1、自動控制原理,北京化工大學,主講：劉振娟,總學時：,64 其中上機實驗6學時,自動控制原理 化學工業(yè)出版社 厲玉鳴主編，2005年,自動控制原理（第四版）胡壽松主編，國 防工業(yè)出版社，2002年 自動控制原理 孫亮等主編，北京工業(yè)大 學出版社 1999年,自己選擇,自動控制原理實驗指導書，本校自動 化系編,學習方式：,教 材：,參考書：,習題集：,實驗指導書：,授課、習題、實驗、考試,實驗軟件：,MATLAB 語言與控制系統(tǒng)仿真 孫亮，北京工業(yè)大學出版社，2001年,MATLAB 5.1, 6.1,2、拉普拉斯變換、反變換,參考書：,數(shù)學知識：,復習,3、微分方程求解,4、復變函數(shù)留數(shù)定理（求

2、部分分式展開）,1、線性代數(shù) 矩陣計算 矩陣加、乘法,反饋控制系統(tǒng)設(shè)計與分析- MATLAB語言應用，清華大學出版社，薛定宇，2000年,第一章 自動控制系統(tǒng)概述,l定義：,l從上世紀40年代起，發(fā)展為專門學科，技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用，如：工業(yè)控制中，在軍事、農(nóng)業(yè)、航空、航海、核能利用等領(lǐng)域。,自動控制，就是在沒有人參與的情況下，通過控制器或者控制裝置來控制機器或者設(shè)備等物理裝置，使得機器設(shè)備的受控物理量按照希望的規(guī)律變化，從而達到控制的目的。,降低成本。,提高勞動生產(chǎn)率，,提高產(chǎn)品質(zhì)量，,改善勞動條件，,節(jié)約能源，,基礎(chǔ)理論，理論性強，,研究控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，,設(shè)計自動控制系統(tǒng)。

3、,2 自動控制簡史,古老的反饋控制思想,40年代形成獨立學科,瓦特蒸汽機的離心調(diào)節(jié)器 自動控制 領(lǐng)域的第一項重大成果（18世紀中葉） -控制進氣閥的開啟程度從而控制蒸汽機速度的離心調(diào)速器,數(shù)學工具, 線性微分方程和基于拉普拉斯變 換的傳遞函數(shù),研究對象,三大分析方法：,研究對象和范圍有限, 單輸入單輸出的線性定常系統(tǒng),時域分析法、頻率特性分析法和根軌跡分析法。,難于解決復雜問題，如時變，多變量等。,2.2 現(xiàn)代控制理論,60年代始獲得長足發(fā)展，主要以分析和設(shè)計復雜控制系統(tǒng)為目標。,現(xiàn)代控制理論的發(fā)展是計算機發(fā)展的衍生物。, 狀態(tài)空間分析方法,數(shù)學工具, 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)、定常系統(tǒng) 與時變系

4、統(tǒng)、多輸入多輸出系統(tǒng)等,研究對象,2.3先進控制與智能控制,主要研究方向：,人工神經(jīng)元網(wǎng)絡研究等,預測控制,模糊控制,自適應控制,3 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng),控制量,輸入量,輸出量,(a) 開環(huán)控制系統(tǒng),控制量,輸入量,輸出量,(b) 閉環(huán)控制系統(tǒng),開環(huán)控制系統(tǒng),特點：,缺點：, 最簡單的控制方式, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題, 信號傳遞沒有形成閉合回路, 輸出量不能對控制量產(chǎn)生 影響。, 控制精度不高, 系統(tǒng)抗干擾能力差, 對元器件的要求 比較高,閉環(huán)控制系統(tǒng), 反饋控制系統(tǒng),l反饋通路,負反饋與正反饋,控制系統(tǒng)一般采用負反饋,l信號傳遞形成一個閉合回路,輸入量與反

5、饋量之差稱為偏差信號,4 自動控制與自動控制系統(tǒng),4.1 自動控制系統(tǒng)的組成及定義,以自動化實驗室水槽液位控制系統(tǒng)為例：,調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖,給定,流量1,液位1,液位2,自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖12所示。,設(shè)定值 r,擾動 f,被控變量 y,反饋量 z,圖12 自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),偏差 e,控制變量 u,1、控制系統(tǒng)的一些常用術(shù)語,被控對象,控制量,設(shè)定值（給定值）,是指被控制的裝置或者設(shè)備。,希望系統(tǒng)輸出達到的數(shù)值，一般用符號r 表示。,施加給被控對象的信號，使受控對象按照一定的規(guī)律運行，一般用符號u 表示。,被控變量,控制系統(tǒng)的輸出，即被控的物理量，一般用符號y 表示。,偏差信號,擾動

6、信號,系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號之差稱為偏差，用符號e 表示。,使對象輸出偏離設(shè)定值的輸入信號。一般用符號f 表示。,2、控制系統(tǒng)的組成,定值元件,控制器,執(zhí)行元件,用來產(chǎn)生設(shè)定值或參考輸入。,或稱調(diào)節(jié)器。通過一定的控制規(guī)律給出控制量，送到執(zhí)行元件。,完成功率轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換，常稱為執(zhí)行機構(gòu)或者執(zhí)行器。,( 被控對象),測量、變送元件,又稱傳感器，用于檢測被控對象的輸出量，并變換成標準信號送到控制器。,比較元件,用以產(chǎn)生偏差信號,2、控制系統(tǒng)的組成,( 被控對象),4.2 自動控制系統(tǒng)的分類,開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng),1、定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制,根據(jù)給定信號形式的不同分類。,定值控制

7、系統(tǒng)：,系統(tǒng)的參考輸入為恒定值或者波動范圍很小，要求系統(tǒng)的輸出量也保持恒定。,隨動控制系統(tǒng)（伺服控制系統(tǒng)）：,參考輸入值不斷變化，變化規(guī)律未知。控制目的是使得系統(tǒng)的輸出量能夠準確地跟蹤輸入值的變化。,程序控制系統(tǒng)：,設(shè)定值變化，是時間的已知函數(shù)，即按照事先規(guī)定的時間程序或規(guī)律變化。,2、線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng),根據(jù)描述系統(tǒng)的方程形式分類。,本書主要研究線性定常系統(tǒng)。,3、連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng),根據(jù)傳輸信號的形式分類。,連續(xù)時間系統(tǒng)：,離散時間系統(tǒng)：,系統(tǒng)的輸入與輸出信號均是連續(xù)時間函數(shù)u(t)與y(t)，,系統(tǒng)的輸入與輸出信號均是離散時間量u(kT)與y(kT)。,計算機控制系統(tǒng)是典型的離散控制系統(tǒng)。,2T,T,nT,圖1-5 連續(xù)時間信號與離散時間信號,4、單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng),從輸入與輸出信號的數(shù)量分類。,單輸入單輸出系統(tǒng)（SISO）,多輸入多輸出系