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1、《自動控制基礎》楊晨陽逸夫館31882317213cyyang@vip.sina.com19第一章緒論§1.1引言18世紀前：漏壺、指南車、鐘表控制l第一篇自控論文“論調節(jié)器”,J.G.Maxwell,1868（第一次工業(yè)革命：調速器-蒸汽機-負荷系統(tǒng)）1788，英，瓦特調速器，第一次工程應用1868，英，物，Maxwell；1877，英，數，Routh穩(wěn)定判據；191895，德，數，Hurwith穩(wěn)定判據→穩(wěn)定、精度；1892，俄，數，李雅普諾夫；l古典控制理論1927，反饋概念，美，BellLab的Black(電子管放大器的失真問題)；1925，英
2、，電，亥維賽，￡引入求電網絡的傳遞函數；1932，英，電，Nyquist，頻率響應法；1945，Bode；1948，英，電，根軌跡法；1945，戰(zhàn)后出版禁令撤銷，經典控制著作：45，維納反饋→一切控制系統(tǒng)，48，《控制論》；1951，齊普金，脈沖系統(tǒng)的分析設計；1952，美，哥倫比亞，拉加齊尼，采樣系統(tǒng)的分析和設計；19缺陷:（1）只能用試探法設計系統(tǒng)，非最佳（根據經驗設計-分析系統(tǒng)-重新設計直至滿意）（2）只適于線性定常，單變量系統(tǒng)l現代控制理論（50年代）分支：自適應控制、非線性、時變系統(tǒng)、分布參數、大系統(tǒng)、隨機控制、分散控制、智能控制、混沌控制，
3、……用于工控時的缺陷：（1）工業(yè)對象難以得到準確的數學模型；19（2）性能指標難以用明顯的數字形式表示；（3）設計的控制器]往往過于復雜，甚至不可實現——70年代Rosenbrock單變量頻域法→多變量頻域法→傳統(tǒng)法70年代末，魯棒性，解決參數不確定性系統(tǒng)的設計問題。多變量魯棒性理論分析設計是近十年來最重要的進展之一?！?.2控制系統(tǒng)的一般概念一．人工控制系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)19人工控制系統(tǒng)原理：要求：調節(jié)變阻器使電壓U保持給定值U0人手→執(zhí)行電動機（+減速傳動機構）人眼、腦→求偏差電壓的電路可見：僅使某些物理量變化并不難，困難在于要求這些量的變化符合指
4、定的規(guī)律?？刂瀑|量差：對被控量的偏差反應過于敏感或遲鈍。19人工：控制質量的優(yōu)劣與操作工人的經驗、技巧有關。自動：控制質量的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)的設計水平。自動控制系統(tǒng)原理框圖：二．開環(huán)控制與閉環(huán)控制1.開環(huán)控制干擾/參數變化→c(t)變化，無法自動補償→控制精度差19適于參數恒定、干擾小、精度要求不高的場合2閉環(huán)控制干擾/參數變化→誤差信號→自動糾正偏差→控制精度高→強干擾下，被控量可能有較大波動三、自動控制系統(tǒng)舉例分析自控系統(tǒng)時，首先需明確以下問題：（宏觀分析、定性分析—建立系統(tǒng)的概念，是物理、數學建模的基礎）1.受控對象是什么？2.被控量什么？（哪
5、些狀態(tài)參量要求控制）193.作用在對象上的干擾有哪些？4.依靠操縱哪個機構來改變被控量？5.有哪些測量元件？6.給定值由哪些裝置提供？7.如何實現各信號的綜合計算及判斷偏差？8.控制作用通過什么部件去執(zhí)行（包括4）？例（定性分析）烘烤爐溫度控制系統(tǒng)19l控制的任務：保持爐溫T恒定爐溫工作數量環(huán)境溫度煤氣流量l定性分析191.受控對象—烘爐2.被控量—爐溫T3.干擾—工件、環(huán)溫4.依靠調節(jié)煤氣管道上的閥門改變爐溫5.測量元件—熱電偶（T→μT）6.給定值—給定電位計的輸出電壓μr═所要求的爐溫經熱電偶轉化后的電壓7.計算偏差—μr與μT兩電壓反接，即完成
6、了減法運算。輸出電壓△μ＝μr－μT，相當于爐溫與給定溫度的偏差量8.執(zhí)行機構─電動機及傳動裝置19·總輸入─給定指令＋外部干擾·輸出─被控溫度·除烘爐與供氣裝置，統(tǒng)稱為溫度控制裝置或溫度調節(jié)器·控制裝置＋受控對象＝自控系統(tǒng)19§1.3對控制系統(tǒng)的性能要求一．控制系統(tǒng)的動態(tài)特性控制的目標：使被控量按指定的規(guī)律變化實現這一目標的困難：擾動＋控制系統(tǒng)本身的惰性系統(tǒng)受到外加信號（給定值或干擾）作用之后，被控量隨時間變化并趨于一定規(guī)律的全過程稱系統(tǒng)的動態(tài)特性。二．動態(tài)過程中基本問題1.穩(wěn)（穩(wěn)定＋平穩(wěn)）l穩(wěn)定：系統(tǒng)重新恢復平衡工作狀態(tài)的能力（1）當給定值變化r(
7、t)—圖（a）或受到干擾n(t)—圖（b）時不能恢復原狀→不穩(wěn)定19（1）當r(t)變化，c(t)在r(t)周圍作等幅振蕩—圖（c）→臨界穩(wěn)定不穩(wěn)定（2）當r(t)變化，c(t)→r(t)（d）時→穩(wěn)定系統(tǒng)l平穩(wěn)：當系統(tǒng)穩(wěn)定時，要求c(t)的振蕩小—對其振幅和頻率有所限制2.快指動態(tài)過程持續(xù)時間的長短。過程持續(xù)時間長，將使系統(tǒng)長久地出現大偏差，系統(tǒng)的響應遲鈍，難以復現快速變化的參考信號，如下圖中的曲線②、③。穩(wěn)與快反映了系統(tǒng)在控制過程中的瞬態(tài)性能。3.準19指系統(tǒng)過渡到新的平衡狀態(tài)后最終保持的精度，反映了動態(tài)過程后期的性能。l受控對象的具體情況不同，各
8、種系統(tǒng)對穩(wěn)、快、準的要求有側重。l對同一個系統(tǒng)，穩(wěn)快準是相互制約的，穩(wěn)定將是構成系統(tǒng)的前提?！?/p>
