一、控制系統(tǒng)導論1、經(jīng)典控制理論2、現(xiàn)代控制理論3、大系統(tǒng)理論與智能控制理論1-1自動控制的發(fā)展簡史三個發(fā)展階段學習目標知識要求：（1）掌握自動控制及自動控制系統(tǒng)的基本概念；（2）掌握一般自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)；（3）掌握控制系統(tǒng)的幾種控制方式；（4）掌握自動控制系統(tǒng)分類方式；（5）掌握穩(wěn)定性、準確性和快速性的定義。能力要求：（1）能夠根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖分析控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及各部分在系統(tǒng)中的作用；（2）能夠分析控制系統(tǒng)的控制方式及類型；（3）能夠判斷控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性。任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.1 早期控制階段漏壺計時都江堰設計圖任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.1 早期控制階段離心調(diào)速器工作原理圖任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.1 早期控制階段1868年馬克斯韋爾(J.C.Maxwell）建立了飛球控制器的微分方程數(shù)學模型，解決了蒸汽機調(diào)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的劇烈振蕩的不穩(wěn)定問題，提出了簡單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.1 早期控制階段1895年勞斯（Routh）與赫爾維茨（Hurwitz）把馬克斯韋爾的思想擴展到高階微分方程描述的更復雜的系統(tǒng)中,各自提出了兩個著名的穩(wěn)定性判據(jù)—勞斯判據(jù)和赫爾維茨判據(jù)?；旧蠞M足了二十世紀初期控制工程師的需要。任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.2 經(jīng)典控制階段由于第二次世界大戰(zhàn)需要控制系統(tǒng)具有準確跟蹤與補償能力，1932年奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應法，為具有高質(zhì)量的動態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)準確度的軍用控制系統(tǒng)提供了所需的分析工具。任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.2 經(jīng)典控制階段

1.1947年控制論的奠基人美國數(shù)學家韋納（N.Weiner）把控制論引起的自動化同第二次產(chǎn)業(yè)革命聯(lián)系起來，并與1948年出版了《控制論—關于在動物和機器中控制與通訊的科學》，書中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，為控制理論這門學科奠定了基礎控制論之父----韋納任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.2 經(jīng)典控制階段我國著名科學家錢學森將控制理論應用于工程實踐，并與1954年出版了《工程控制論》。新中國成立以后，錢學森排除萬難，毅然回國效力，使我國導彈和原子彈的發(fā)射向前推進了至少20年。錢學森任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.3 現(xiàn)代控制階段第一顆人造衛(wèi)星"伴侶號"美國宇航員登月任務1 自動控制理論發(fā)展歷史1.3 現(xiàn)代控制階段索杰納號火星車中國神州五號發(fā)射升空任務2 自動控制基本原理及方式2.1 自動控制及自動控制系統(tǒng)直流調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理圖任務2 自動控制基本原理及方式2.1 自動控制及自動控制系統(tǒng)直流調(diào)速控制系統(tǒng)控制順序圖直流調(diào)速控制系統(tǒng)方框圖任務2 自動控制基本原理及方式2.2 自動控制系統(tǒng)基本組成手動液位控制系統(tǒng)任務2 自動控制基本原理及方式2.2 自動控制系統(tǒng)基本組成手動液位控制系統(tǒng)方框圖任務2 自動控制基本原理及方式2.2 自動控制系統(tǒng)基本組成液位自動控制系統(tǒng)原理圖任務2 自動控制基本原理及方式2.2 自動控制系統(tǒng)基本組成自動控制系統(tǒng)基本組成任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式反饋控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)反饋（閉環(huán)）控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式某溫度反饋控制系統(tǒng)原理圖反饋（閉環(huán)）控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式某溫度反饋控制系統(tǒng)方框圖反饋（閉環(huán)）控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖開環(huán)控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式溫度開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖開環(huán)控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式溫度開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖開環(huán)控制方式任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式開環(huán)控制方式與反饋控制方式比較開環(huán)控制反饋控制無反饋有反饋結(jié)構(gòu)簡單，成本低結(jié)構(gòu)復雜，成本高參考輸入量控制系統(tǒng)偏差量控制無法補償擾動產(chǎn)生的影響自動進行補償擾動產(chǎn)生的影響穩(wěn)定性好穩(wěn)定性可能變差任務2 自動控制基本原理及方式2.3 自動控制系統(tǒng)控制方式復合控制方式按擾動補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)方框圖按輸入補償?shù)膹秃峡刂迫蝿? 自動控制系統(tǒng)的分類3.1 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)：如果組成控制系統(tǒng)的元件都具有線性特性，則稱這種系統(tǒng)為線性控制系統(tǒng)。非線性控制系統(tǒng)：在控制系統(tǒng)中，若有一個以上的元件具有非線性特性，則稱該系統(tǒng)為非線性控制系統(tǒng)。任務3 自動控制系統(tǒng)的分類3.2 恒值控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)：恒值控制系統(tǒng)的參考輸入為常量，要求它的被控制量在任何擾動的作用下都能盡快地恢復到原有的穩(wěn)態(tài)值。隨動控制系統(tǒng)：也常常稱作伺服系統(tǒng)，它的給定量是變化的，而且其變化規(guī)律是未知的。任務3 自動控制系統(tǒng)的分類3.3 連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)中各部分的信號若都是時間t的函數(shù)，則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)各部分的信號中只要有一個是時間t的離散信號，則稱這種系統(tǒng)為離散控制系統(tǒng)。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.1 典型輸入信號階躍信號

任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.1 典型輸入信號斜坡信號

任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.1 典型輸入信號加速度信號

任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.1 典型輸入信號脈沖信號

任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.1 典型輸入信號正弦信號

任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.2 穩(wěn)定性穩(wěn)定性（stability）是指當系統(tǒng)受到某一擾動作用后，使被控制量偏離了原來的平衡狀態(tài)，一旦擾動消失，經(jīng)過一定的時間，如果系統(tǒng)仍能回到原有的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.2 穩(wěn)定性系統(tǒng)受到的外界干擾可以用脈沖函數(shù)模擬，若系統(tǒng)輸出量y(t)經(jīng)過一段時間調(diào)整后可以恢復到原平衡狀態(tài)值，則系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)；若系統(tǒng)輸出量偏離原平衡狀態(tài)值越來越大或呈等幅振蕩狀態(tài)，則系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.3 快速性快速性（Rapidity）是指控制系統(tǒng)過渡過程的時間長短,是評價穩(wěn)定系統(tǒng)暫態(tài)性能的指標。某控制系統(tǒng)的動態(tài)過程曲線①，該系統(tǒng)表現(xiàn)雖然很穩(wěn)定，但是過渡過程的時間過長，人們總是希望在滿足穩(wěn)定性要求的前提下，系統(tǒng)的過渡過程越短越好，如動態(tài)過程曲線②。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.4準確性準確性（accuracy）是指控制系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后,或系統(tǒng)受干擾重新恢復平衡狀態(tài)時最終保持的精度,是反映過渡過程后期性能的指標?？刂葡到y(tǒng)的準確性一般用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。穩(wěn)態(tài)誤差又稱穩(wěn)態(tài)精度，是指系統(tǒng)通過動態(tài)調(diào)整過程后進入新的平衡狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)）后的誤差，該穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明系統(tǒng)的準確性就越高。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.5控制系統(tǒng)的相關問題對于一個通過閉環(huán)控制或反饋控制，精確控制的實際系統(tǒng)或過程，輸出量（也稱為系統(tǒng)響應）是根據(jù)誤差信號來進行調(diào)節(jié)的。該誤差信號是由代表了系統(tǒng)期望值的參考信號與傳感器測量得到的系統(tǒng)響應信號之間的差值決定的。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求4.5控制系統(tǒng)的相關問題數(shù)學分析和設計與物理系統(tǒng)設計過程的關系任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求小結(jié)自動控制就是在沒有人直接參與的條件下，利用控制器使被控對象（如機器、設備或生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動地按照預定的規(guī)律變化（或運行）。自動控制系統(tǒng)一般包含給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大器、執(zhí)行元件、反饋環(huán)節(jié)、校正裝置、被控對象組成，主要作用量有：輸入量（給定量）、控制量、反饋量、干擾量、輸出量等各中間變量。任務4 自動控制系統(tǒng)性能基本要求小結(jié)反饋控制系統(tǒng)，又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)，是依靠反饋環(huán)節(jié)，利用偏差信號產(chǎn)生控制