自动控制知识ppt课件.ppt

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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么自动控制概论自动控制概论第一节第一节 概述概述第二节第二节 基本控制方式基本控制方式第三节第三节 自动控制系统的组成及术语自动控制系统的组成及术语第四节第四节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类第五节第五节 自动控制理论概要自动控制理论概要在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、自动控制的概念一、自动控制的概念二、自动控制理论的发展史二、自动控制理论的发展史返回返回返回返回1-1 概述概述在日常生活中，随处都可以看到浪费粮

2、食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按照预定的规律运行。一一.自动控制的概念自动控制的概念返回返回返回返回在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二二.自动控制理论的发展史自动控制理论的发展史(一一一一)经典控制理论（第一阶段）经典控制理论（第一阶段）经典控制理论（第一阶段）经典控制理论（第一阶段）17651765年年年年 英国英国英国英国WateWate发明蒸汽机发明蒸汽机发明蒸汽机发明蒸汽机17881

3、788年年年年 WateWate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心飞锤利用反馈原理发明蒸汽机用的离心飞锤利用反馈原理发明蒸汽机用的离心飞锤利用反馈原理发明蒸汽机用的离心飞锤 调速器。调速器。调速器。调速器。18681868年年年年 J.C.Maxwell“On Governors”(J.C.Maxwell“On Governors”(关于调速器关于调速器关于调速器关于调速器)，讨论运行的稳定性。讨论运行的稳定性。讨论运行的稳定性。讨论运行的稳定性。18771877年，年，年，年，1895 1895年年年年，E.J.RouthE.J.Routh和和和和HurwitzHurwitz先后提出判别先后提出

4、判别先后提出判别先后提出判别系统稳定性的代数方法。系统稳定性的代数方法。系统稳定性的代数方法。系统稳定性的代数方法。经历了三个阶段：经历了三个阶段：经历了三个阶段：经历了三个阶段：经典控制理论、现代控制理论、大系统控制理论经典控制理论、现代控制理论、大系统控制理论经典控制理论、现代控制理论、大系统控制理论经典控制理论、现代控制理论、大系统控制理论在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么18921892年年年年 俄国李雅普诺夫在论运动稳定性的一般问题俄国李雅普诺夫在论运动稳定性的一般问题俄国李雅普诺夫在论运动稳定性的一般问题俄国李雅

5、普诺夫在论运动稳定性的一般问题 中建立了动力学系统的一般稳定性理论。中建立了动力学系统的一般稳定性理论。中建立了动力学系统的一般稳定性理论。中建立了动力学系统的一般稳定性理论。19321932年年年年 NyquistNyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的提出了根据频率响应判断系统稳定性的提出了根据频率响应判断系统稳定性的提出了根据频率响应判断系统稳定性的 准则。准则。准则。准则。19451945年年年年 美国美国美国美国BodeBode在网络分析和反馈放大器设计中在网络分析和反馈放大器设计中在网络分析和反馈放大器设计中在网络分析和反馈放大器设计中提出频率响应分析法提出频率响应分析法提

6、出频率响应分析法提出频率响应分析法BodeBode图。图。图。图。19481948年年年年 瑞士瑞士瑞士瑞士 W.R.Evans W.R.Evans提出根轨迹法提出根轨迹法提出根轨迹法提出根轨迹法 至此，经典控制理论成熟。包括：时域分析法至此，经典控制理论成熟。包括：时域分析法至此，经典控制理论成熟。包括：时域分析法至此，经典控制理论成熟。包括：时域分析法,频率特性法、根轨迹法等。频率特性法、根轨迹法等。频率特性法、根轨迹法等。频率特性法、根轨迹法等。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(二二二二)现代控制理论（第二阶段）现代

7、控制理论（第二阶段）现代控制理论（第二阶段）现代控制理论（第二阶段）19601960年年年年 美美美美 R.E.Kalman R.E.Kalman成功地应用了状态空间法，成功地应用了状态空间法，成功地应用了状态空间法，成功地应用了状态空间法，提出能控、能观新概念。提出能控、能观新概念。提出能控、能观新概念。提出能控、能观新概念。19611961年年年年 庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。19651965年年年年 R.Bellman R.Bellman提出了寻求最优控制的

8、动态规划方提出了寻求最优控制的动态规划方提出了寻求最优控制的动态规划方提出了寻求最优控制的动态规划方法。法。法。法。(三三三三)、大系统理论、大系统理论、大系统理论、大系统理论和智能控制论和智能控制论和智能控制论和智能控制论（第三阶段）（第三阶段）（第三阶段）（第三阶段）19701970年以后年以后年以后年以后1.1.大系统理论大系统理论大系统理论大系统理论 是指规模庞大、结构复杂、变量众多的是指规模庞大、结构复杂、变量众多的是指规模庞大、结构复杂、变量众多的是指规模庞大、结构复杂、变量众多的信息与控制系统，交通运输、生物工程、社会经信息与控制系统，交通运输、生物工程、社会经信息与控制系统，交

9、通运输、生物工程、社会经信息与控制系统，交通运输、生物工程、社会经济和空间技术等复杂系统。济和空间技术等复杂系统。济和空间技术等复杂系统。济和空间技术等复杂系统。2.2.智智智智能能能能控控控控制制制制论论论论 是是是是具具具具有有有有某某某某些些些些仿仿仿仿人人人人智智智智能能能能的的的的工工工工程程程程控控控控制制制制与与与与信信信信息息息息处处处处理理理理系系系系统统统统，如如如如智智智智能能能能机机机机器器器器人人人人、无无无无人人人人驾驾驾驾驶驶驶驶飞飞飞飞机机机机。vcdvcd返回返回返回返回在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一

10、点点算不了什么返回返回返回返回在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 一、开一、开环环控制控制 二、二、闭环闭环控制控制 三、复合控制三、复合控制 四、自四、自动动控制系控制系统举统举例例返回返回返回返回1-2 基本控制方式基本控制方式在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 1 1、定义：如果系统的输出量不参与对系、定义：如果系统的输出量不参与对系 统的控制，则称为开环控制。统的控制，则称为开环控制。2 2、例子：直流电动机转速开环控制系统、例子：直流电动机转速开

11、环控制系统一、开一、开环环控制控制在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么原理方框图原理方框图原理方框图原理方框图控制器控制器控制器控制器(放放放放大大大大器器器器)被控对象被控对象被控对象被控对象(直直直直流流流流电电电电机机机机)扰动量扰动量扰动量扰动量ur(t)输入量输入量输入量输入量输出量输出量输出量输出量(被控制量被控制量被控制量被控制量)n(t)ua直流电动机转速开环控制系统直流电动机转速开环控制系统在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3.开环控制系统

12、的特点开环控制系统的特点优点：优点：线路简单、成本低、工作稳定。线路简单、成本低、工作稳定。缺点：缺点：控制精度低。控制精度低。返回返回返回返回按扰动补偿的开环控制按扰动补偿的开环控制控制器控制器控制器控制器被控对象被控对象被控对象被控对象扰动量扰动量扰动量扰动量输入输入输入输入输出输出输出输出补偿器补偿器补偿器补偿器+u前馈控制器前馈控制器前馈控制器前馈控制器在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 1.1.1.1.定定定定义义义义 如如如如果果果果系系系系统统统统的的的的输输输输出出出出量量量量参参参参与与与与对对对对系系系系

13、统统统统的的的的控控控控制制制制，则称为闭环控制。则称为闭环控制。则称为闭环控制。则称为闭环控制。2.2.2.2.例子：直流电动机转速闭环控制系统例子：直流电动机转速闭环控制系统例子：直流电动机转速闭环控制系统例子：直流电动机转速闭环控制系统 二、闭环控制二、闭环控制在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么返回返回返回返回在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3.闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点 负反馈控制原理：负反馈控制原理：负反馈控制原理：负反馈控制原理：将

14、系统输出量引回输入端，与将系统输出量引回输入端，与将系统输出量引回输入端，与将系统输出量引回输入端，与输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减输入量相比较，利用所得偏差进行控制，使偏差减小或消除。小或消除。小或消除。小或消除。优点：优点：优点：优点：具有较强的抗干扰能力，控制精度高具有较强的抗干扰能力，控制精度高具有较强的抗干扰能力，控制精度高具有较强的抗干扰能力，控制精度高。缺点：缺点：缺点：缺点：系统参数配合不当时，容易产生振荡甚至系统参数配合不当时，容易产生振荡甚至系统参数配合不当时，容易产生振荡

15、甚至系统参数配合不当时，容易产生振荡甚至不稳定，使系统无法工作。不稳定，使系统无法工作。不稳定，使系统无法工作。不稳定，使系统无法工作。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 1 1、构成：将开环控制和闭环控制结合起来。、构成：将开环控制和闭环控制结合起来。2 2、特点：兼有开、特点：兼有开 环和闭环系统的优环和闭环系统的优 点，控制精度高，点，控制精度高，控制作用快，但结控制作用快，但结 构也较为复杂。构也较为复杂。返回返回返回返回三、复合控制三、复合控制在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，

16、也许你认为浪费这一点点算不了什么四、自动控制系统四、自动控制系统四、自动控制系统四、自动控制系统举例举例举例举例 恒温箱自动控制系统恒温箱自动控制系统恒温箱自动控制系统恒温箱自动控制系统在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、自动控制系统的组成一、自动控制系统的组成二、控制系统中的常用术语二、控制系统中的常用术语返回返回返回返回1-3 自动控制系统的组成及术语自动控制系统的组成及术语在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、自动控制系统的组成一、自动控制系统的组

17、成 由控制器与被控对象组成由控制器与被控对象组成,控制器是系统控制器是系统中对被控对象起控制作用的各部分的总称。中对被控对象起控制作用的各部分的总称。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么自动控制系统方框图自动控制系统方框图返回返回返回返回在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么给定量给定量给定量给定量(输入量输入量输入量输入量)：系统输出量的要求值。系统输出量的要求值。系统输出量的要求值。系统输出量的要求值。被控量被控量被控量被控量(输出量输出量输出量输出量)：被

18、控系统所控制的物理量。被控系统所控制的物理量。被控系统所控制的物理量。被控系统所控制的物理量。反馈量：反馈量：反馈量：反馈量：与输出成正比或成某种函数关系与输出成正比或成某种函数关系与输出成正比或成某种函数关系与输出成正比或成某种函数关系,与给定与给定与给定与给定 量有相同量纲和数量级的信号。量有相同量纲和数量级的信号。量有相同量纲和数量级的信号。量有相同量纲和数量级的信号。偏差量：偏差量：偏差量：偏差量：给定量与主反馈量之差。给定量与主反馈量之差。给定量与主反馈量之差。给定量与主反馈量之差。控制量：控制量：控制量：控制量：作用于被控对象的信号。作用于被控对象的信号。作用于被控对象的信号。作用

19、于被控对象的信号。扰动量：扰动量：扰动量：扰动量：对系统输出量有不利影响的输入量。对系统输出量有不利影响的输入量。对系统输出量有不利影响的输入量。对系统输出量有不利影响的输入量。被控被控被控被控对对对对象：象：象：象：被控制的机器、被控制的机器、被控制的机器、被控制的机器、设备设备设备设备或生或生或生或生产过产过产过产过程程程程。返回返回返回返回二、控制系统中的常用术语二、控制系统中的常用术语在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 一、按给定信号分类一、按给定信号分类一、按给定信号分类一、按给定信号分类:1 1 1 1、恒值控制

20、系统：、恒值控制系统：、恒值控制系统：、恒值控制系统：输输输输入入入入为为为为常常常常数数数数，系系系系统统统统能能能能排排排排除除除除扰扰扰扰动动动动影影影影响响响响，使使使使输输输输出保持恒定不变。出保持恒定不变。出保持恒定不变。出保持恒定不变。2 2 2 2、随动控制系统、随动控制系统、随动控制系统、随动控制系统：输输输输入入入入是是是是时时时时间间间间的的的的未未未未知知知知函函函函数数数数，要要要要求求求求输输输输出出出出跟跟跟跟随随随随输输输输入信号变化。入信号变化。入信号变化。入信号变化。3 3 3 3、程序控制系统：、程序控制系统：、程序控制系统：、程序控制系统：输输输输入入入

21、入量量量量是是是是时时时时间间间间的的的的已已已已知知知知函函函函数数数数，要要要要求求求求输输输输出出出出以以以以一一一一定精度跟随输入信号变化。定精度跟随输入信号变化。定精度跟随输入信号变化。定精度跟随输入信号变化。返回返回返回返回1-4 自动控制系统的分类自动控制系统的分类在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、按数学描述分类二、按数学描述分类:1 1 1 1、线性系统：、线性系统：、线性系统：、线性系统：用线性方程描述的系统。用线性方程描述的系统。用线性方程描述的系统。用线性方程描述的系统。性质：性质：性质：性质：1

22、1 1 1）组成系统的所有元件都是线性元件；）组成系统的所有元件都是线性元件；）组成系统的所有元件都是线性元件；）组成系统的所有元件都是线性元件；2 2 2 2）具有齐次性和叠加性。）具有齐次性和叠加性。）具有齐次性和叠加性。）具有齐次性和叠加性。2 2 2 2、非线性系统、非线性系统、非线性系统、非线性系统：用非线性方程描述的系统。用非线性方程描述的系统。用非线性方程描述的系统。用非线性方程描述的系统。性质：性质：性质：性质：1 1 1 1）系统中只要有一个非线性元件就是）系统中只要有一个非线性元件就是）系统中只要有一个非线性元件就是）系统中只要有一个非线性元件就是 非线性系统。非线性系统。

23、非线性系统。非线性系统。2 2 2 2）不满足叠加原理。）不满足叠加原理。）不满足叠加原理。）不满足叠加原理。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么三、按时间信号的性质分类三、按时间信号的性质分类1.1.连续时间系统：连续时间系统：连续时间系统：连续时间系统：系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量。系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量。系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量。系统中所有信号都是连续函数形成的模拟量。2.2.离散时间系统：离散时间系统：离散时间系统：离散时间系统：系统中的信号至少有一处是以脉冲序列或数码系统中的信

24、号至少有一处是以脉冲序列或数码系统中的信号至少有一处是以脉冲序列或数码系统中的信号至少有一处是以脉冲序列或数码形式传递。形式传递。形式传递。形式传递。四四.按系统输入输出信号的数量分类按系统输入输出信号的数量分类1.1.单输入单输出系统：单输入单输出系统：单输入单输出系统：单输入单输出系统：输入、输出各为一个。输入、输出各为一个。输入、输出各为一个。输入、输出各为一个。2.2.多输入多输出系统：多输入多输出系统：多输入多输出系统：多输入多输出系统：有两个或两个以上的输入量或输出量的系统有两个或两个以上的输入量或输出量的系统有两个或两个以上的输入量或输出量的系统有两个或两个以上的输入量或输出量的

25、系统。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二二.自动控制系统的设计原则自动控制系统的设计原则一一.对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求1-5 自动控制理论概要自动控制理论概要在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么1.1.1.1.系统的绝对稳定性系统的绝对稳定性系统的绝对稳定性系统的绝对稳定性2.2.2.2.系统具有良好的动态性能和稳态性能系统具有良好的动态性能和稳态性能系统具有良好的动态性能和稳态性能系统具有良好的动态性能和稳态性能 动态性能：动态性能：动态

26、性能：动态性能：稳稳稳稳动态过程平稳动态过程平稳动态过程平稳动态过程平稳 快快快快响应动作快响应动作快响应动作快响应动作快 稳态性能：稳态性能：稳态性能：稳态性能：准准准准 跟踪值准确跟踪值准确跟踪值准确跟踪值准确 一一.对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、稳定性系统稳定是系统正常工作的基本条件在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、过渡过程指标表示对自动控制系统动态性能的要求在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么三、稳态误差系统要求（或希望）的输出量与实际输出量之差称为误差；误差的稳态分量称为稳态误差；稳态误差表示到达平衡状态（过渡过程结束）的精度。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 1 1 1 1、系统分析、系统分析、系统分析、系统分析 2 2 2 2、系统设计、系统设计、系统设计、系统设计 3 3 3 3、实验仿真、实验仿真、实验仿真、实验仿真 4 4 4 4、控制实现、控制实现、控制实现、控制实现二二.自动控制系统的设计原则自动控制系统的设计原则返回返回返回返回