统性能的基本要求,1.1 引言,人
2、工控制的缺点: 速度慢 精度低 效率差 不适应恶劣的环境,什么是自动控制?,自动控制:在无人直接参加的情况下,利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。 自动控制系统:是以实现控制目的为目标,由相互制约的各装置按一定规律组成具有特定功能的整体。,第一阶段: 经典(自动)控制理论,经典控制理论即古典控制理论,也称为自动控制理论。主要研究对象:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。它的发展大致经历了以下几个过程: 一 萌芽阶段 如果要追朔自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽。,1.2 自动控制理论发展概述,公元235年马钧研制出 能自动指示方向的
3、指南车,指南车,又称司南车,是中国古代用来指示方向的一种机械装置。 它利用差速齿轮原理,它与指南针利用地磁效应不同,它是利用齿轮传动系统,根据车轮的转动,由车上木人指示方向。不论车子转向何方,木人的手始终指向南方,“车虽回运而手常指南”。,最先使用反馈控制装置 凯特斯比斯(Kitesibbios),希腊人, 公元前300年使用的浮子调节器。以保持油面高度稳定。,二 起步阶段,1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器。随着蒸汽机角速度的增大,离心力推动小球向上,蒸汽阀门关小。随着蒸汽阀门关小,从锅炉进入引擎的蒸汽减少,蒸汽机的角速度减小。反之,随着蒸汽机角速度的下降,小球向下,蒸
4、汽阀门开大,进入发动机的蒸汽量增加,角速度增加。通过这种方式,调节发动机转速。,三 发展阶段,4.1948年伊万斯(W.R.Ewans)提出了复数域内研究系统的根轨迹法。 建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹法基础上的理论,称为经典(古典)控制理论(或自动控制理论)。,四 标志阶段,2.我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践,并与1954年出版了工程控制论。,钱学森,从四十年代到五十年代末,经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃,几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术。 可以说工业革命和战争促使了经典控制理论的发展。,第二阶段
5、 现代控制理论,科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论,而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件现代数学和数字计算机。 现代数学,例如泛函分析、现代代数等,为现代控制理论提供了多种多样的分析工具;而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。 在二十世纪五十年代末开始,随着计算机的飞速发展,推动了核能技术、空间技术的发展,从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。 主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。,1.五十年代后期,贝尔曼(Bellman)等人提出了状态分析法;在1957年提出了动态规划。,3. 罗森布洛克(H.H.Rosenbroc
6、k)、欧文斯(D.H.Owens)和麦克法轮(G.J.MacFarlane)研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论,将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统,并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系,为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础,2. 1961年庞特里亚金(俄国人)提出了极小(大)值原理。,庞特里亚金 L.S.Pontryagin,4. 20世纪70年代奥斯特隆姆(瑞典)和朗道(法国,L.D.Landau)在自适应控制理论和应用方面作出了贡献。,与此同时,关于系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。,朗道 L.D.La
7、ndau,第三阶段 大系统和智能控制理论阶段,20世纪70年代末,控制理论向着“大系统理论”和“智能控制理论” 的方向发展。,大系统理论:用控制和信息的观点,研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。,复杂大系统控制,智能控制理论:研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研制具有某些拟人智能的工程控制与信息处理系统的理论。,洗衣机智能模糊控制,机器人神经网络控制,回顾控制理论的发展历程可以看出,它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代,并走向自动化、信息化、智能化时代。,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
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