自動控制原理概論演示文稿目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點（優(yōu)選）自動控制原理概論目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點課程簡介第一章自動控制的一般概念第二章模型第三章時域分析法第四章根軌跡法第五章頻率法第六章控制系統(tǒng)的校正第七章采樣系統(tǒng)分析目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點參考書目胡壽松《自動控制原理》（第五版）

科學(xué)出版社吳麒《自動控制原理》清華大學(xué)出版社李友善《自動控制原理》國防大學(xué)出版社多種《自動控制習(xí)題集》目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程

最早應(yīng)用于工業(yè)過程中的自動反饋控制器是英國人瓦特在1769年發(fā)明的飛球控制器，它被用來控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速。機械裝置用來測量驅(qū)動桿的轉(zhuǎn)速并利用飛球的轉(zhuǎn)動來控制閥門，進而控制進入蒸汽機的蒸汽流量。當轉(zhuǎn)速增大時，飛球離開軸線，重心上移，于是關(guān)緊閥門。目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程

1868年以前，自動控制系統(tǒng)的特點是憑借直覺的實證性發(fā)明，缺乏理論基礎(chǔ)。

俄國人認為，最早的具有歷史意義的反饋系統(tǒng)是由Polzunov于1765年發(fā)明的用于水位控制的浮球調(diào)節(jié)器。浮球探測水位并控制在鍋爐入水口上的閥門。目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程經(jīng)典控制論的產(chǎn)生：1868年，英國本土的瓦特調(diào)節(jié)器出現(xiàn)劇烈振蕩，英國物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表《論調(diào)速器》。恩格斯說：“社會上一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要比之十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進”。20世紀初葉，長途電話革命促成經(jīng)典控制論--時域法、頻域法和根軌跡法。二戰(zhàn)之前，貝爾實驗室主要研究紐約到舊金山3000哩的長途電話線。1927年，貝爾實驗室的Bode用頻域法分析反饋放大器。1932年，奈奎斯特提出頻域判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決反饋放大器出現(xiàn)“嗡嗡作響”的不穩(wěn)定振蕩。目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程

1940年以前，控制系統(tǒng)設(shè)計采用“試湊法”；1940年以后，數(shù)學(xué)和分析的方法在實用性方面有了很大發(fā)展，控制工程因而發(fā)展成為一門工程科學(xué)。二戰(zhàn)期間，飛機自動駕駛儀器、火炮定位系統(tǒng)、雷達天線控制系統(tǒng)以及其他

軍用系統(tǒng)都對系統(tǒng)的復(fù)雜性及性能提出了更高的要求，自動控制理論及應(yīng)用得到了巨大的發(fā)展。1948年，維納《控制論》發(fā)表，奠定了控制論的基礎(chǔ)。1954年，錢學(xué)森在美國出版了《工程控制論》（EngineeringCybernetics)，系統(tǒng)地揭示了控制論對自動控制、航空航天、電子通信等科學(xué)技術(shù)的意義和深遠影響，并提出了一些發(fā)展的新方向，吸引了大批數(shù)學(xué)家、工程技術(shù)專家從事控制理論的研究，推動了五、六十年代控制理論的發(fā)展。目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程50年代末，控制系統(tǒng)的設(shè)計問題的重點由設(shè)計可行系統(tǒng)發(fā)展為某種意義上的最佳系統(tǒng)。1956年，蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家龐特里亞金創(chuàng)立“極大值原理”。1957年，美國數(shù)學(xué)家貝爾曼創(chuàng)立“動態(tài)規(guī)劃”，為最優(yōu)控制提供了有效的理論工具；多輸入、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)使經(jīng)典控制論遇到挑戰(zhàn)；1960年后，數(shù)字計算機的出現(xiàn)和普及使基于矩陣運算的狀態(tài)空間法得到發(fā)展和普及；復(fù)雜系統(tǒng)的時域分析成為可能。1960年前后，美國應(yīng)用數(shù)學(xué)家卡爾曼在其博士論文中提出“狀態(tài)空間理論”，標志著現(xiàn)代控制理論的誕生。隨著人類衛(wèi)星和空間時代的到來，控制工程又有了新的推動力。目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用：1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星。1966年，蘇聯(lián)發(fā)射探測器在月球軟著陸。1969年，美國阿波羅載人宇宙飛船登陸月球。目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動控制理論的發(fā)展歷程經(jīng)典控制理論:40-50年代現(xiàn)代控制理論:60年代大系統(tǒng)理論，智能控制:80年代控制理論的分支：最優(yōu)控制：性能最優(yōu)的控制律。自適應(yīng)控制：系統(tǒng)特性變動下可自動調(diào)整控制。智能控制：人工智能與自動控制的交叉，包括模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制。魯棒控制：模型出現(xiàn)偏差仍可保持性能。目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點經(jīng)典控制理論研究對象：單輸入,單輸出,線性時不變系統(tǒng)。數(shù)學(xué)工具：

拉氏變換。數(shù)學(xué)模型：微分方程,傳遞函數(shù),動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。研究方法：時域分析法,根軌跡法和頻域分析法。目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點現(xiàn)代控制理論研究對象：多輸入,多輸出,多變量系統(tǒng)。研究方法：狀態(tài)空間法。數(shù)學(xué)工具：線性代數(shù)。數(shù)學(xué)模型：狀態(tài)方程。目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點大系統(tǒng)理論,智能控制研究對象：規(guī)模龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,變量眾多。研究方法：

計算機輔助設(shè)計。目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點控制理論面臨的問題如何避免抽象的理論化。實際系統(tǒng)的復(fù)雜性、強非線性、不確定性、不完全性如何建模等。目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動化專業(yè)的歷史沿革1、工業(yè)企業(yè)電氣化(1952)，2、工業(yè)電氣化及自動化(60年代)，3、工業(yè)電氣自動化(70年代末)，4、工業(yè)自動化(1993,歸口機械工業(yè)部)，5、自動控制(1993,歸口電子工業(yè)部)，6、自動化(1998)。目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點我校自動化專業(yè)簡介專業(yè)演變:鐵道信號→交通信息工程與控制→自動控制→自動化(60人→90人→180人)專業(yè)特點:萬金油(褒):知識面廣,什么都能干(就業(yè)率最高)。

四不象(貶):理論功底不如數(shù)學(xué)專業(yè)；

計算機能力比不上計算機專業(yè)；

機械,電氣,化工等知識沒有相關(guān)專業(yè)扎實。

專業(yè)定位:國家級重點學(xué)科(交通信息工程及控制)

國家級特色專業(yè)目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點自動化專業(yè)國內(nèi)外狀況國內(nèi):全國已有200多所高校設(shè)立自動化專業(yè).

中國自動化學(xué)會教育委員會國際:目前國際主流教育體制中沒有自動化專業(yè).

出國深造:偏理:應(yīng)用數(shù)學(xué)偏工:電氣電子,機械,化工,計算機目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點第一章控制系統(tǒng)的一般概念第一節(jié)引言自動控制的定義：不需要人的直接參與而能控制某些物理量按照指定的規(guī)律變化.舉例：電冰箱（溫度）

列車（速度）目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點常用術(shù)語被控量（被調(diào)量）：自動控制系統(tǒng)中需要調(diào)節(jié)的物理量。被控對象：被控制的物理量相應(yīng)的那個生產(chǎn)過程或進行生產(chǎn)過程的設(shè)備、機器、裝置。給定值（參考輸入）：根據(jù)生產(chǎn)要求，被控量需要達到的數(shù)值。干擾（擾動）：引起對象中被控量變化的各種外界因素。目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點第二節(jié)自動控制的基本形式一、開環(huán)控制信號由給定值至被控量單向傳遞。分類：1、按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)例：固定時間定時的交通燈、電風(fēng)扇、老式洗衣機。目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點2、按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制系統(tǒng)一、開環(huán)控制用途：只能對可測干擾進行補償，對于不可測的擾動及受控對象各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化對被控量造成的影響,系統(tǒng)自身無法控制。例：穩(wěn)壓電源優(yōu)點：控制器結(jié)構(gòu)簡單，成本低缺點：對各環(huán)節(jié)要求高以保證滿意的控制精度；抗擾動能力差、控制精度難以保證特點：目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點信號沿前向通道和反饋通道往復(fù)循環(huán)。優(yōu)點：對各環(huán)節(jié)要求低；通過偏差控制，可抑制內(nèi)、外擾動對被控制量產(chǎn)生的影響、精度高；缺點：控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其設(shè)計與系統(tǒng)分析相對麻煩；舉例：電冰箱，空調(diào)，教學(xué)過程和智能洗衣機前向通道：輸入至輸出的信號通路；反饋通道：輸出至輸入的信號通路。二、閉環(huán)控制目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點三、復(fù)合控制

復(fù)合控制：按擾動控制處是開環(huán)；按偏差控制處是閉環(huán)。+計算執(zhí)行被控對象測量被控量干擾給定值_測量目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點第三節(jié)控制系統(tǒng)舉例烘烤爐溫度控制系統(tǒng)受控對象——烘爐被控量——溫度給定值——電位器輸出電壓干擾——工件溫度、環(huán)境溫度、煤氣壓力等測量元件——熱電偶執(zhí)行機構(gòu)——電動機、閥門目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點恒值控制系統(tǒng)（輸入信號為常值）列車，汽車，艦船的速度控制冰箱，烤箱，空調(diào)的溫度控制水箱的液面高度（液位）控制舉例：目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點位置隨動系統(tǒng)（輸入信號為時間的函數(shù)）受控對象——工作機械被控量——工作機械角位置給定值——指令轉(zhuǎn)角干擾——影響工作機械角位置的各種因素測量元件——兩個相同的電位器執(zhí)行機構(gòu)——電動機、減速器目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點

隨動系統(tǒng)繪圖儀仿形銑(配鑰匙)火炮系統(tǒng)舉例：目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點調(diào)速系統(tǒng)受控對象—電動機被控量—電機轉(zhuǎn)速給定值—給定電位器輸出電壓干擾—影響轉(zhuǎn)速的各種因素測量元件—測速發(fā)電機目前二十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點恒值控制系統(tǒng)目前三十頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點計算機控制系統(tǒng)舉例:列車運行自動控制系統(tǒng)比較線路比較線路數(shù)字計算機受控對象D/A測量測量A/D目前三十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點CTCS3(中國列車運行控制系統(tǒng))設(shè)備結(jié)構(gòu)GSM-R固定網(wǎng)絡(luò)目前三十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點第四節(jié)控制系統(tǒng)的分類對被控對象的控制方式（結(jié)構(gòu)）：開環(huán)控制閉環(huán)控制復(fù)合控制按系統(tǒng)輸入及輸出的個數(shù)分類：單輸入單輸出(SISO)（本課程研究重點）多輸入多輸出（MIMO）（現(xiàn)代控制理論）

控制系統(tǒng)的其他分類方式輸入信號：伺服系統(tǒng)，恒值系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)信號性質(zhì)：連續(xù)，離散，混合數(shù)學(xué)描述：線性（滿足疊加原理）和非線性控制方式：偏差控制，復(fù)合控制目前三十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點第五節(jié)控制系統(tǒng)組成和對基本性能要求被控對象控制裝置(由具有一定職能的各種基本元件組成)

測量元件：其職能是測量被控制的物理量；