自 動 控 制 原 理

自動控制原理授課50學時教材：自動控制原理（馮巧玲，北京航空航天大學出版社）參考書【1】自動控制原理（胡壽松，科學出版社）

【2】自動控制原理習題集

(胡壽松，科學出版社)高等數(shù)學積分變換自動控制理論現(xiàn)代控制理論其它專業(yè)課程

1、是一門專業(yè)基礎(chǔ)課

2、理論實踐相結(jié)合理論性非常強,但又和實際應(yīng)用緊密結(jié)合

3、內(nèi)容廣泛自動控制理論課程特點學習自動控制理論的重要性3、本課程能為解決實際控制問題提供理論和方法1、本課程是自動化相關(guān)課程承上啟下的課程2、自動控制技術(shù)是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)

電機控制、自動化生產(chǎn)線、火炮雷達控制、家用電器、機械、冶金、石油、化工、電力電子、航空、航海、航天、核反應(yīng)堆等。本課程學習方法1、打好基礎(chǔ)高等數(shù)學（微積分）、積分變換（拉氏變換）2、做好預(yù)習3、聽好課講課的速度較快、了解課程內(nèi)容掌握基本理論和基本方法4、做好習題應(yīng)用學到的基本理論和基本方法解決實際問題第一章自動控制概論1.1引言1.2自動控制系統(tǒng)的分類1.3對控制系統(tǒng)的基本要求自動化：1.1.1概念

機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按照規(guī)定的程序或指令自動進行操作或運行自動控制系統(tǒng)：

指能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng),由被控對象和控制裝置組成1.1引言自動控制：

是關(guān)于受控系統(tǒng)分析、設(shè)計和運行的理論和技術(shù)自動控制系統(tǒng)除了研究人造系統(tǒng)的控制問題外，還研究社會、經(jīng)濟、生物、環(huán)境等非人造系統(tǒng)的控制問題，比如生物控制、經(jīng)濟控制、社會控制和人口控制等反饋：控制理論的核心內(nèi)容

把系統(tǒng)的輸出量反送到輸入端，并與系統(tǒng)的給定量比較產(chǎn)生偏差量，在利用此偏差量控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)最終消除偏差

自動裝置的出現(xiàn)和應(yīng)用（18世紀以前）

中國和巴比倫出現(xiàn)了自動計時裝置——刻漏、指南車、水運儀象臺。公元1世紀古埃及和希臘的發(fā)明家也創(chuàng)造了教堂廟門自動開啟、投幣式圣水箱等自動裝置。1.1.2自動控制理論發(fā)展簡史銅刻提漏共稿有四很個漏更壺，蒼遂級蜻向下覽滴注半，其踐目的級是保俘證最浪下一菜級漏水壺水曉面穩(wěn)卷定在決一個香水平龍線上窮，以吸達到團計時扶的準圖確。奪漏壺趴旁立均一鐃帖神，富利用線水動傲力與榴機械叼原理舞相結(jié)是合，默每刻日鐘鐃抱神自激動擊他鐃八良下。近代汗自動什裝置法國悟物理揭學家B.帕斯躁卡在凍公元16勺42年發(fā)洪明了華加法殖器荷蘭葡機械骨師C.惠更濾斯在得公元16叨57年發(fā)金明了保鐘表英國峽機械壁師E.李在好公元17陳45年發(fā)平明帶絕有風算向控堂制的把風磨俄國世機械灰?guī)煵ɡL爾祖果諾夫閉在公處元17祖65年發(fā)象明了株蒸汽綿鍋爐蠟水位濱保持巨恒定綿用的飼浮子怕式閥塌門水鵲位調(diào)栽節(jié)器案。瓦特夾在17茶65年發(fā)遇明了怪蒸汽內(nèi)機離漠心調(diào)鉗速器仗。經(jīng)典探控制重理論(被19世紀玻初)18她68年，元麥克倒斯韋款發(fā)表“論調(diào)老速器”研究蒜對象條：單站輸入器單輸框出線妹性系舌統(tǒng)系統(tǒng)辨的數(shù)祖學模前型：罷傳遞汽函數(shù)分析查方法伏有：譽時域銅法、豆復(fù)域乓法(根軌舉跡法)、姿頻域槽法蒸汽每機轉(zhuǎn)短速可薦能自卡發(fā)地局產(chǎn)生傾劇烈肆振蕩原因級之一儀可能德是調(diào)職節(jié)器捏的制煉造精爪度不令夠，筐因而膀改進雄調(diào)速仙器的顛制造惑工藝素。Ma卻xw額el拍l.紙J算.存C發(fā)表奴“論梯調(diào)速糠器”，渾指出憲不應(yīng)晉該單矮獨討法論一蜜個離搬心錘綱，必犁須從整個謠系統(tǒng)寇出發(fā)彎推導額出微糞分方已程，鴉然后逐討論霉微分巡壽方程何的穩(wěn)啞定性錄，從宵而分冰析實徐際控駝制系予統(tǒng)是絡(luò)否會果出現(xiàn)蜜不穩(wěn)彩定問亦題現(xiàn)代瓣控制促理論(愉20世紀60年代)數(shù)學喚模型謠：一樸階微塘分方蛋程組疼反映葉系統(tǒng)夾內(nèi)部魯變量迫的全騰部信葵息。研究亮對象麻：多牙變量蹈、非爹線性丘、時哲變系額統(tǒng)主要億研究蹤蝶方向腥：線傅性系雀統(tǒng)、挺自適溜應(yīng)控船制、殃最優(yōu)鎖控制刪、魯碑棒控閥制、砍最佳洪濾波糊、容趣錯控糠制、裁系統(tǒng)狂辨識潮、集喜散控止制姿、大北系統(tǒng)奔復(fù)雜窩系統(tǒng)智能燈控制謠理論(優(yōu)20世紀70年代)專家搏系統(tǒng)銷模霞糊控校制溫神經(jīng)礦網(wǎng)絡(luò)華遺傳桶算法1.洞1.叉2自動叔控制很理論孟發(fā)展迅簡史分類運動垃控制饒系統(tǒng)過程礦控制從系統(tǒng)線性/非線翼性系廉統(tǒng)連續(xù)/離散忠性系素統(tǒng)定常/時變判性系恢統(tǒng)單輸喪入單息輸出/多輸迫入多熟輸出鋪系統(tǒng)集中紡參數(shù)/分布敢參數(shù)春系統(tǒng)按被仰控對歪象分按使?jié)捎玫乃簲?shù)學溉方法并分按輸鳴入信久號特帝征分恒值盟系統(tǒng)隨動習系統(tǒng)程序臥控制健系統(tǒng)按控俘制方逃式分開環(huán)飛控制閉環(huán)庸控制復(fù)合電控制傳：閉鍛環(huán)反炒饋為型主，歲開環(huán)避補償遵為輔1.略2自動柱控制棕系統(tǒng)主的分斤類基本計控制墓方式1.開環(huán)棋控制2.閉環(huán)濟控制3.復(fù)合潮控制按控棕制方冤式分汽類擾動輸出量輸入量控制裝置受控對象開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

1.開環(huán)鬼控制衡系統(tǒng)溫度計

加熱電阻絲調(diào)壓器u(a)原理圖~220V輸出量(手柄位置)輸入量

調(diào)壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對象(溫度)擾動量(b)方塊圖控制裝置1.開環(huán)遇控制興系統(tǒng)開環(huán)酷控制尋系統(tǒng)月的特投點控制堪裝置驚與受樓控對際象之受間只齡有正衣向作劍用，克沒有憤反向銀聯(lián)系惠；控制班精度舌取決擋于元并器件模的精妹度和鋒系統(tǒng)導調(diào)整育精度峽；沒有茅抑制孤內(nèi)、啊外干案擾的替能力茶；系統(tǒng)毛結(jié)構(gòu)包簡單托、成森本低陸。2.閉環(huán)燙控制勵系統(tǒng)負反嗓饋原砍理__將系蹤蝶統(tǒng)的厭輸出祥信號代引回庫輸入嫁端，功與輸芝入信扒號比懷較，飾利用窗所得扔的偏賺差信如號進煌行控匠制，揭達到癢減小撤偏差星、消交除偏燃差的呈目的紋。__釣__構(gòu)成逆閉環(huán)指控制興系統(tǒng)巡壽的核苦心閉環(huán)(反饋)控制旅系統(tǒng)魔的特淘點：(1貿(mào))系統(tǒng)噴內(nèi)部誤存在挖反饋購，信百號流象動構(gòu)縣成閉訂回路(2癢)偏差差起調(diào)糊節(jié)作梢用例1爐溫椅控制壯系統(tǒng)元部鳳件方框愿（塊晴）圖夾信號的（物梢理量去）及累傳遞琴方向中的齊符號比較摘點引出召點表示常負反度饋爐溫割控制雅系統(tǒng)翁方框錘圖爐溫謎控制吊系統(tǒng)襖方框席圖閉控五制系間統(tǒng)的份特點既有慌正向告作用言，又途有反賺饋作委用控制觀精度民與元周件精首度、當控制僚方法夠、調(diào)系整精創(chuàng)度細有關(guān)靠，控丈制精尤度較桂高；有抑包制干棒擾的趙能力國；結(jié)構(gòu)姑復(fù)雜嘉，成衫本相哀對較爐高。復(fù)合齒控制校系統(tǒng)對系琴統(tǒng)提經(jīng)出較玻高要鴿求時領(lǐng)使用開環(huán)斤控制疼和閉玩環(huán)控穩(wěn)制的麗組合有兩逼種形澡式(1蕩)按輸完入作壩用補庫償(2遍)按擾污動作攏用補絲式償控制蘭裝置被控當對象測量惑裝置補償葛裝置(-哥)輸入演信號輸出輕信號擾動

被控量

輸入信號(-)

補償裝置

控制裝置

受控對象復(fù)合犁控制帶系統(tǒng)苗典型系方框撒圖（a）按鮮輸入壁作用煤補償（b）按框擾動戶作用海補償控制設(shè)系統(tǒng)冷的組因成1.有2.懸2按輸掀入信州號特翁征分六類1、恒彩值控辟制系革統(tǒng)特征朱：輸著入信孝號為傻常數(shù)偵典型汗系統(tǒng)瘋：液潛位、傾溫度螞、壓載力、港流量飄控制2、隨齊動控億制系唯統(tǒng)特征弱：輸墓入信遙號未斥知的疼隨時笛間變的化任鄭意函鼠數(shù)針典土型系吧統(tǒng)：植魚雷援飛行帶、炮癥瞄雷幼達、筐火炮集自動脊瞄準活、器導真彈制哄導。3、程返序控平制系筆統(tǒng)特征濫：輸度入信拜號為邪預(yù)知藍的隨抗時間育變化已函數(shù)典型初系統(tǒng)義：熱杏處理糊爐控賠制系嘩統(tǒng)、網(wǎng)程序爸控制筋機床邁、灌鞭裝生涌產(chǎn)線膛、自侮動生踏產(chǎn)流酬水線孔。1.氏2.棋3按使正用的鮮數(shù)學哄方法它分類連續(xù)惕系統(tǒng)/離散赴系統(tǒng)連續(xù)吊系統(tǒng)系統(tǒng)拐傳遞你的信狂號為膽時間盼的連行續(xù)函碼數(shù)，煙用微吼分方填程描游述。離散畜系統(tǒng)信號輪傳遞容中至駁少有揉一處仔信號示是脈捐沖序摔列或避數(shù)字菠編碼澡。用掉差分閣方程會描述甲。線性慈系統(tǒng)/非線稍性系握統(tǒng)線性帖系統(tǒng)用線轉(zhuǎn)性微陳分方違程或算差分年方程戴描述循，滿授足疊厘加原苗理。疊姻加原剖理包摔括疊覽加性爺和齊民次性糟。疊加席性：堅如果魚系統(tǒng)侍同時助有n個輸菠入量xi(t)(旺i=待1,絡(luò)2,狗…,躍n)筐,每個xi(t)對應(yīng)肉的輸掩出為yi(t)，則恒由n個輸臨入共飄同產(chǎn)哲生的透輸出y(t)等于策各個羅輸入識單獨懂產(chǎn)生害的輸?shù)A出之氏和，渡即齊次旦性：嫂當系掃統(tǒng)的寄輸入x(t)增大進或減逝少k倍時反，系滿統(tǒng)的虧輸出y(t)也增休大或拼減少徐相同秩的倍遙數(shù)非線炎性系壤統(tǒng)用非軋線性柄微分粗方程征或差繳分方陵程描記述。特點想：綁方程取中含霉有變悠量及角其導吼數(shù)的覽高次超冪或雨乘積掠項，責不滿系足疊列加原受理。定常墓系統(tǒng)/時變款系統(tǒng)定常撤系統(tǒng)程：描述糕系統(tǒng)茫的數(shù)疤學方暈程中慎的系鴨數(shù)為否常數(shù)諸；定常帆系統(tǒng)師結(jié)構(gòu)聞和參尋數(shù)不苗隨時雷間變漲化。時變放系統(tǒng):描述幼系統(tǒng)慣的數(shù)綠學方異程中委的系擊數(shù)隨平時間忽變化傾。單輸股入單壯輸出敵系統(tǒng)輸入妻輸出丸信號礎(chǔ)變量圍僅有仙一個張。多輸訓入多鄙輸出蝦系統(tǒng)輸入賴輸出嶺信號蟲變量親多于擠一個腰。集中爆參數(shù)/和分銳布參遭數(shù)集中攜參數(shù)漂系統(tǒng)能用距常微稠分方煤程描瘡述的瘦系統(tǒng)菠。分布錫參數(shù)去系統(tǒng)至少攔有一嗚個環(huán)肺節(jié)需器要用災(zāi)偏微對分方濟程被描述引的系香統(tǒng)。單輸勞入單廢輸出/多輸逝入多艘輸出挑系統(tǒng)1.3自動徒控制河系統(tǒng)傾的基遮本要士求如下速圖所順示：括即難當系許統(tǒng)被近輸入耀一個品信號蜓后,希望料系統(tǒng)振輸出部立即餓隨之校變化飼，但桶由于滋實際問系統(tǒng)猜具有始質(zhì)量誼、慣萬性或綿延遲思性及外其它拉原因圣，系抵統(tǒng)的徑實際井輸出地往往可為如階下三將種圖續(xù)形中壩的一腳種:返回對自淘動控肚制系硬統(tǒng)性歐能的棋基本菌要求可以蔑歸結(jié)秧為穩(wěn)段定性死（長染期穩(wěn)艱定性雪）、綿準確勻性（膊精度客）和把快速樹性（例相對嬌穩(wěn)定兔性）。穩(wěn)準快穩(wěn)定武性：穩(wěn)定核性：造是系階統(tǒng)的戰(zhàn)基本劇要求凍，由糕系統(tǒng)構(gòu)的結(jié)鹽構(gòu)決息定，胞與外濫界因瓜素無虎關(guān)。陵（穩(wěn)鎮(zhèn)）對恒錯值系蛇統(tǒng)，盆要求須當系雹統(tǒng)受猶到擾秤動后鴨，經(jīng)滿過一凈定時艘間的榮調(diào)整墊能夠有回到副原來躍的期最望值盜。對隨消動系描統(tǒng)，茄被控禁制量房誠始終炭跟蹤蔥參據(jù)穗量的小變化腔。返回動態(tài)卡性能動態(tài)潤性能線：超對過稈渡過擱程的閘形式現(xiàn)和快揪慢提遮出要優(yōu)求，苗（快元）穩(wěn)定慰高射仙炮射柔角隨寫動系債統(tǒng)，橫雖然蛛炮身燃最終肯能跟快蹤目稅標，淹但如偏果目剩標變拒動迅躬速，問而炮畏身行抗動遲蝕緩，料仍然銷抓不歡住目摩標。穩(wěn)態(tài)苦性能穩(wěn)態(tài)斬性指蝴系統(tǒng)謎的控腎制精號度。浸（準蜂）系統(tǒng)賴由一徹個穩(wěn)爐態(tài)過私渡到前另一責個穩(wěn)攀態(tài)時貪，希嫂望系飲統(tǒng)的穿輸出刪盡可洞能地捐接近鐵給定敲值。北但姜由于岔干擾狂或輸肉入信征號的葡不