自動控制原理田作華第一章課件

1《自動控制原理》

上海交通大學(xué)電信學(xué)院韓正之zzhan@2開場白1.關(guān)于教師：韓正之，博士、教授、博士生導(dǎo)師

研究興趣：非線性控制、智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制2.關(guān)于教材：《工程控制基礎(chǔ)》田作華等編著，清華大學(xué)出版社版（07版）3.關(guān)于教學(xué)內(nèi)容：經(jīng)典控制理論。概述、模型、分析、設(shè)計(jì)4.關(guān)于教學(xué)方法：傳統(tǒng)式：講授、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、考試?？刂剖剑悍答?，Interactivity

31.自動控制控制：使被控者按照控制者的愿望行事。自動控制：運(yùn)行過程中不需要人參與的控制。自動：man-free，human-free

準(zhǔn)確敘述：是指機(jī)器設(shè)備在沒有人直接參與的情況下，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。第一章導(dǎo)論自動化（Automation或Automatization）1.1引言一?？刂坪涂刂葡到y(tǒng)42.自動控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。3.

自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和組成

1）控制目標(biāo)（輸入信號）2）控制器

3）控制（執(zhí)行）信號 4）控制對象

5）輸出信號1.1

引言輸入信號控制器控制對象輸出信號執(zhí)行信號51.1

引言1。一個(gè)例子a.溫控系統(tǒng)——人工控制設(shè)定溫度人調(diào)壓器調(diào)壓器實(shí)際溫度二?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)控制系統(tǒng)，但不是自動控制系統(tǒng)！6例1.b.溫控系統(tǒng)——自動（時(shí)間）控制1.1

引言O(shè)FFSTART設(shè)定溫度時(shí)間控制規(guī)律調(diào)壓器

電爐實(shí)際溫度控制對象自動控制系統(tǒng)，信號順序傳遞，因果關(guān)系確定。自動開環(huán)控制系統(tǒng)！7例1.c.溫控系統(tǒng)——自動(反饋)控制1.1

引言設(shè)定溫度比較器電動機(jī)

電爐實(shí)際溫度控制對象自動控制系統(tǒng)，存在信號環(huán)路，互為因果關(guān)系。自動閉環(huán)控制系統(tǒng)！81.1

引言開環(huán)（控制）系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入信號控制器控制對象輸出信號執(zhí)行信號輸入信號控制器控制對象輸出信號執(zhí)行信號檢測器比較器偏差信號反饋信號偏差信號=輸入信號-反饋信號9三、自動控制的發(fā)展歷史

古代：指南車導(dǎo)論10近代：1788年英國Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

導(dǎo)論11現(xiàn)代：1913年美國建成最早的汽車裝配流水線現(xiàn)代：1952年美國MIT研制出第一臺數(shù)控機(jī)床

導(dǎo)論12注塑機(jī)自動搬運(yùn)車4.自動控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）13機(jī)器人足球比賽4.自動控制系統(tǒng)（應(yīng)用舉例）月球車141-2自動控制原理與系統(tǒng)分類一、反饋控制原理產(chǎn)生偏差、利用偏差、修正偏差注意：反饋系統(tǒng)必定存在信號回路。

Weiner認(rèn)為反饋原理是自然界運(yùn)行的基本原則之一。151.2自動控制原理與系統(tǒng)分類二、控制系統(tǒng)分類例：溫度控制系統(tǒng)161.2自動控制原理與系統(tǒng)分類程序控制系統(tǒng)171.2自動控制原理與系統(tǒng)分類隨動控制系統(tǒng)181。典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2自動控制原理與系統(tǒng)分類191）恒值控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：輸出信號跟蹤一個(gè)恒定的數(shù)值。工業(yè)生產(chǎn)中的位置系統(tǒng)、恒值等自動控制系統(tǒng)都屬于這一類型。

2）過程控制系統(tǒng)（程序控制系統(tǒng)）

特點(diǎn)：輸出信號跟蹤一個(gè)已知的函數(shù)。系統(tǒng)的控制過程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。3）隨動控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號變化。1.2自動控制原理與系統(tǒng)分類2。按系統(tǒng)的控制作用來分類201）開環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號順序傳遞?？刂瓢凑疹A(yù)定規(guī)律進(jìn)行。簡單，精度差。

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：存在信號回路?？刂聘鶕?jù)誤差進(jìn)行。精度高，容易產(chǎn)生震蕩。1.2自動控制原理與系統(tǒng)分類3。按信號的傳遞來分類211）連續(xù)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。例如火炮系統(tǒng)

2）離散控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號為序列。例如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。1.2自動控制原理與系統(tǒng)分類4。按信號的特點(diǎn)來分類221）線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)滿足疊加原理。簡單，精度差。

2）非線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)不滿足疊加原理。精度高，設(shè)計(jì)困難。1.2自動控制原理與系統(tǒng)分類5。按系統(tǒng)的性質(zhì)來分類23三、控制理論的分類1、經(jīng)典控制理論

研究的主要對象是單輸入、單輸出——單變量系統(tǒng)。如：調(diào)節(jié)電壓改變電機(jī)的速度；調(diào)整方向盤改變汽車的運(yùn)動軌跡等。2、現(xiàn)代控制理論

研究的主要對象是多輸入、多輸出——多變量系統(tǒng)。如:汽車看