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自动控制概论,第一节 概述第二节 基本控制方式第三节 自动控制系统的组成及术语第四节 自动控制系统的分类第五节 自动控制理论概要,一、自动控制的概念,二、自动控制理论的发展史,返回,1-1 概述,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. 自动控制的概念,返回,二. 自动控制理论的发展史,(一) 经典控制理论（第一阶段）1765年 英国Wate发明蒸汽机1788年 Wate利用反馈原理发明蒸汽机用的离心飞锤 调速器。1868年 J.C.Maxwell “On Governors”(关于调速器)， 讨论运行的稳定性。1877年， 1895年，E.J.Routh和Hurwitz先后提出判别系统稳定性的代数方法。,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,1892年 俄国李雅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。1932年 Nyquist提出了根据频率响应判断系统稳定性的 准则。1945年 美国Bode在网络分析和反馈放大器设计中提出频率响应分析法Bode图。1948年 瑞士 W.R.Evans提出根轨迹法 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。,(二) 现代控制理论（第二阶段）1960年 美 R.E.Kalman成功地应用了状态空间法，提出能控、能观新概念。1961年 庞特里亚金证明了最优控制中的极大值原理。1965年 R.Bellman提出了寻求最优控制的动态规划方法。(三)、大系统理论和智能控制论（第三阶段）1970年以后1.大系统理论 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、社会经济和空间技术等复杂系统。 2.智能控制论 是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统， 如智能机器人、无人驾驶飞机。 vcd,返回,返回,一、开环控制 二、闭环控制 三、复合控制 四、自动控制系统举例,返回,1-2 基本控制方式,1、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。 2、例子：直流电动机转速开环控制系统,一、开环控制,原理方框图,直流电动机转速开环控制系统,3.开环控制系统的特点,优点：线路简单、成本低、工作稳定。缺点：控制精度低。,返回,按扰动补偿的开环控制,1.定义 如果系统的输出量参与对系统的控制，则称为闭环控制。 2.例子：直流电动机转速闭环控制系统,二、闭环控制,返回,3.闭环控制系统的特点,负反馈控制原理：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，使偏差减小或消除。 优点：具有较强的抗干扰能力，控制精度高。 缺点：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。,1、构成：将开环控制和闭环控制结合起来。 2、特点：兼有开 环和闭环系统的优 点，控制精度高， 控制作用快，但结 构也较为复杂。,返回,三、复合控制,四、自动控制系统举例 恒温箱自动控制系统,一、自动控制系统的组成,二、控制系统中的常用术语,返回,1-3 自动控制系统的组成及术语,一、自动控制系统的组成,由控制器与被控对象组成,控制器是系统中对被控对象起控制作用的各部分的总称。,自动控制系统方框图,返回,给定量(输入量)：系统输出量的要求值。被控量(输出量)：被控系统所控制的物理量。反馈量：与输出成正比或成某种函数关系,与给定 量有相同量纲和数量级的信号。偏差量：给定量与主反馈量之差。控制量：作用于被控对象的信号。扰动量：对系统输出量有不利影响的输入量。被控对象：被控制的机器、设备或生产过程 。,返回,二、控制系统中的常用术语,一、按给定信号分类: 1、恒值控制系统： 输入为常数，系统能排除扰动影响，使输出保持恒定不变。 2、随动控制系统： 输入是时间的未知函数，要求输出跟随输入信号变化。 3、程序控制系统： 输入量是时间的已知函数，要求输出以一定精度跟随输入信号变化。,返回,1-4 自动控制系统的分类,二、按数学描述分类:,1、线性系统：用线性方程描述的系统。 性质：1）组成系统的所有元件都是线性元件； 2）具有齐次性和叠加性。 2、非线性系统：用非线性方程描述的系统。 性质：1）系统中只要有一个非线性元件就是 非线性系统。 2）不满足叠加原理。,三、按时间信号的性质分类,1.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。 2.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形式传递。,四.按系统输入输出信号的数量分类 1.单输入单输出系统：输入、输出各为一个。 2.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。,二.自动控制系统的设计原则,一.对控制系统的基本要求,1-5 自动控制理论概要,1.系统的绝对稳定性2.系统具有良好的动态性能和稳态性能 动态性能：稳动态过程平稳 快响应动作快 稳态性能：准 跟踪值准确,一.对控制系统的基本要求,一、稳定性系统稳定是系统正常工作的基本条件,二、过渡过程指标表示对自动控制系统动态性能的要求,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。,1、系统分析 2、系统设计 3、实验仿真 4、控制实现,二.自动控制系统的设计原则,返回,
