第一章控制系統(tǒng)的一般概念$1緒論

1、第一章 控制系統(tǒng)的一般概念§1 緒論,一.控制系統(tǒng)的發(fā)展史 自動(dòng)控制成為一門科學(xué)是從1945發(fā)展起來的。開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動(dòng)控制后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)控制目前滲透到更多領(lǐng)域：大系統(tǒng)、交通管理、圖書管理等生物學(xué)系統(tǒng)：生物控制論、波斯頓假肢、人造器官經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)：模擬經(jīng)濟(jì)管理過程、經(jīng)濟(jì)控制論 四個(gè)階段:,1.胚胎萌

2、芽期（1945年以前）十八世紀(jì)以后，蒸汽機(jī)的使用提出了調(diào)速穩(wěn)定等問題 1765年俄國人波爾祖諾夫發(fā)明了鍋爐水位調(diào)節(jié)器 1784年英國人瓦特發(fā)明了調(diào)速器，蒸汽機(jī)離心式調(diào)速器 1877年產(chǎn)生了古氏判據(jù)和勞斯穩(wěn)定判據(jù)?十九世紀(jì)前半葉，動(dòng)力使用了發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī) 促進(jìn)了水利、水電站的遙控和程控的發(fā)展以及電壓、電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初，使用內(nèi)燃機(jī) 促進(jìn)了飛機(jī)、汽

3、車、船舶、機(jī)器制造業(yè)和石油工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了伺服控制和過程控制?二十世紀(jì)初第二次世界大戰(zhàn)，軍事工業(yè)發(fā)展很快 飛機(jī)、雷達(dá)、火炮上的伺服機(jī)構(gòu)，總結(jié)了自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)及反饋放大器技術(shù)，搭起了經(jīng)典控制理論的架子，但還沒有形成學(xué)科。,2.經(jīng)典控制理論時(shí)期（1940-1960） 1945年美國人Bode “網(wǎng)絡(luò)分析與放大器的設(shè)計(jì)”，奠定了控制理論的基礎(chǔ)。 50年代趨于成熟主要內(nèi)容 對單輸入單輸出系

4、統(tǒng)進(jìn)行分析，采用頻率法、根軌跡法、相平面法、描述函數(shù)法；討論系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)和幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)等 3.現(xiàn)代控制理論時(shí)期（50年代末-60年代初） 空間技術(shù)的發(fā)展提出了許多復(fù)雜控制問題，用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上 Kalman “控制系統(tǒng)的一般理論”奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ) 解決多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題4.大系統(tǒng)和智能控制時(shí)期 （70年代）

5、 各學(xué)科相互滲透，要分析的系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜。例人工智能、模擬人的人腦功能、機(jī)器人等。,二.自動(dòng)控制要解決的基本問題,自動(dòng)控制是使一個(gè)或一些被控制的物理量按照另一個(gè)物理量即控制量的變化而變化或保持恒定，一般地說如何使控制量按照給定量的變化規(guī)律變化，就是一個(gè)控制系統(tǒng)要解決的基本問題。,三.自動(dòng)控制技術(shù)的作用,1. 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。,2. 自動(dòng)控制使工作具有

6、高度的準(zhǔn)確性，大大地提高了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)必須采用計(jì)算機(jī)控制才能打下高速高空飛行的飛機(jī)。,3. 某些人們不能直接參與工作的場合就更離不開自動(dòng)控制技術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀闹茖?dǎo)等等。,§2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制,一.開環(huán)控制 控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制。,二.閉環(huán)控制,,反饋：輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程負(fù)反饋：反饋的信號是與輸入信號相減

7、而使偏差越來越小,三.開環(huán)控制與反饋控制的比較,開環(huán)優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號和擾動(dòng)能預(yù)先知道時(shí)，控制效果較好。,缺點(diǎn)：不能自動(dòng)修正被控制量的偏離，系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動(dòng)對控制精度影響較大。,閉環(huán) 優(yōu)點(diǎn)：具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化以及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。,缺點(diǎn)：被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。,§3 控制系統(tǒng)的類型,一.隨動(dòng)系統(tǒng)與恒動(dòng)系統(tǒng)二.線

8、性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)三.連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)四.單輸入輸出系統(tǒng)與多輸入輸出系統(tǒng)五.確定性系統(tǒng)與不確定性系統(tǒng)六.集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng),§4 控制系統(tǒng)的組成與對控制系統(tǒng)的基本要求,一.組成與術(shù)語 組成: 1.測量元件 2.比較元件 3.控制元件 4.執(zhí)行元件 5.被控對象,術(shù)語: 參考輸入 主反饋 偏差 控制