自动控制理论课件第1讲.ppt

导论----开环控制与闭环控制例4：汽车方向控制系统汽车方向控制系统汽车方向控制人工职能图预期行驶路线汽车实际行驶路线大脑眼睛-视觉测量+-偏差手方向盘反馈是现代控制的精髓，又如：01火炮随动系统02领导实施管理03央行调整利息04“没有调查就没有发言权”，等等05都体现了反馈的理念！06导论----开环控制与闭环控制全自动洗衣机、汽车驾驶传动机构、人骑自行车、指南车、空调温度控制都属于何种控制方式？开环控制系统的特点顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。讨论：闭环控制系统的特点偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。闭环与开环控制系统的比较2自动控制简史1788年前后，J.瓦特的蒸汽机离心调速器。2自动控制简史解决蒸汽机所推动的机械装置的速度控制问题。在19世纪中，仅英国就有7.5万台装有瓦特调速器的蒸汽机装置。2自动控制简史进汽阀门，连杆机构比较器Metalsphere设定转速Vd+-转速测量蒸汽室蒸汽机实际转速离心调节器瓦特离心调速器在调速过程中存在不稳定现象（“设备变得发狂！”），当时并没有理论指导，所有的努力都集中在改进调速器本身（重量、弹簧、摩擦）。01J.C.麦克斯维尔把调节器跟调节对象合在一起，看作一个系统，用线性微分方程来进行研究，指出微分方程的特征根在左半面或右半面，决定着系统稳定与否。02仅有实践是不够的！032自动控制简史1877年，E.J.劳斯提出了劳斯代数稳定性判据，并获得了亚当奖。1895年，A.胡尔维茨也提出了本质上与劳斯判据一致的代数稳定性判据，并在稳定性理论的指导下，为瑞士达沃斯电厂的一个蒸汽机设计了一个调速系统。胡尔维茨被认为是真正运用控制理论，来指导设计控制系统的第一人。只有有了理论的指导，才能从自然王国走向必然王国。2自动控制简史2自动控制简史1892年俄国数学家A.M.李雅普诺夫发表《论运动稳定性的一般问题》的专著﹐从数学方面给运动稳定性的概念下了严格的定义﹐并研究出解决稳定性问题的两种方法。1927年8月2号，贝尔实验室的一个年轻的工程师H.S.布莱克，发明了负反馈放大器。这是经典控制形成的开端。大量的工作积累，老在想这个问题，这样灵感就出来了。2自动控制简史2自动控制简史1925年到1940年的防空火力控制贝尔实验室里的一个年轻的工程师D.B.帕金森只有29岁，他是一个低职位的工程师，让他承担的任务是绕电位计，就是1940年那天晚上他做了一个梦。他梦到用电位计控制的记录笔(电压函数记录仪)也可以控制火炮的发射，他这个梦就促进了自动控制技术的发展。在二十世纪40年代，N.B.尼可尔斯发明了PID的整定法。当时美国麻省理工学院有唯一一台模拟计算机，当时的模拟计算机叫微分分析仪。尼可尔斯就在这个模拟计算机上做了大量的仿真实验，最后列出来这个PID的整定表，有一样工作50年不变的就是这个PID整定表。2自动控制简史这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论﹐在苏联称为自动调整理论﹐主要是解决单变量的控制问题。01主要是解决第二次世界大战期间防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，以及战后的工业生产问题。02后来统称为“经典控制”032自动控制简史2自动控制简史经验的积累和总结，逐渐形成了较完备的理论。值得自豪的是，1954年，中国科学家钱学森全面地归纳总结了经典控制理论，在美国出版了国际上第一本经典控制理论工程化的著作《工程控制论》。2自动控制简史经典控制理论（1940～1950年代）时域法复域法(根轨迹法)频域法近代控制理论（1960～1970年代）线性系统自适应控制最优控制鲁棒控制最佳估计容错控制系统辨识集散控制智能控制理论（1980～今天）专家系统 大系统理论模糊控制 鲁棒控制