控制的基礎(chǔ)資料課件2023-2026ONEKEEPVIEWREPORTING目錄CATALOGUE控制系統(tǒng)概述控制理論發(fā)展概述控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用控制系統(tǒng)概述PART01控制系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)某種預(yù)定的穩(wěn)態(tài)操作，即在各種擾動條件下，使被控制對象的狀態(tài)保持在期望的范圍內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的核心是控制器，它根據(jù)輸入信號和反饋信號來決定控制輸出，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)是一種通過引入控制變量來達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的技術(shù)裝置。控制系統(tǒng)的定義控制器被控對象測量元件調(diào)節(jié)元件控制系統(tǒng)的基本組成01020304它是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收輸入信號和反饋信號，根據(jù)這些信號來決定控制輸出。它是控制系統(tǒng)所要控制的對象，可以是機(jī)器、設(shè)備、系統(tǒng)等。它用于測量被控對象的輸出信號，并將測量結(jié)果反饋給控制器。它用于調(diào)節(jié)控制器的輸出信號，以實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。開環(huán)控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)沒有反饋信號，控制器的輸出信號直接作用于被控對象。開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但缺乏對系統(tǒng)性能的自我調(diào)整能力。閉環(huán)控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)有反饋信號，控制器的輸出信號不僅作用于被控對象，還受到來自被控對象輸出信號的反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有自我調(diào)整能力，能夠更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。半開環(huán)控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)只有部分反饋信號，控制器的輸出信號不僅作用于被控對象，還受到來自被控對象部分輸出信號的反饋。半開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是介于開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之間，具有一定的自我調(diào)整能力。控制系統(tǒng)的分類控制理論發(fā)展概述PART02通過比較期望輸出與實(shí)際輸出之間的差異來進(jìn)行控制。反饋控制PID控制器穩(wěn)定性分析一種常用的古典控制器，通過調(diào)整比例、積分和微分三個參數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制。通過分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法來確定控制系統(tǒng)的性能。030201古典控制理論通過設(shè)計最優(yōu)控制器來最小化某個性能指標(biāo)的控制方法。最優(yōu)控制一種描述控制系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型。狀態(tài)空間模型一種基于狀態(tài)空間模型設(shè)計的線性二次調(diào)節(jié)器。LQR控制器現(xiàn)代控制理論采用模糊邏輯和模糊推理方法進(jìn)行控制。模糊控制利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行建模并進(jìn)行控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制采用深度學(xué)習(xí)算法對系統(tǒng)進(jìn)行建模并進(jìn)行控制。深度學(xué)習(xí)控制智能控制理論控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型PART03描述控制系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型描述輸入與輸出之間的關(guān)系常用的有常系數(shù)線性微分方程和非常系數(shù)線性微分方程通過求解微分方程，可以得到系統(tǒng)的響應(yīng)01020304線性微分方程表示控制系統(tǒng)輸入與輸出之間關(guān)系的函數(shù)通常用于分析和設(shè)計線性控制系統(tǒng)基于線性微分方程表示通過傳遞函數(shù)可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等傳遞函數(shù)用狀態(tài)變量表示控制系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型通過狀態(tài)空間表達(dá)式可以求出系統(tǒng)的響應(yīng)軌跡描述系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)以及狀態(tài)與輸入、輸出之間的關(guān)系通常用于現(xiàn)代控制理論中的分析和設(shè)計方法狀態(tài)空間表達(dá)式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析PART04穩(wěn)定性的重要性穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，如果控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，則系統(tǒng)會持續(xù)偏離初始狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。穩(wěn)定性的定義控制系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自我調(diào)節(jié)并恢復(fù)到初始狀態(tài)的能力。分類根據(jù)穩(wěn)定性的程度，可以分為穩(wěn)定、漸近穩(wěn)定和不穩(wěn)定。穩(wěn)定性的定義勞斯判據(jù)簡介01勞斯判據(jù)是一種通過系統(tǒng)特征根的位置來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。勞斯判據(jù)的原理02根據(jù)勞斯判據(jù)，如果系統(tǒng)的所有特征根都位于復(fù)平面的左半部分，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果有一個或多個特征根位于復(fù)平面的右半部分，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。勞斯判據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)03勞斯判據(jù)簡單直觀，適用于線性時不變系統(tǒng)，但不適用于非線性系統(tǒng)。勞斯判據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)簡介奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)是通過系統(tǒng)開環(huán)頻率響應(yīng)函數(shù)來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的原理根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，如果系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)函數(shù)的所有極點(diǎn)都位于復(fù)平面的左半部分，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果有一個或多個極點(diǎn)位于復(fù)平面的右半部分，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)適用于非線性系統(tǒng)和線性時不變系統(tǒng)，但需要計算系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)函數(shù)，較為復(fù)雜。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)PART05穩(wěn)態(tài)誤差是指控制系統(tǒng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出量與期望值之間的誤差。定義由于系統(tǒng)本身特性、外部干擾、測量噪聲等因素導(dǎo)致系統(tǒng)無法完全跟蹤期望信號。產(chǎn)生原因如果穩(wěn)態(tài)誤差過大，會影響系統(tǒng)的精度和性能，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。穩(wěn)態(tài)誤差對系統(tǒng)性能的影響通過優(yōu)化控制器設(shè)計、提高測量精度、減小外部干擾等措施來降低穩(wěn)態(tài)誤差。減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法穩(wěn)態(tài)誤差01動態(tài)性能指標(biāo)是指控制系統(tǒng)在瞬態(tài)響應(yīng)過程中的性能表現(xiàn)。定義02主要包括上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量和阻尼比等。衡量指標(biāo)03良好的動態(tài)性能可以保證系統(tǒng)在瞬態(tài)響應(yīng)過程中迅速、穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。動態(tài)性能對系統(tǒng)性能的影響04通過優(yōu)化控制器設(shè)計、改變系統(tǒng)參數(shù)等措施來改善動態(tài)性能。改善動態(tài)性能的方法動態(tài)性能指標(biāo)常見干擾信號來源包括外部環(huán)境干擾、測量裝置誤差、執(zhí)行器故障等。提高系統(tǒng)抗干擾能力的方法通過選用高精度測量設(shè)備、采用阻尼技術(shù)減小外部干擾等措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。干擾信號對系統(tǒng)性能的影響如果干擾信號過大，會導(dǎo)致系統(tǒng)輸出量波動，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。定義干擾信號是指對控制系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響的信號。干擾信號的影響控制系統(tǒng)的設(shè)計方法PART06根軌跡法是一種通過繪制系統(tǒng)特征根的軌跡來分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的方法。定義根軌跡法直觀、簡單，可以快速評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如電氣、機(jī)械、航空等。應(yīng)用根軌跡法優(yōu)點(diǎn)頻率響應(yīng)法能夠提供關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的全面信息。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如電氣、電子、機(jī)械等。定義頻率響應(yīng)法是一種通過分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線來評估系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的方法。頻率響應(yīng)法03應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，如航天、機(jī)器人、自動化等。01定義狀態(tài)空間法是一種通過建立系統(tǒng)狀態(tài)方程來分析系統(tǒng)行為和性能的方法。02優(yōu)點(diǎn)狀態(tài)空間法能夠提供關(guān)于系統(tǒng)行為和性能的全面信息，適用于復(fù)雜系統(tǒng)的分析。狀態(tài)空間法控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用PART07是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)發(fā)出控制信號，指揮整個系統(tǒng)工作?？刂破鞲鶕?jù)控制信號執(zhí)行相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。執(zhí)行器檢測被控對象的參數(shù)變化，將信號傳輸給控制器。傳感器調(diào)節(jié)被控對象的介質(zhì)流量、壓力等參數(shù)。調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)控制算法根據(jù)控制理論設(shè)計算法，實(shí)現(xiàn)控制功能。界面設(shè)計設(shè)計操作界面，方便用戶操作。數(shù)據(jù)處理對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為控制算法提供輸入。遠(yuǎn)程監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制應(yīng)用于家庭設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)智能化管理。智能家居環(huán)?？刂?/p>