自动控制理论
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自动控制理论. 信息工程学院. 自动控制理论. 高等数学. 积分变换. 其它专业课程. 现代控制理论. 第一章 引 论. 课程特点. 1 、 它是一门专业基础课. 2 、理论实践相结合. 理论性非常强但又和实际应用紧密结合. 3 、内容广泛. 学习自动控制理论的重要性. 1 、本课程是自动化专业承上启下的课程. 2 、自动控制技术是应用非常广泛的技术. 电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。. 3 、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法. 4 、学分较多.

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自动控制理论

信息工程学院


4233513

自动控制理论

高等数学

积分变换

其它专业课程

现代控制理论

第一章 引 论

  • 课程特点

1、 它是一门专业基础课

2、理论实践相结合

理论性非常强但又和实际应用紧密结合

3、内容广泛


4233513

1、本课程是自动化专业承上启下的课程

2、自动控制技术是应用非常广泛的技术

电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。

3、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法

4、学分较多


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1、打好基础

高等数学(微积分)、积分变换(拉氏变换)

2、做好预习

讲课的速度较快、了解课程内容

3、听好课

掌握基本理论和基本方法

4、做好习题

应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题


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房间

交换设备

压缩机

控制板

传感器

执行机构

第一节 开环控制和闭环控制

一、什么是控制系统?

举例:家用空调控制器

功能:使房间的温度控制在人体比较舒适的范 (对象、物理量、控制设备)

系统组成:

控制单元

控制对象

测量元件


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温度设定

比较单元

控制单元

测量元件

执行机构

控制对象

家用空调系统框图的简化

控制指令

比较

反馈

控制器

控制对象


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1、什么叫系统?

为了完成某项任务、按一定规律组成、具有一

定功能的整体。

2、什么叫控制系统?

使被控对象的一个或多个物理量能够在一定精

度范围按照给定的规律变化的系统。

3、控制系统的两种基本形式及特点

两种基本形式:开环 闭环

开环系统结构及其特点:

  • 定义:只有正向作用,没有反馈控制作用的控制系统。

  • 举例:电机调速控制系统


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电位器

放大

功率放大

负载

电机

输入量

控制量

输出量

控制器

被控对象

电机调速控制系统


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  • 开环系统的特点

    A、只有正向作用,没有反馈作用;

    B、控制精度取决于元器件的精度和系统调整精度;

    C、没有抑制内、外干扰的能力;

    D、系统结构简单、成本低。

  • 闭环系统结构及其特点

    • 定义:既有正向作用,又有反馈控制作用的控制系统。

    • 举例:电机调速控制系统


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功率放大

电位器

比较器

放大

测速电机

负载

电机

输出量

输入量

比较

控制器

被控对象

测量电路

误差信号

控制输出量

反馈量


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  • 闭环系统的特点

    A、既有正向作用,又有反馈控制;

    B、控制精度与元件精度、控制方法、调整精度有关,控制精度较高;

    C、有抑制干扰的能力;

    D、结构复杂,成本相对较高。


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第二节 自动控制系统的类型

  • 自动调整系统

    特征:输入信号为常数

    典型系统:液位、温度、压力、流量控制

  • 程序控制系统

    特征:输入信号为预知的随时间变化函数

    典型系统:热处理炉控制系统、镜片固化炉温度控制、程序控制机床、灌装生产线、自动生产流水线。

  • 随动系统(伺服控制系统)

    特征:输入信号未知的随时间变化任意函数

    典型系统:鱼雷飞行、炮瞄雷达、火炮自动瞄准、导弹制导。


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按描述元件的动态方程分类

  • 线性系统

    特征:元件是线性的、系统运动方程可用线性微分方程或差分方程描述

  • 非线性系统

    特征:系统中含有至少一个非线性元件、系统运动方程需用非线性方程或差分方程描述。

    典型非线性:饱和、死区、继电器、传动间隙。


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按系统传递的信号分类

  • 连续系统

    特征:系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数,一般用微分方程描述。

  • 离散系统

    特征:在信号传递过程中,至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。


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按输入输出信号数量分类

  • 单输入单输出系统(单变量系统)

    特征:输入输出变量仅有一个。

  • 多输入多输出系统

    特征:输入输出变量多于一个。


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按系统结构和参数的确定性分类

  • 确定系统

    特征:系统的结构和参数是确定的、已知的,系统的输入信号也是确定的,可以用解析式或图表确切表示。

  • 不确定系统

    特征:系统的结构和参数是不确定的或,系统的输入信号是不确定的。


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按系统微分方程分类

  • 集中参数系统

    特征:能用常微分方程描述

  • 分布参数系统

    特征:至少有一个环节需要用偏微分方程

    描述。


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第三节 自动控制理论概要

一、对自动控制系统的要求

  • 稳定性要求

  • 快速性要求

  • 准确性要求

    二、自动控制理论研究的问题

  • 自动控制建模问题

  • 控制系统分析

  • 控制系统设计


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三、控制系统建模问题

  • 描述方法 传递函数

  • 建立方法 理论推导、实验法

    四、自动控制系统分析

  • 分析基础 系统传递函数

  • 分析内容 稳定性、稳态、暂态

  • 分析工具 手工计算、计算机软件


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五、自动控制系统的设计

给定数学模型和技术指标情况下,希望有简洁的方法解决以下问题:

  • 控制方案

    决定一种合适的控制规律及相应参

  • 系统分析

    近似估计系统时域响

  • 改进建议

    当系统性能不满足要求时指明改善系统性能的途径。

  • 设计手段

    控制系统的计算机辅助设计


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六、古典控制理论与现代控制理论

  • 古典控制理论

    研究对象:单输入单输出线性系统

    数学基础:微积分、积分变换

    系统描述方法:传递函数

    研究方法:时域法、频率特性法、根轨迹法

    核心概念:输出反馈

    适用系统:线性系统


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  • 现代控制理论

    研究对象:多输入多输出线性系统

    数学基础:线性代数、矩阵理论

    系统描述方法:状态空间表达式

    研究方法:时域法

    核心概念:状态反馈

    适用系统:线性、非线性


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  • 现代控制理论

    研究对象:多输入多输出线性系统

    数学基础:线性代数、矩阵理论

    系统描述方法:状态空间表达式

    研究方法:时域法

    核心概念:状态反馈

    适用系统:线性、非线性


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