《自动控制原理》 上海交通大学自动化系 田作华 Zhtian@sjtu.edu.cn
1 《自动控制原理》 上海交通大学自动化系 田作华 Zhtian@sjtu.edu.cn
《自动控制原理》教材 1.《自动控制理论与设计》上海交大出版社徐薇莉等 (推荐教材) 2.《控制理论基础》 科学出版社 王显正等 3.《自动控制系统》 高教出版社 汪小帆等 4.《 Automatic Control System》 Benjamin C.Kuo (高教出版社)
2 《自动控制原理》教材 1.《自动控制理论与设计》 上海交大出版社 徐薇莉等 (推荐教材) 2.《控制理论基础》 科学出版社 王显正等 3.《自动控制系统》 高教出版社 汪小帆等 4.《Automatic Control System》Benjamin C. Kuo （高教出版社 ）
第一章绪论 概述 自动化( Automation或 Automatization) 自动控制 就是指在脱离人的直接干预,利用控制裝置(简称控 制器)使被控对象(或生产过程等)的某一物理量(如温 度、压力、門H值等)准确地按照预期的规律运行。 2.自动控制系统 是指实现上述控制目的,由相互制约的各部分按一定 规律组成的具有特定功能的整体
3 第一章 绪论 1－1 概述 自动化（Automation 或 Automatization ） 1. 自动控制 就是指在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控 制器）使被控对象（或生产过程等）的某一物理量（如温 度、压力、PH值等）准确地按照预期的规律运行。 2. 自动控制系统 是指实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定 规律组成的具有特定功能的整体
1-2自动控制理论的发展 线性控制理论 1.经典控制理论非线性控制理论 采样控制理论 2.现代控制理论 3.大系统理论 4.智能控制理论
4 1－2 自动控制理论的发展 2. 现代控制理论 3. 大系统理论 4. 智能控制理论 采样控制理论 非线性控制理论 线性控制理论 1. 经典控制理论
1-2自动控制理论的发展 、经典控制理论 研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统 如:调节电压改变电机的速度;调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。 2、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如,汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏 板)和两个输出(方向和速度)的控制系统。 计算机科学地发展,极大地促进了控制科学地发展
5 1－2 自动控制理论的发展 1、经典控制理论 研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。 2、现代控制理论 研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏 板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。 计算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展
经典控制理论与现代控制理论比较 项目 经典控制理论 现代控制理论 研究对象 线性定常系统 线性、非线性、定常、 (单输入、单输出) 时变系统 (多输入、多输出) 描述方法 传递函数 向量空间 (输入、输出描述 (状态空间描述) 研究办法 根轨迹法和频率法 状态空间法 研究目标系统分析及给定输入、揭示系统的内在规律,实 输出情况下的系统综现在一定意义下的最优控 合 制与设计
6 经典控制理论与现代控制理论比较 项目 经典控制理论 现代控制理论 研究对象 线性定常系统 （单输入、单输出） 线性、非线性、定常、 时变系统 （多输入、多输出） 描述方法 传递函数 （输入、输出描述） 向量空间 （状态空间描述） 研究办法 根轨迹法和频率法 状态空间法 研究目标 系统分析及给定输入、 输出情况下的系统综 合 揭示系统的内在规律，实 现在一定意义下的最优控 制与设计
1-2自动控制理论的发展 3、大系统控制理论 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结 合的动态系统工程理论,研究的对象具有规模庞大 结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点 它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如:人体,我们就可以看作为一个大系统,其中 有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分 的控制等等 大系统控制理论目前仍处于发展阶段
7 1－2 自动控制理论的发展 3、大系统控制理论 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结 合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、 结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。 它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中 有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分 的控制等等。 大系统控制理论目前仍处于发展阶段
1-2自动控制理论的发展 4、智能控制 这是近年来新发展起来的一种控制技术,是 人工智能在控制上的应用。它的指导思想是依据 人的思维方式和处理问题的技巧,解决那些目前 需要人的智能才能解决的复杂的控制问题 学派:结构派和功能派 它是一门新兴的控制学科,有些问题尚存有 争议,然而由于它实用性强,能运用人们的经验 与技巧解决许多以往控制中难以解决的棘手问题 (如建模等),因此得到了人们极大的重视
8 1－2 自动控制理论的发展 4、智能控制 这是近年来新发展起来的一种控制技术，是 人工智能在控制上的应用。它的指导思想是依据 人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前 需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。 学派：结构派和功能派 它是一门新兴的控制学科，有些问题尚存有 争议，然而由于它实用性强，能运用人们的经验 与技巧解决许多以往控制中难以解决的棘手问题 （如建模等），因此得到了人们极大的重视
1-3自动控制系统的分类 按信号的传递路径来分类 1、开环控制系统 特点:系统的输出端与输入端不存在反馈回路,输出 量对系统的控制作用不发生影响的系统 程序 微型计算机}→放大器}→(执行机构}→工作机床}→(切削刀具 指令 图纸 (步进电机)
9 1－3 自动控制系统的分类 一、按信号的传递路径来分类 1、开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出 量对系统的控制作用不发生影响的系统。 图纸 程序 指令 （步进电机） 微型计算机 放大器 执行机构 工作机床 切削刀具
1-3自动控制系统的分类 2、闭环控制系统(反馈控制系统) 特点:系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义,就是将输出信号通过测量元件 反馈到系统的输入端,通过比较、控制来减小系统误差。 微型计算机)→(放大器)→(执行机构)→(作机床)→(切削刀具)+位移 图纸 反馈测量元件
10 1－3 自动控制系统的分类 2、闭环控制系统（反馈控制系统） 特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测量元件 反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。 微型计算机 放大器 执行机构 工作机床 切削刀具 位移 反馈测量元件 图纸