1、党晓圆,自动控制原理,课程类型：专业基础必选 理论学时：64 实验学时：8 课程设计：24,考核方式,本课程考核为期末闭卷笔试、实验课成绩和平时考核相结合。学生的课程总评成绩由平时成绩（占20%）、实验课成绩（20%）和期末考试成绩（占60%）三部分构成。,用到的知识：,电机拖动、模拟电路、 信号与系统、复变函数,学习重点,1、自动控制系统分析：（1）实际控制系统的数学建模（传递函数）；（2）线性连续系统在时域、频域、复频域中的 分析方法； 2、自动控制系统设计和校正：（1）线性连续系统设计；（2）线性连续系统校正；,第一章 自动控制系统概述,目的 对学科有一个初步的概念上的了解，懂得其重要性
2、,引起学习兴趣，了解恰当的学习方法。,内容 掌握控制系统的基本概念及基本术语 掌握控制系统的基本结构 掌握对控制系统的一般要求 了解控制理论的发展,1.1 引 言,自动控制在没有人的直接参与的情况下，利用控制 装置使被控对象的特性自动地按照预先规定 的规律运行或使它的某些参数按预定的要求 变化。,自动控制系统,自动控制系统举例,自动控制原理,是自动控制学科的基础理论，是研究各类控制系统共性的一门技术基础科学。研究一般规律提供基本方法 一种思想方法,1.2 开环控制与闭环控制,开环控制引例：,结构图：,缺点：自身没有能力根据系统的输出量来修正控制量的的数值，控制精度取决于器件精度， 系统抗干扰能
3、力差,特点：控制量与输出量之间仅有前向通路，信号的传递是单方向的，输出对输入没有影响.,人工闭环系统,如何用装置来替人？,闭环控制 引例：,结构图：,功率 放大,电动机,反馈元件,-,-,-,功率 放大,电动机,-,反馈元件,功率 放大,电动机,-,特点：不仅有从输入至输出之间前向通路，同时具有从输出返回至输入端的信号传递通道。信号的传递构成闭合回路.,优点：控制精度高，系统抗干扰能力强.,1.3 自动控制与自动控制系统,自动控制中的常用术语,被控对象,被控量,反馈量,给定量,控制量,扰动量,1.3.1 自动控制系统的组成,自动控制系统的基本结构,根据控制系统的结构分类开环控制闭环控制扰动控制
4、复合控制,1.3.2 自动控制系统的分类,根据给定参考输入信号分类,恒值控制系统,随动控制系统,给定值不变，克服干扰,给定值为未知的时间函数,根据系统数学性质分类,线性系统非线性系统,是否满足 叠加定理,连续时间系统 离散时间系统,根据时间信号的不同方式分类,根据控制对象端口信号数量来分类,SISO系统 MIMO系统,1.3.3 自动控制系统的基本要求及本课 研究的内容,自动控制系统的基本要求：必须稳定的,响应动作要快,动态过程 平稳,跟踪值要准确,研究的内容,系统分析系统综合（系统设计，校正）,1.4 自动控制理论的发展,早期：朴素的控制思想应用,我国古代的弓箭,蒸汽机的速度控制 （200多
5、年前）,美国MIT的N. Wiener于1948发表控制论(Cybernetics)，标志着控制论学科的诞生。,经典控制理论发展阶段,频率分析法和根轨迹分析法，构成了经典 控制理论的基础。,数学工具：主要是线性微分方程和基于拉普拉斯变换的传递函数。 研究对象：基本是单输入单输出系统。 典型成果：雷达高炮跟踪系统，轧钢机控制系统，液压伺服系统等。,现代控制理论发展阶段,数学工具：主要是状态空间法 研究对象：研究对象更为广泛。如线性系统与非线性系统、定常系统与时变系统、多输入多输出系统、变量耦合系统等。 典型成果：空间技术、军事技术、多方面的工业技术,智能控制理论发展阶段,70年代至今，基于人脑的
6、思维、学习、推理 决策功能研究与发展的，是当前控制理论学科研究的前沿领域(理论上未出现划时代的进展)。,主要研究方向：自适应控制理论、模糊控制理论、人工神经元网络、浑沌理论研究等。 主要研究成果：各种自动设计系统，神经计算机，机器人控制系统，模式识别，人工推理机等。,我国历史和现状,我国起步晚，在现代科学史上没有占据一席 之地，1954年钱学森创立并引入工程控制 论，80年代普遍开展教学和研究，但基础工 业落后，以原料到生产，各方面落后，从自 动化的材料、元件、系统和技术各方面都与 发达国家有较大差距。,30,小 结 明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、控制装置和自控系统等概念。 了解自动控制理论发展的四个主要阶段。 明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征 明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。,31,预备知识,复变函数：Laplace变换（拉氏变换）, Z变换 常微分方程解法：Laplace变换和反变换 电路理论 基本的电子学和力学知识,
