自動(dòng)控制原理胡松濤 第一章

1、2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念1Xian Polytechnic University自自 動(dòng)動(dòng) 控控 制制 原原 理理 電子信息學(xué)院控制系電子信息學(xué)院控制系 郭亞青郭亞青2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念2 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)控控制制過過程程控控制制計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)仿仿真真現(xiàn)現(xiàn)代代控控制制理理論論學(xué)科基礎(chǔ)課！學(xué)科基礎(chǔ)課！課程性質(zhì)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念3獲得自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論；獲得自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論；掌握分析和綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方法；掌握分析和綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方法；具有初步的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基本技能；具有初步的系統(tǒng)實(shí)

2、驗(yàn)基本技能；為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程任務(wù)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念4理論理論性很強(qiáng)，同時(shí)注重結(jié)合性很強(qiáng)，同時(shí)注重結(jié)合工程工程實(shí)踐。實(shí)踐。微積分（含微分方程）微積分（含微分方程）電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)線性代數(shù)電路理論電路理論信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）課程特點(diǎn)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念5聽聽記記做做課程要求2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念6總學(xué)時(shí)總學(xué)時(shí)8080，其中理論，其中理

3、論6868，實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)1212一、自動(dòng)控制的一般概念（）一、自動(dòng)控制的一般概念（） 二、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（）二、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（） 三、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（三、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（0 0）四、線性系統(tǒng)的根軌跡法（四、線性系統(tǒng)的根軌跡法（+2+2）五、線性系統(tǒng)的頻域分析法（五、線性系統(tǒng)的頻域分析法（1212） 六、線性系統(tǒng)的校正方法（六、線性系統(tǒng)的校正方法（6+26+2） 七、線性離散系統(tǒng)的分析與校正（七、線性離散系統(tǒng)的分析與校正（8 8）八、非線性控制系統(tǒng)分析（八、非線性控制系統(tǒng)分析（6+2+26+2+2） 課時(shí)安排2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念7控制器控制器減速器減速器電

4、動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電位器電位器浮子浮子用水開關(guān)用水開關(guān)Q2Q1cifSM1-1自動(dòng)控制的基本原理與方式自動(dòng)控制的基本原理與方式1-1.1自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用(1)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念8l自動(dòng)控制自動(dòng)控制是指沒有人直接參與的情況下，利用外加是指沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置的設(shè)備或裝置（控制裝置或控制器），（控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）（被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律（給定量）（給定量）運(yùn)行。運(yùn)行。l自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

5、被控對(duì)象控制器被控對(duì)象控制器l被控量被控量（輸出量）（輸出量）l給定量給定量（輸入量）（輸入量）l擾動(dòng)量：擾動(dòng)量：影響被控量影響被控量不希望，卻無法避免。不希望，卻無法避免。1-1.1自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用(2)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念9公元前我國(guó)的自動(dòng)計(jì)時(shí)漏壺公元132年張衡研制的候風(fēng)地動(dòng)儀1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(1)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念10公元235年馬鈞研制出能自動(dòng)指示方向的指南車 1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(2)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念111-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(3)17881788年

6、英國(guó)年英國(guó)WattWatt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器 2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念121913年美國(guó)建成最早的汽車裝配流水線1952年美國(guó)MIT研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床 1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(4)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念131954年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 1981年美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)首次發(fā)射成功1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(5)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念14裝配機(jī)器人汽車自動(dòng)焊接生產(chǎn)線1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(6)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念15自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)1-1.2自

7、動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(7)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念16注塑機(jī)自動(dòng)搬運(yùn)車1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(8)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念17機(jī)器人足球比賽機(jī)器人足球比賽月球車月球車1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(9)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念18機(jī)器人干活機(jī)器人干活機(jī)器人跳舞機(jī)器人跳舞1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(10)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念191-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(11)無人駕駛汽車空中飛艇2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念20哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收控制其準(zhǔn)

8、確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(13)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念21按預(yù)定軌跡飛行1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(14)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念22制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo)1-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(15)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念231-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(16) 搜索目標(biāo)搜索目標(biāo)2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念241-1.2自動(dòng)控制科學(xué)自動(dòng)控制科學(xué)(17)n自動(dòng)調(diào)節(jié)原理自動(dòng)調(diào)節(jié)原理（20世紀(jì)以前世紀(jì)以前） 反饋理論反饋理論n經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論(20世紀(jì)初世紀(jì)初) 時(shí)域法時(shí)

9、域法 復(fù)域法復(fù)域法(根軌跡法根軌跡法) 頻域法頻域法 n現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論(20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制 最優(yōu)控制最優(yōu)控制 魯棒控制魯棒控制 最佳估最佳估計(jì)計(jì) 容錯(cuò)控制容錯(cuò)控制 系統(tǒng)辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí) 集散控制集散控制 大系統(tǒng)復(fù)雜大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)系統(tǒng)n智能控制理論智能控制理論(20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代) 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) 模糊控制模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法遺傳算法2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念251-1.3反饋控制原理反饋控制原理(1)構(gòu)成負(fù)反饋（形式）構(gòu)成負(fù)反饋（形式）(2)按偏差控制（實(shí)質(zhì)）按偏差控制（實(shí)質(zhì)）【理解【理解】 將系統(tǒng)的輸

10、出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除減小偏差、消除偏差偏差的目的。的目的。2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念261-1.4反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念27電壓電壓放大放大功率功率放大放大SMSMi if f負(fù)載負(fù)載n n + +- -u u0 0u ua a+ +- -電壓放電壓放大大功率放功率放大大電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)u ua au u0 0n n方框圖：方框圖：一般形式一般形式：控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象給定量給

11、定量被控量被控量1-1.5自動(dòng)控制系統(tǒng)基本控制方式（開環(huán)控制）自動(dòng)控制系統(tǒng)基本控制方式（開環(huán)控制）2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念28閉環(huán)控制閉環(huán)控制電電壓壓放放大大功功率率放放大大SMSM負(fù)載負(fù)載n n + +- -u u0 0u ua a+ +- -TGTGu ut tu ue e+ +- -電壓電壓放大放大功率功率放大放大電動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī)u ua au u0 0n n方方框框圖圖電電位位器器測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)u ue eu ut t被控量被控量控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象給定量給定量檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念29被控量控制器被控對(duì)象給定量檢測(cè)裝置補(bǔ)償裝置被

12、控量控制器被控對(duì)象給定量檢測(cè)裝置補(bǔ)償裝置擾動(dòng)量按輸入補(bǔ)償按輸入補(bǔ)償按擾動(dòng)補(bǔ)償按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制復(fù)合控制2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念30按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制電壓放大功率放大SM負(fù)載n n u u0 0u ua au ue eTGu ut t+ +- -電壓放大RiubuRucuvn功放電動(dòng)機(jī)u0測(cè)速電機(jī)補(bǔ)償裝置負(fù)載轉(zhuǎn)矩壓放u ue eu ut tuvuRubu ua auc2022-1-4第一章自動(dòng)控制的一般概念311-3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制復(fù)合控制復(fù)合控制按控制按控制方式分方式分機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng) 生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)按元件按元件類型分類型分按系統(tǒng)按系統(tǒng)性能分性能分線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)定常