自動控制理論基礎知識課件匯報人：小無名15目錄CONTENTS自動控制概述控制系統(tǒng)數(shù)學模型線性系統(tǒng)分析非線性系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)設計基礎現(xiàn)代控制理論基礎知識01自動控制概述自動控制定義自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預定的規(guī)律運行。發(fā)展歷程自動控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。自動控制定義與發(fā)展自動控制系統(tǒng)主要由控制器、被控對象、執(zhí)行機構和檢測裝置等部分組成。系統(tǒng)組成根據(jù)控制原理的不同，自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；根據(jù)給定信號分類，可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分類自動控制系統(tǒng)組成與分類工業(yè)領域航空航天交通運輸智能家居自動控制應用領域自動控制廣泛應用于工業(yè)領域，如自動化生產(chǎn)線、機器人、智能制造等。自動控制技術在交通運輸領域的應用包括智能交通系統(tǒng)、自動駕駛汽車等。在航空航天領域，自動控制技術是實現(xiàn)飛行器自主飛行、導航和制導的關鍵。智能家居系統(tǒng)通過自動控制技術實現(xiàn)家庭設備的智能化管理和控制，提高生活便利性。02控制系統(tǒng)數(shù)學模型線性微分方程描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學工具，通過求解微分方程可以得到系統(tǒng)的輸出響應。非線性微分方程當系統(tǒng)中存在非線性元件時，需要使用非線性微分方程來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。微分方程的解法包括解析解法和數(shù)值解法，解析解法可以得到精確解，而數(shù)值解法可以得到近似解。微分方程模型03傳遞函數(shù)的求法可以通過對微分方程進行拉普拉斯變換得到，也可以通過實驗測定得到。01傳遞函數(shù)的定義在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與系統(tǒng)輸入量的拉普拉斯變換之比。02傳遞函數(shù)的性質(zhì)包括穩(wěn)定性、幅頻特性、相頻特性等，這些性質(zhì)決定了系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。傳遞函數(shù)模型狀態(tài)變量的定義能夠完全描述系統(tǒng)動態(tài)特性的最小變量組。狀態(tài)空間方程描述系統(tǒng)狀態(tài)變量與輸入變量之間關系的數(shù)學方程，包括狀態(tài)方程和輸出方程。狀態(tài)空間模型的性質(zhì)包括能控性、能觀性、穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)決定了系統(tǒng)的控制性能和觀測性能。狀態(tài)空間模型03線性系統(tǒng)分析系統(tǒng)受到擾動后，能夠恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性的定義勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)等。穩(wěn)定性判據(jù)時域分析法、頻域分析法等。穩(wěn)定性分析方法線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)在時域中的輸入與輸出之間的關系。時域響應的定義上升時間、峰值時間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等。時域響應指標經(jīng)典法、卷積法、狀態(tài)空間法等。時域響應分析方法線性系統(tǒng)時域響應分析

線性系統(tǒng)頻域響應分析頻域響應的定義系統(tǒng)在頻域中的輸入與輸出之間的關系。頻域響應指標幅頻特性、相頻特性、諧振頻率、諧振峰值等。頻域響應分析方法頻率響應法、傳遞函數(shù)法、極坐標圖法等。04非線性系統(tǒng)分析非線性系統(tǒng)特點具有多值性、記憶性、不滿足疊加原理等。常見非線性特性飽和、死區(qū)、間隙、繼電特性等。非線性定義系統(tǒng)輸入與輸出之間不存在簡單的比例關系，即輸出不能通過輸入的線性組合來表示。非線性系統(tǒng)概述系統(tǒng)在受到擾動后，能夠恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性定義相平面法、描述函數(shù)法、李雅普諾夫方法等。非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法對于不同類型的非線性系統(tǒng)，有不同的穩(wěn)定性判據(jù)，如勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)等。穩(wěn)定性判據(jù)非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析響應特性系統(tǒng)在輸入信號作用下的輸出表現(xiàn)，包括穩(wěn)態(tài)響應和動態(tài)響應。響應性能指標超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差等，用于評價系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。非線性系統(tǒng)響應分析方法時域分析法、頻域分析法等。非線性系統(tǒng)響應分析05控制系統(tǒng)設計基礎快速性系統(tǒng)響應速度的快慢，即系統(tǒng)受到輸入信號作用后，輸出信號跟隨輸入信號變化的速度。準確性系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的誤差大小，反映系統(tǒng)控制精度的指標。穩(wěn)定性系統(tǒng)受到擾動后，能夠恢復到原來平衡狀態(tài)的能力?？刂葡到y(tǒng)性能指標123基于傳遞函數(shù)和頻率響應等方法進行系統(tǒng)設計，適用于單輸入單輸出、線性定常系統(tǒng)。經(jīng)典控制理論設計法基于狀態(tài)空間法和最優(yōu)控制等方法進行系統(tǒng)設計，適用于多輸入多輸出、非線性時變系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論設計法基于神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯等智能算法進行系統(tǒng)設計，適用于復雜、不確定和非線性系統(tǒng)。智能控制設計法控制系統(tǒng)設計方法概述通過繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的根軌跡圖，分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能指標，進而進行系統(tǒng)設計。根軌跡法通過繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率響應曲線，分析系統(tǒng)在不同頻率下的幅值和相位特性，進而進行系統(tǒng)設計。頻率響應法通過在系統(tǒng)中引入適當?shù)男ＵW(wǎng)絡，改善系統(tǒng)的性能指標，如超前校正、滯后校正等。校正網(wǎng)絡設計法經(jīng)典控制理論設計方法06現(xiàn)代控制理論基礎知識控制系統(tǒng)的基本概念01介紹控制系統(tǒng)的定義、組成、分類等基本概念。控制系統(tǒng)的性能指標02闡述控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準確性等性能指標及其評價方法?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程03概述現(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程和重要成果，包括狀態(tài)空間法、最優(yōu)控制、自適應控制等。現(xiàn)代控制理論概述最優(yōu)控制問題的提法闡述最優(yōu)控制問題的提法，包括性能指標、約束條件等。變分法與最優(yōu)控制介紹變分法的基本原理及其在最優(yōu)控制中的應用，包括歐拉方程、哈密頓函數(shù)等。動態(tài)規(guī)劃與最優(yōu)控制闡述動態(tài)規(guī)劃的基本原理及其在最優(yōu)控制中的應用，包括貝爾曼方程、值迭代、策略迭代等。最優(yōu)控制理論基礎知識01介紹自適應控制系統(tǒng)的定義、組成、分類等基本概念。自適應控制系統(tǒng)的基本概念02闡述自適應控制系統(tǒng)的設計方法，包括模型參考自適應控制、自校