自動(dòng)化學(xué)科概論

1、東南大學(xué) 戴先中 （1）了解自動(dòng)化專業(yè)（課程）的整體框架。各基礎(chǔ)課、專業(yè)課設(shè)置各專業(yè)方向內(nèi)涵與設(shè)置各專業(yè)課與各專業(yè)方向之間的關(guān)系重要的基礎(chǔ)、專業(yè)課（2）了解本專業(yè)（課程） 與其它專業(yè)（課程）的關(guān)系一、序 言 設(shè)這樣一門課的目的：三、自動(dòng)控制基本原理 四、數(shù)字化與計(jì)算機(jī)控制 五、自動(dòng)化基本設(shè)備 六、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù) 七、控制科學(xué)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 一、序言 二、自動(dòng)化專業(yè)簡(jiǎn)介 課程內(nèi)容安排一、序 言 具體安排具體安排 總共16學(xué)時(shí)，單周上課，第3周開(kāi)始 分5次講課，每次3學(xué)時(shí) 1次自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室參觀課程具體安排課程的特點(diǎn)與難度課程的特點(diǎn)與難度矛盾 從需求考慮：開(kāi)的越早越好； 但從效果考慮：開(kāi)的晚一些

2、為好， 因?yàn)樾枰幸欢ǖ母叩葦?shù)學(xué)基礎(chǔ)。一、序 言1、學(xué)科、專業(yè)劃分 2、自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容 3、自動(dòng)化的作用與重要性 4、自動(dòng)化專業(yè)、學(xué)科的特點(diǎn) 5、自動(dòng)化專業(yè)與其它專業(yè)的關(guān)系 6、我校自動(dòng)化專業(yè) 7、自動(dòng)化專業(yè)本科課程設(shè)置 8、自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室介紹 專業(yè)、學(xué)科的含義和劃分有多種，不同層專業(yè)、學(xué)科的含義和劃分有多種，不同層面（層次）有不同理解與劃分。一般分為：面（層次）有不同理解與劃分。一般分為：采用能理解又基本符合 研究生教育層面內(nèi)涵的學(xué)科專業(yè)劃分方法l 社會(huì)層面 中學(xué)教育l 本科生層面 一般意義上的大學(xué)教育l 研究生層面 研究生教育 理科（理工類）文科中學(xué)層面理學(xué)類物理專業(yè)數(shù)學(xué)專業(yè)工學(xué)類

3、自動(dòng)化專業(yè)（一級(jí)學(xué)科）計(jì)算機(jī)專業(yè)通信專業(yè)機(jī)械專業(yè)電工專業(yè)建筑專業(yè)。本科層面（學(xué)士）控制理論與控制工程（二級(jí)學(xué)科）模式識(shí)別與智能系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表（二級(jí)學(xué)科）導(dǎo)航與制導(dǎo)(二級(jí)學(xué)科） 研究生層面（碩士博士）(1) (1) 自動(dòng)化的內(nèi)涵與外延自動(dòng)化的內(nèi)涵與外延 l日常生活中，較少聽(tīng)到”自動(dòng)化”這個(gè)名詞l更多聽(tīng)到的是： 這個(gè)設(shè)備(器具)是自動(dòng)的、 自動(dòng)控制的 或全自動(dòng)的 日常生活中常見(jiàn)的：*家庭： 全自動(dòng)全自動(dòng)照相機(jī)、洗衣機(jī)、電飯煲 *高檔樓宇： 自動(dòng)自動(dòng)門、自動(dòng)自動(dòng)自來(lái)水開(kāi)關(guān) *交通： 自動(dòng)控制自動(dòng)控制的紅綠燈、 火車上的自動(dòng)自動(dòng)燒開(kāi)水機(jī) *銀行： 自動(dòng)自動(dòng)取款機(jī)ATM自動(dòng)化設(shè)備的

4、特點(diǎn)： 工作時(shí)不需要（或很少需要）人參與， 卻能按照人的要求“自動(dòng)”完成其承擔(dān)的任務(wù)。充分理解：充分理解：v 各種自動(dòng)的（或自動(dòng)控制的）設(shè)備 僅是一項(xiàng)大的自動(dòng)化工程中的一個(gè)細(xì)胞。v 而以上例舉的自動(dòng)的設(shè)備 僅為整個(gè)自動(dòng)化大家庭中的一個(gè)個(gè)小細(xì)胞 l工業(yè)自動(dòng)化自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)生產(chǎn)線、 無(wú)人車間、無(wú)人工廠Intelligence and human-machine interfaceLinuxPMACServo ControllerMotion ControllerMotion PlanningLocal ControllerInternetRobotCameraMicrophoneScanner機(jī)器人

5、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子制造業(yè)頂層信息化制造業(yè)頂層信息化現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng) 企業(yè)間層企業(yè)間層設(shè)備裝置層設(shè)備裝置層控制節(jié)點(diǎn)層控制節(jié)點(diǎn)層企業(yè)層企業(yè)層單元層單元層工程層工程層制造業(yè)底層自動(dòng)化制造業(yè)底層自動(dòng)化機(jī)器人與自動(dòng)化裝備機(jī)器人與自動(dòng)化裝備能量管理系統(tǒng)：電、氣、水全自動(dòng)管理空氣質(zhì)量系統(tǒng)：溫度、濕度、空氣質(zhì)量管理安全消防系統(tǒng)：安檢、消防自動(dòng)報(bào)警、 救護(hù)系統(tǒng)辦公自動(dòng)化 ：l樓宇（管理）自動(dòng)化l軍事自動(dòng)化無(wú)人飛機(jī)、導(dǎo)彈l 交通自動(dòng)化l 機(jī)器人壁面清洗機(jī)器人壁面清洗機(jī)器人擦玻璃機(jī)器人擦玻璃機(jī)器人自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容寬廣，自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容寬廣， 并且越來(lái)越寬廣并且越來(lái)越寬廣自動(dòng)化是一門名副其實(shí)的多學(xué)科交叉學(xué)

6、科自動(dòng)化是一門名副其實(shí)的多學(xué)科交叉學(xué)科比人干得更快、更好，極大地提高生產(chǎn)力 從自動(dòng)化生產(chǎn)線上生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量越來(lái) 越好，價(jià)格越來(lái)越低。例： 5 元數(shù)字計(jì)算機(jī)把人從繁重的危險(xiǎn)的工作中解放出來(lái) 礦井掘井、核電站檢查、消防救火、 無(wú)人偵察機(jī)、導(dǎo)彈（無(wú)人）基本作用（傳統(tǒng)觀念）基本作用（傳統(tǒng)觀念） 完成人無(wú)法完成的工作 管道機(jī)器人（各種油管、水管）、 水下6000米機(jī)器人擴(kuò)展作用擴(kuò)展作用 管理、經(jīng)濟(jì)、金融過(guò)程管理、經(jīng)濟(jì)、金融過(guò)程智能化 自動(dòng)化在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家綜合實(shí)力中起著舉足輕重的作用，并且其作用越來(lái)越重要。 自動(dòng)化在人民日常生活中亦將起著舉足輕重的作用。 l國(guó)家863高科技發(fā)展計(jì)劃 （有所為，有所不為

7、） 分6個(gè)領(lǐng)域 自動(dòng)化、能源、信息、 新材料、生物與農(nóng)業(yè)、資源環(huán)境（海洋） 就有一個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域自動(dòng)化領(lǐng)域 分CIMS主題、機(jī)器人主題自動(dòng)化學(xué)科是一門多學(xué)科交叉的高技術(shù)學(xué)科。自動(dòng)化學(xué)科是當(dāng)代高技術(shù)的集中體現(xiàn)與應(yīng)用。 目前，離開(kāi)計(jì)算機(jī)，自動(dòng)化一事無(wú)成。 但光有計(jì)算機(jī)，能改變周圍的一切嗎？（I）學(xué)科特點(diǎn)）學(xué)科特點(diǎn)（II） 研究、應(yīng)用特點(diǎn)研究、應(yīng)用特點(diǎn)寬、廣，幾乎無(wú)所不包， 并且，伴隨其它技術(shù)發(fā)展，越來(lái)越廣。（III） 學(xué)自動(dòng)化的特點(diǎn)學(xué)自動(dòng)化的特點(diǎn)在所有學(xué)工的學(xué)生中，學(xué)自動(dòng)化學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè)僅次于計(jì)算機(jī)專業(yè)。在所有學(xué)工的學(xué)生中，學(xué)自動(dòng)化需要的數(shù)學(xué)知需要的數(shù)學(xué)知識(shí)最多識(shí)最多。因此

8、我們一直說(shuō)：自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)面寬， 需要學(xué)的知識(shí)多，并要求扎實(shí)。從而：從而： 學(xué)自動(dòng)化專業(yè)的適應(yīng)面寬、分配好，且工作易成功。這符合大學(xué)改革的方向這符合大學(xué)改革的方向?qū)捇A(chǔ)、寬專業(yè)面寬基礎(chǔ)、寬專業(yè)面 l l交叉學(xué)科的集中體現(xiàn)交叉學(xué)科的集中體現(xiàn) 如前介紹：計(jì)算機(jī)、電子電氣等等l l其它專業(yè)向自動(dòng)化擴(kuò)展其它專業(yè)向自動(dòng)化擴(kuò)展 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 電氣工程及其自動(dòng)化 動(dòng)力工程及其自動(dòng)化 甚至：甚至：農(nóng)業(yè)工程及其自動(dòng)化 交通運(yùn)輸自動(dòng)化（I）自控系自動(dòng)化所）自控系自動(dòng)化所 合辦一個(gè)本科專業(yè)自動(dòng)化專業(yè) （對(duì)應(yīng)一級(jí)學(xué)科，控制科學(xué)與工程） 三個(gè)研究生學(xué)位點(diǎn) （對(duì)應(yīng)三個(gè)二級(jí)學(xué)科）（II）圍繞研究生教育，系、所劃分）圍

9、繞研究生教育，系、所劃分 自控系 自動(dòng)化所 研究生學(xué)位點(diǎn) （80）檢測(cè)與儀表教研室 檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表 （81）控制理論教研室 信息室 控制理論與控制工程 （82）工業(yè)自動(dòng)化教研室 系統(tǒng)室 仿真室 （83）模式識(shí)別教研室 智能室 模式識(shí)別與智能系統(tǒng) （III）自動(dòng)化專業(yè)水平）自動(dòng)化專業(yè)水平 畢業(yè)生質(zhì)量 （統(tǒng)計(jì)數(shù)字較少，比較困難）成績(jī)辦學(xué)條件師資四方面評(píng)價(jià)：一位（科學(xué)院）院士 （國(guó)內(nèi)僅清華有兩位，上交大0個(gè)， 浙大1個(gè)，我校共有7位） 下作比較（與國(guó)內(nèi)一流自動(dòng)化專業(yè)比） l l師資師資 有較多的教授、博導(dǎo)、博士。 在自動(dòng)化一級(jí)學(xué)科下全部二級(jí)學(xué)科均有博士（碩士）授予權(quán) l l辦學(xué)條件辦學(xué)條件國(guó)家

10、級(jí)重點(diǎn)學(xué)科 （全國(guó)只有13所 / 東大只有10個(gè)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科）一批國(guó)際高水平論文（在國(guó)內(nèi)享有盛譽(yù)） 獲全國(guó)首屆百篇優(yōu)秀博士論文之一 一項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)一批國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì) l l 取得成績(jī)?nèi)〉贸煽?jī) 2002年國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)首次全國(guó)十二個(gè)一級(jí)學(xué)科 整體水平整體水平排名(試點(diǎn)試點(diǎn)) 0701 0701 數(shù)學(xué)數(shù)學(xué) 0811 0811 控制科學(xué)與工程控制科學(xué)與工程0702 0702 物理學(xué)物理學(xué) 0812 0812 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)0703 0703 化學(xué)化學(xué) 0831 0831 生物醫(yī)學(xué)工程生物醫(yī)學(xué)工程0901 0901 作物學(xué)作物學(xué) 0802 0802 機(jī)械工程機(jī)械工程0904 0904 植

11、物保護(hù)植物保護(hù) 0809 0809 電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù)1201 1201 管理科學(xué)管理科學(xué) 0810 0810 信息與通信工程信息與通信工程 與工程與工程 與我校有關(guān)工科（08）6個(gè)一級(jí)學(xué)科 整體水平整體水平按學(xué)校排名 0831 0831 生物醫(yī)學(xué)工程生物醫(yī)學(xué)工程 第第2 2 生醫(yī)系生醫(yī)系 0811 0811 控制科學(xué)與工程控制科學(xué)與工程 第第5 5 自動(dòng)控制自動(dòng)控制系系0810 0810 信息與通信工程信息與通信工程 第第5 5 無(wú)線電系無(wú)線電系0809 0809 電子科學(xué)與技術(shù)電子科學(xué)與技術(shù) 第第8 8 電子系電子系0812 0812 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 第第17

12、17 計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)系0802 0802 機(jī)械工程機(jī)械工程 第第21 21 機(jī)械系機(jī)械系1201 1201 管理科學(xué)管理科學(xué)與工程與工程 第第16 16 管理學(xué)院管理學(xué)院 與我?！翱刂瓶茖W(xué)與工程控制科學(xué)與工程”( (自動(dòng)化專業(yè)自動(dòng)化專業(yè)) )有有關(guān)關(guān)整體水平整體水平按學(xué)校排名情況 東北大學(xué)東北大學(xué)1, 浙江大學(xué)浙江大學(xué)2, 清華大學(xué)清華大學(xué)3上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)4, 東南大學(xué)東南大學(xué)5西安交通大學(xué)西安交通大學(xué)6, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)7國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)8, 北京理工大學(xué)北京理工大學(xué)9北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)10, 華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)11南京理工大學(xué)南京

13、理工大學(xué)15, 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué)23 總之總之 我校自動(dòng)化學(xué)科（專業(yè)） 在國(guó)內(nèi)是一流的， 在校內(nèi)也是一流的。 我們應(yīng)當(dāng)自豪我們應(yīng)當(dāng)自豪! ! 我們還需努力我們還需努力 ! 因此，我校自動(dòng)化專業(yè)圍繞 研究生3個(gè)學(xué)位點(diǎn)(二級(jí)學(xué)科)設(shè)置專業(yè)方向課 因此，各人會(huì)涉及到選專業(yè)方向課自動(dòng)化研究?jī)?nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊自動(dòng)化研究?jī)?nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊 辦自動(dòng)化專業(yè)不可能面面俱到，只能有所側(cè)重 學(xué)自動(dòng)化專業(yè)更不可能面面俱到，必須有所側(cè)重必修課選修課面向全校各專業(yè)(公共課)工科專業(yè)（自然科學(xué)基礎(chǔ)課）自動(dòng)化專業(yè)一級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課一級(jí)學(xué)科實(shí)踐課一級(jí)學(xué)科主干課課程設(shè)置二級(jí)學(xué)科（方向）訓(xùn)練課二級(jí)學(xué)科選修課（I

14、）必修課政治與德育課公共基礎(chǔ)課（體育、英語(yǔ)、語(yǔ)文等）面向全校各專業(yè)自然科學(xué)基礎(chǔ)課數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化概論工科專業(yè)一級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與邏輯、微機(jī)系統(tǒng)與接口電子線路、電磁場(chǎng)與波網(wǎng)絡(luò)通信自控原理（I）一級(jí)學(xué)科實(shí)踐課電路實(shí)驗(yàn)微機(jī)實(shí)驗(yàn)電子實(shí)驗(yàn)綜合課程設(shè)計(jì)一級(jí)學(xué)科主干課自動(dòng)控制原理（II）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)電機(jī)原理與拖動(dòng)管理信息系統(tǒng)（II）選修課A組：二級(jí)學(xué)科（方向）訓(xùn)練課（任選兩組）C組：D組：B組：智能控制檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)系統(tǒng)辨識(shí)與仿真 數(shù)字信號(hào)處理圖象處理自動(dòng)控制系統(tǒng)電力電子技術(shù)檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀表（二級(jí)學(xué)科）控制理論與工程（二級(jí)學(xué)科）模式識(shí)別與智能系統(tǒng)（二級(jí)

15、學(xué)科）二級(jí)學(xué)科選修課數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信原理 二選一 電子電路CADFOXPRO、C語(yǔ)言計(jì)算機(jī)軟件、儀表抗干擾機(jī)器人及控制、過(guò)程控制五選三四選二多媒體、自動(dòng)化工具軟件8、自動(dòng)化專業(yè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室介紹 實(shí)驗(yàn)室：工業(yè)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室 計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)中心(校級(jí))研究室：機(jī)器人研究室 運(yùn)動(dòng)控制研究室 過(guò)程控制研究室控制科學(xué)嚴(yán)密嚴(yán)格的數(shù)學(xué)（深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）應(yīng)用于控制工程合理的近似 因?yàn)椋嚎刂茖?duì)象絕大多數(shù)非常復(fù)雜， 非線性 / 相互耦合Intelligence and human-machine interfaceLinuxPMACServo ControllerMotion ControllerM

16、otion PlanningLocal ControllerInternetRobotCameraMicrophoneScanner機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子1 1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的兩大基本類型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的兩大基本類型 （1）開(kāi)環(huán)控制（非反饋控制） （2）閉環(huán)控制（反饋或負(fù)反饋控制） 人工閉環(huán)控制自動(dòng)閉環(huán)控制如直流電機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制如直流電機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制 控制器對(duì) 象轉(zhuǎn)速給定控制量轉(zhuǎn)速功率放大器機(jī)械設(shè)備電動(dòng)機(jī)+V 開(kāi)環(huán)：開(kāi)環(huán)： 簡(jiǎn)單 不準(zhǔn)確（希望1000r/min，實(shí)際 950r/min） 人工閉環(huán)人工閉環(huán)功率放大器+V轉(zhuǎn)速表自動(dòng)閉環(huán)控制自動(dòng)閉環(huán)控制 功率放大器+V測(cè)速發(fā)電機(jī) 控制器對(duì)象反饋 （測(cè)量

17、）參考輸入偏差輸出 開(kāi)環(huán)：開(kāi)環(huán)： 簡(jiǎn)單 不準(zhǔn)確（希望1000r/min，實(shí)際 950r/min） 閉環(huán)：閉環(huán)： 準(zhǔn)確 復(fù)雜、設(shè)備多2、自動(dòng)控制包含的基本內(nèi)容（1）對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立與分析 控制器設(shè)計(jì)-控制的核心（2） 執(zhí)行器設(shè)計(jì) 測(cè)量器設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)包含的內(nèi)容包含的內(nèi)容自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制工程包含的內(nèi)容控制器、執(zhí)行器、測(cè)量器選型 安裝、（現(xiàn)場(chǎng)）調(diào)試（3）3、對(duì)象建模與分析基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)、物理 例：SISO系統(tǒng)HQoQi控制閥節(jié)流閥（1）建立微分方程式 為液罐截面積SSQoQidtdHdtQoQiSdH)( *輸入流量Qi；輸出流量Qo； 液面高度H要求控制在一定值內(nèi)； 系統(tǒng)輸入量Qi；(中間變量

18、Qo）； 系統(tǒng)輸出量（被控量）H *建立微分方程式 a、根據(jù)物質(zhì)守恒定律 ioQSHSadtdHaHaQ1(得為近似常量成正比）即流出量與高度的平方b、消去中間變量 這是標(biāo)準(zhǔn)的一階非線性微分方程非線性系統(tǒng)注：*該系統(tǒng)已經(jīng)作了簡(jiǎn)化與近似， 完整的系統(tǒng)還要復(fù)雜。*即使這樣的簡(jiǎn)化、近似式，處理亦很困難，需要較深的數(shù)學(xué)。（2）簡(jiǎn)化微分方程式線性化常用方法 基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)中的在某點(diǎn)的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)， 并取一階近似 。HHoHoHdHHdHoHHHaQHoo21展開(kāi)成中的即將QiSHHoSadtHdQioSHoSaQiQioSHHoHoSadtHHod1211121)(由于代入原方程式有這是標(biāo)準(zhǔn)的一階線性微分方

19、程線性系統(tǒng) 可寫(xiě)成：)(trbydtdya對(duì) 象r(t)y(t)（3）用傳遞函數(shù)表示）用傳遞函數(shù)表示對(duì)線性系統(tǒng)兩邊同求拉普拉斯變換)(1)()()()()(SGbaSSRSYSRSbYSaSY即baS 1R(S)Y(S)微分方程微分方程 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)baS1R(S)Y(S)對(duì) 象r(t)y(t) SISO系統(tǒng)HQoQi控制閥節(jié)流閥4、控制器設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)（如上例：液位系統(tǒng)）開(kāi)環(huán)控制是不行的，溢出或流干必須閉環(huán)控制，如下圖Qi浮子測(cè)量元件HQo執(zhí)行閥控制器液面給定（1）為何閉環(huán)控制能滿足要求 直觀上應(yīng)能滿足控制框圖方框圖如上原理：偏差調(diào)節(jié)控制KG(S)測(cè)量1y輸出yyo=Hor=Qi)()

20、(;*SGKyySGKyyyyoy即建立：閉環(huán)傳遞函數(shù)yoSGKyy)(yoyyyK很大，可使表明特點(diǎn)：K10lim*)(1)(SGKSGKyoy即（2）設(shè)計(jì)控制器的幾大要點(diǎn) 穩(wěn)定性 什么是不穩(wěn)定：如水溢出、流干 穩(wěn)定性是壓倒一切的。對(duì)線性系統(tǒng)，有成熟的穩(wěn)定性分析方法。對(duì)非線性復(fù)雜系統(tǒng)，很難，需要高深的數(shù)學(xué)是自動(dòng)控制重要研究 內(nèi)容tYo=HoHoy穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 動(dòng)態(tài)特性（3）控制器的發(fā)展 模擬模擬數(shù)字混合式 全數(shù)字式 計(jì)算機(jī)（軟件實(shí)現(xiàn)）線性非線性簡(jiǎn)單復(fù)雜常規(guī)智能微小型機(jī)器人系統(tǒng)二自由度機(jī)電控制平臺(tái)特點(diǎn)：特點(diǎn)：l SCARA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l 直流伺服驅(qū)動(dòng)直流伺服驅(qū)動(dòng)l 可重構(gòu)可重構(gòu)濾波濾波位置位置

21、控制控制速度速度控制控制電流電流控制控制電機(jī)電機(jī)負(fù)載負(fù)載位置位置檢測(cè)器檢測(cè)器微分微分指令指令位置環(huán)位置環(huán)速度環(huán)速度環(huán)ccircrirL位置環(huán)位置環(huán)c位置指令位置指令c速度指令速度指令ci速度指令速度指令r位置指令位置指令r速度指令速度指令ri速度指令速度指令DSP門極驅(qū)動(dòng)門極驅(qū)動(dòng)HBridge電機(jī)電機(jī)碼盤信號(hào)碼盤信號(hào)電流檢測(cè)電流檢測(cè)PWMRS232/RS485嵌入式嵌入式控制器控制器1、數(shù)字化（1）模擬量到數(shù)字量 矩形近似梯形近似byardtdy（區(qū)間t=(KT)(K+1)T）兩邊積分（2）微分方程到差分方程TKKTTKKTdtbyardtdtdy)1()1()()()() 1() 1()()

22、()(KTbyaRTKTyTKyTKKTtKTytyRtr有變量矩形近似，即輸入)() 1(KTybRaTKy簡(jiǎn)記為)() 1(KTybRaTKy得（3）實(shí)際處理（實(shí)現(xiàn)） 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣對(duì)象輸出數(shù)字控制器數(shù)/模轉(zhuǎn)換測(cè)量模/數(shù)轉(zhuǎn)換執(zhí)行器數(shù)字給定計(jì)算機(jī)數(shù)字化測(cè)量、控制設(shè)備模擬量（1）計(jì)算機(jī)硬件 計(jì)算機(jī)本身接口（A/D、D/A等）（2）計(jì)算機(jī)軟件 各種控制（智能） 分時(shí)控制/集散控制（4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制 簡(jiǎn)單系統(tǒng)包含以上部分（硬件 軟件對(duì)象） 復(fù)雜系統(tǒng)許多對(duì)象，下位機(jī)網(wǎng) 絡(luò)上位 機(jī)（3）測(cè)量、控制設(shè)備同模擬控制1、測(cè)量傳感器（sensor)、變送器(transducer) 模/數(shù)轉(zhuǎn)

23、換計(jì)算機(jī)包括：溫度 、壓力、 流量、 液位、 成分 轉(zhuǎn)速（加速度）、 位置兩大類：電 測(cè) 量：電壓、電流、功率非電量測(cè)量：轉(zhuǎn)換成電信號(hào)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)對(duì)象變送器模/數(shù)計(jì)算機(jī)傳感器微弱信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)5V/20mA數(shù)字信號(hào)測(cè)量的重要性：相當(dāng)人的眼睛、耳朵、觸覺(jué)、 嗅覺(jué)、味覺(jué)高質(zhì)量的控制高質(zhì)量的控制離不開(kāi)高精度的測(cè)量高精度的測(cè)量2、控制器目前絕大多數(shù)為電子控制器分立元件 IC 計(jì)算機(jī) 集散控制系統(tǒng)又如：部分洗衣機(jī)，撥碼式彈簧計(jì) 數(shù)，接觸控制每一動(dòng)作。歷史上（及目前一些簡(jiǎn)單的場(chǎng)合）機(jī)械式控制器如：飛錘轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電子控制器電子控制器： 兩大類： 核心：自動(dòng)控制原理及其實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器（計(jì)算機(jī)）：今后發(fā)展趨勢(shì)模擬控制器：目前仍有較廣用途 如家用電器3、執(zhí)行器 （1）電類（電動(dòng)作式控制電量） 繼電器、接觸器 電機(jī) 電力電子 （3）混合類（電動(dòng)作式控制非電量） 電機(jī)（氣、液、固體）閥門、開(kāi)關(guān) （2）非電類（氣液動(dòng)作式控制非電量） 閥門、開(kāi)關(guān)（氣液動(dòng)作式）（一）控制理論