1、自动控制理论,信息工程学院,课程特点,1、 它是一门专业基础课,2、理论实践相结合,理论性非常强但又和实际应用紧密结合,3、内容广泛,第一章 引 论,3、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法,学习自动控制理论的重要性,1、本课程是自动化专业承上启下的课程,2、自动控制技术是应用非常广泛的技术,电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。,4、学分较多,本课程学习方法,1、打好基础,高等数学（微积分）、积分变换（拉氏变换）,2、做好预习,3、听好课,讲课的速度较快、了解课程内容,掌握基本理论和基本方法,4、做好习题,应
2、用学到的基本理论和基本方法解决实际问题,第一节 开环控制和闭环控制,一、什么是控制系统？举例：家用空调控制器功能：使房间的温度控制在人体比较舒适的范 （对象、物理量、控制设备）,系统组成：,控制对象,测量元件,控制单元,家用空调系统框图的简化,控制器,控制对象,反馈,比较,控制指令,1、什么叫系统？为了完成某项任务、按一定规律组成、具有一 定功能的整体。 2、什么叫控制系统？ 使被控对象的一个或多个物理量能够在一定精 度范围按照给定的规律变化的系统。 3、控制系统的两种基本形式及特点两种基本形式：开环 闭环 开环系统结构及其特点： 定义：只有正向作用，没有反馈控制作用的控制系统。 举例：电机调
3、速控制系统,电机调速控制系统,开环系统的特点：A、只有正向作用，没有反馈作用；B、控制精度取决于元器件的精度和系统调整精度；C、没有抑制内、外干扰的能力；D、系统结构简单、成本低。 闭环系统结构及其特点 定义：既有正向作用，又有反馈控制作用的控制系统。 举例：电机调速控制系统,控制输出量,误差信号,反馈量,闭环系统的特点 A、既有正向作用，又有反馈控制；B、控制精度与元件精度、控制方法、调整精度有关，控制精度较高；C、有抑制干扰的能力；D、结构复杂，成本相对较高。,第二节 自动控制系统的类型,自动调整系统 特征：输入信号为常数 典型系统：液位、温度、压力、流量控制 程序控制系统 特征：输入信号
4、为预知的随时间变化函数 典型系统：热处理炉控制系统、镜片固化炉温度控制、程序控制机床、灌装生产线、自动生产流水线。 随动系统（伺服控制系统） 特征：输入信号未知的随时间变化任意函数 典型系统：鱼雷飞行、炮瞄雷达、火炮自动瞄准、导弹制导。,按描述元件的动态方程分类,线性系统 特征：元件是线性的、系统运动方程可用线性微分方程或差分方程描述非线性系统 特征：系统中含有至少一个非线性元件、系统运动方程需用非线性方程或差分方程描述。 典型非线性：饱和、死区、继电器、传动间隙。,按系统传递的信号分类,连续系统 特征：系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数，一般用微分方程描述。离散系统 特征：在信号传递
5、过程中，至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。,按输入输出信号数量分类,单输入单输出系统（单变量系统） 特征：输入输出变量仅有一个。多输入多输出系统 特征：输入输出变量多于一个。,按系统结构和参数的确定性分类,确定系统 特征：系统的结构和参数是确定的、已知的，系统的输入信号也是确定的，可以用解析式或图表确切表示。不确定系统 特征：系统的结构和参数是不确定的或，系统的输入信号是不确定的。,按系统微分方程分类,集中参数系统 特征：能用常微分方程描述分布参数系统 特征：至少有一个环节需要用偏微分方程描述。,第三节 自动控制理论概要,一、对自动控制系统的要求 稳定性要求 快速性要求 准确性要求二、自动
6、控制理论研究的问题 自动控制建模问题 控制系统分析 控制系统设计,三、控制系统建模问题 描述方法 传递函数 建立方法 理论推导、实验法四、自动控制系统分析 分析基础 系统传递函数 分析内容 稳定性、稳态、暂态 分析工具 手工计算、计算机软件,五、自动控制系统的设计给定数学模型和技术指标情况下，希望有简洁的方法解决以下问题： 控制方案 决定一种合适的控制规律及相应参 系统分析 近似估计系统时域响 改进建议 当系统性能不满足要求时指明改善系统性能的途径。 设计手段 控制系统的计算机辅助设计,六、古典控制理论与现代控制理论古典控制理论研究对象：单输入单输出线性系统 数学基础：微积分、积分变换 系统描述方法：传递函数 研究方法：时域法、频率特性法、根轨迹法 核心概念：输出反馈 适用系统：线性系统,现代控制理论研究对象：多输入多输出线性系统 数学基础：线性代数、矩阵理论 系统描述方法：状态空间表达式 研究方法：时域法 核心概念：状态反馈 适用系统：线性、非线性,现代控制理论研究对象：多输入多输出线性系统 数学基础：线性代数、矩阵理论 系统描述方法：状态空间表达式 研究方法：时域法 核心概念：状态反馈 适用系统：线性、非线性,
