控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)主干課 學(xué)時(shí)/學(xué)分：54/3 授課時(shí)間：第七學(xué)期授課專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化先修課程：自動(dòng)控制原理、電機(jī)與拖動(dòng)、微機(jī)原理、電路基礎(chǔ)、模擬與數(shù)字電路、液壓傳動(dòng)與控制、自動(dòng)控制元件課程目的與任務(wù)：本課程是一門(mén)基礎(chǔ)與工程實(shí)踐密切相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)課程。其特點(diǎn)是所涉及的知識(shí)面寬、實(shí)踐性強(qiáng)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握一般反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、步驟，了解和掌握控制系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)研究知識(shí)，使學(xué)生獲得分析、解決實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力?？?制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)教學(xué)基本要求：掌握分析控制系統(tǒng)誤差的方法，并且能夠熟練進(jìn)行系統(tǒng)誤差分配；能夠熟練地進(jìn)行典型伺服系統(tǒng)負(fù)載分析與計(jì)算；合理選擇控制方案、伺服電機(jī)、

2、檢測(cè)裝置、功率放大及減速裝置；熟悉掌握伺服系統(tǒng)的工程建模方法；掌握伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)綜合設(shè)計(jì)方法；了解pwm直流伺服系統(tǒng)的組成、控制電路、功率轉(zhuǎn)換電路的選擇與保護(hù)、開(kāi)關(guān)頻率選擇和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；熟練掌握伺服系統(tǒng)調(diào)試與試驗(yàn)方法?？荚囆问剑洪]卷考試或完成答辯形式的課程設(shè)計(jì)選用教材：現(xiàn)代伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 哈爾濱工程大學(xué)出版社 劉勝、彭俠夫 2001年廈門(mén)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 彭俠夫自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷程反饋控制系統(tǒng) 瓦特離心調(diào)速器 火炮隨動(dòng)系統(tǒng) 左圖可遙控的自動(dòng)駕駛儀的波音777飛機(jī) 右圖 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上圖 我國(guó)第一艘深潛打撈救生器下圖 無(wú)纜水下機(jī)器人 某型獵雷聲納穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)仿 真 技 術(shù)六柱六自由度搖擺轉(zhuǎn)臺(tái)減

3、搖水艙二自由度搖擺臺(tái)下左圖：三軸多功能模擬轉(zhuǎn)臺(tái)。主要用于慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置、速率與搖擺等試驗(yàn)。下右圖：三軸多功能轉(zhuǎn)臺(tái)。具有位置、速率、搖擺、伺服等功能，慣性系統(tǒng)及慣性元器件測(cè)試。 上圖：雙軸艇體搖擺臺(tái)，主要用于艇體搖擺仿真實(shí)驗(yàn)。 下圖：雙軸伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)具有位置、速率、自動(dòng)階躍翻滾等功能，主要用于高精度測(cè)試各種二自由度陀螺漂移。 上圖：三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)。主要用于慣測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定、檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)，具設(shè)有位置、速率、搖擺、仿真等功能。 下圖：三軸跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)，與成像制導(dǎo)信息處理器配接，由信息處理輸出為目標(biāo)方位、俯仰誤差信號(hào)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)跟蹤指定目標(biāo)。可以作測(cè)滾運(yùn)動(dòng)，模擬導(dǎo)彈在空中飛行的姿態(tài)變化。 麥克斯維爾引入微

4、分方程開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究維斯聶格拉斯基結(jié)合蒸汽機(jī)的特性，指出正確選擇參數(shù)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定勞斯提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)胡爾維茨是第一個(gè)用理論指導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人布萊克首次應(yīng)用負(fù)反饋概念實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)尼可爾斯提出pid的整定方法 自動(dòng)控制理論的發(fā)展魯里葉研究具有非線性的控制問(wèn)題 波波夫提出穩(wěn)定性理論 龐特里亞金提出極大值原理最優(yōu)控制 60年代，狀態(tài)空間法誕生現(xiàn)代控制理論70年代，現(xiàn)代頻域法螺旋式發(fā)展 80年代，提出控制的魯棒性現(xiàn)代后控制理論90年代，控制理論發(fā)展呈現(xiàn)多元化格局 1、自動(dòng)控制技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向從研究手段、方法和途徑的角度看1、對(duì)符號(hào)和連續(xù)動(dòng)力學(xué)兩者兼具的系統(tǒng)控制 下一代系統(tǒng)將把邏輯操

5、作與連續(xù)量結(jié)合起來(lái)。當(dāng)今的理論對(duì)這樣的系統(tǒng)，特別是我們大型系統(tǒng)測(cè)量沒(méi)被處理調(diào)諧得很好。 2、高級(jí)協(xié)調(diào)和自治 反饋正在越來(lái)越多地設(shè)計(jì)到企業(yè)的決策系統(tǒng)中，這包括提供一系列管理與后勤、領(lǐng)空管理與空中交通管制，以及軍事指揮與控制系統(tǒng)。魯棒控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)過(guò)程必須擴(kuò)展到這些更高水平的決策系統(tǒng)。 2、機(jī)器人技術(shù)和智能機(jī)械 4、材料及加工5、信息與網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展為控制提供巨大的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)?？砂阉鼈兇致缘胤譃閮蓚€(gè)主要領(lǐng)域：網(wǎng)絡(luò)的控制和控制網(wǎng)絡(luò)。 從目前信息技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，由于已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)允許用戶(hù)相互交換信息的全球化因特網(wǎng)，這將產(chǎn)生更多的與物理環(huán)境、無(wú)線或有線交互作用。因而，下一個(gè)階段的信息技術(shù)

6、的革命和控制技術(shù)的發(fā)展必然是通信、計(jì)算和控制的匯集。 2、通訊、計(jì)算和感知技術(shù)的普遍深入將啟動(dòng)控制的很多新的應(yīng)用，但也將要求當(dāng)今的理論和方法有相當(dāng)可觀的發(fā)展?？刂平绫仨毢ㄐ碌?、信息豐富的應(yīng)用，并把現(xiàn)有的概念推廣應(yīng)用到?jīng)Q策的更高水平的系統(tǒng)中。隨著新的、遠(yuǎn)期領(lǐng)域?qū)刂萍夹g(shù)的開(kāi)放，該領(lǐng)域接下來(lái)的十年將會(huì)是碩果累累的。 3、對(duì)控制研究投資的回報(bào)是實(shí)質(zhì)性的。它們包括對(duì)可靠、有效及魯棒地運(yùn)作系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)，可能通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制取得新材料和裝置。通過(guò)控制技術(shù)的使用，增加對(duì)物理和生物學(xué)系統(tǒng)的理解。 最重要的或許是那些具有控制思想的個(gè)人，他們吸納了系統(tǒng)觀念，在復(fù)雜的工程系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計(jì)和測(cè)試上可擔(dān)當(dāng)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)。 綜上所述，控制技術(shù)必須在充分