第1章绪论高教.ppt
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1、E-mail:,自动控制原理,Principles of Automatic Control,主讲人: 谭思云,自动控制原理,2,教材与主要参考书,教材: 王万良自动控制原理 北京:高教出版社,2008.6 1.胡寿松自动控制原理第四版. 北京:科学出版社,2001.2 2. 刘慧英,卢京潮 自动控制原理(第四版)导教.导学.导考西安:西北工业大学出版社,2003.11 3. Richardc.Dorf RobertH.Bishop, Modern Control Systems,Ninth Edition,2002,自动控制原理,3,第1章 自动控制的基本概念,1.0 自动控制发展简史 1.
2、1 自动控制系统 1.2 自动控制系统的类型 1.3 对自动控制系统性能的基本要求 1.4 本课程的主要内容及其相互关系,自动控制原理,4,1.0 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;,自动控制原理,5,中国古代自动化方面的辉煌成就: 公元725年,一行、梁令瓒发明有自动报时机构的水运浑象,其中使用了一个天衡装置,是一个按被调量偏差调节的自动调节器; 公元1086-
3、1092年,苏颂和韩公廉建造具有“天衡”自动调节和自动报时机构的水运仪象台; 公元l135年,宋代王普记述“莲华漏”上使用浮子阀门式机构自动调节漏壶的水位; 公元1637年,明代的天工开物一书中记载有程序控制思想的提花织机结构图。,自动控制原理,6,世界上公认的第一个自动控制系统,1769年瓦特发明蒸汽机,自动控制原理,7,飞球调节器 世界上公认的第一个自动控制系统,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。 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,8,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
4、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,9,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。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。,自动控制原理,10,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
5、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理论的发展。,自动控制原理,11,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
6、间的相互作用的定性性质,以及整个系统的总体运 动状态。,自动控制原理,12,空间技术促使现代控制理论的产生,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。,自动控制原理,13,L.S. Pontryagin,1956年前苏联 L.S. Pontryagin 发表“最优过程数学理论”,提出极大值原理 解决卫星发射过程中火箭的最优控制问题。,自动控制原理,14,美籍匈牙利人 R. E. Kalman 1960 年引入状态空间法分析系统,提出能控性,能观测性,最佳调节器和kalman 滤波等概念,奠定了现代控制理论的基础。,R. E. Kalman,自动控
7、制原理,15,1967年瑞典 Karl J. Astrom 提出最小二乘辩识,解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法,1973年,提出了自适应调节器,建立自适应控制的基础。1993年获得IEEE Medal of Honor。,K. J. Astrom,自动控制原理,16,1970年英国UMIST H.H Rosenbrock 发表State Space and Multivariable Theory 提出多变量系统的频域法。 1974年加拿大 W.M Wonham 发表Linear Multivariable Control: A Geometric Approach。,W.M Wonh
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