自动控制原理绪论

Motivation1、为什么选择学习自动化？2、你理解的自动化是什么？3、哪些地方用到了自动化技术？4、本课程学习什么？1）自动控制系统遵循的基本原理；）如何描述个自动控制系统；2）如何描述一个自动控制系统；3）如何分析自动控制系统的性能；4）如何设计或者校正自动控制系统。

ContentsCh2：控制系统的Ch1：自动控基本如何描述数学模型制系统的基本概念和要求Ch3原理：控制系统的稳定性及特性复杂？自动控制系统分析系统Ch4: 时域分析如何分析简单？完全取的性能Ch7Ch8Ch9Ch5:根轨迹分析决于你自己Ch7:控制系Ch8:线性离：非线性Ch6:频率特性分析主要针对线性如何设计统的校正散控制系统控制系统定常连续系统和校正How?1、打好基础高等数学（微积分）、积分变换（拉氏变换）2、做好预习讲课的速度较快了解课程内容3、听好课讲课的速度较快、了解课程内容听好课掌握基本理论和基本方法4、做好习题应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题1.1.1 自动控制理论发展简史远古时期的自动装置刻漏（自动计时装置）浮在受水壶水面上的漏箭随水面上升指示时间。

如何工作？？指南车(来自互联网)无论左拐还是右拐，木头人的指向不变。

如何工作？　计里鼓车马车行驶到到定的里程候风地动仪(来自互联网)(来自互联网)马车行驶到到一定的里程，木人击鼓一次。

震源方向上的铜丸掉落蟾蜍口中.如何工作？如何工作？1第次工业革命近代控制理论的逐步形成和发展1、第一次工业革命。

从工厂手工业向机器大工业过渡的阶段过渡的阶段。

2、第二次工业革命，1870第次革命，年至1914年的工业革命。

西欧和美国以及1870年后的日本，工业得到速发第次革命电3、第三次工业革命，数字化革命使传统飞速发展。

第二次工业革命以电力的大规模应用为代表，电灯的发明为标志数字化革命，使传统工业更加机械化、自动化，从而减少了工作成本发明为标志。

从而减少了工作成本。

1时期1：蒸汽机调速近代控制理论的逐步形成和发展1、时期1：蒸汽机调速。

清华大学自动控制原理2绪论绪论1．自动控制理论的发展过程为了说明现代控制理在整个控制理论中的地位，我们简短地叙述自动控制理论发展过程。

自动控制理论的发展大体可划分为三个阶段。

（1）经典控制理论经典控制理论——————第一代控制理论第一代控制理论过去50年代的“第一代”控制理论，即所谓经典控制理论，以单变量控制与调节为主要内容，所用的工具主要是根轨迹法和频率响应法。

以微分方程和传递函数为数学模型。

优点：方法概念简单，计算方便，在多数情况下物理意义较明确。

缺点是建立在输入输出关系即传递函数基础上的经典控制理论有其限局性，只知道输入——输出关系，对系统内部的变化知道甚少，即不能描述系统全部运动状态，工程上近似性（根轨迹和频率法）带有明显的依靠手工进行分析和综合的色彩。

而且设计多凭经验，很难处理多输入—多输出的系统。

（2）现代控制理现代控制理论论————第二代控制理论第二代控制理论现代控制理是在50年代末逐步形成并迅速发展的一门新兴学科分支。

现代控制理论的诞生与发展是由于实践需要，技术条件可能、理论发展这三个方面互相影响，互相促进的结果。

1）实践的需要实践的需要，现代控制理是应分析与设计高质量和大型复杂控制系统的需要而产生的。

随着科学技术的发展，特别是航天、航空、航海、导弹等军事尖端技术的发展，对自动控制系统提出越来越高的要求。

这些要求可以概括为两个字：高、大。

即：从质上说，要求设计高质量（如高精度、快速响应、低消耗、低代价等）的控制系统；从量上说控制系统越来越大型、复杂、综合化，从单个局部自动化发展成综合自动化。

2）技术条件的可能技术条件的可能，电子数字计算机为现代控制理论的发展提供了最主要的技术条件。

计算机是现代的控制系统中的核心部分，计算机在现代控制系统的分析和设计中，被广泛采用来进行数字仿真，计算机辅助设计等。

3）理论发展理论发展，现代控制理论是以经典控制理论为基础，以近代应用数学为理论工具的技术科学。

第1章　绪　论一、选择题1．线性系统的主要特点有（）。

[华中科技大学2009年研]A．稳定性B．振荡性C．收敛性D．齐次性【答案】D2．对控制作用进行适当的补偿（复合控制），可使系统（）。

[湖南大学2006年研]A．由不稳定变成稳定B．减小非线性的影响；C．提高无差度D．同时改善快速性和抗干扰能力【答案】D3．在通常的闭环控制系统结构中，系统的控制器和控制对象共同构成了（）。

[杭州电子科技大学2008年研]A．开环传递函数B．反馈通道C．前向通道D．闭环传递函数【答案】C二、填空题1．自动控制系统按给定信号的类型可分为______系统和______系统。

[燕山大学研]【答案】连续系统；离散系统2．自动控制系统性能好坏的三个方面为：______。

[燕山大学研]【答案】稳定性，快速性，准确性。

3．自动控制系统对输入信号的响应，一般都包含两个分量，即一个是______，另一个是______分量。

[华南理工大学2006年研]【答案】稳态；瞬态4．最常用的补偿方法是______和______。

[湖南大学2006年研]【答案】按扰动补偿；按输入补偿三、问答题1．何谓自动控制？开环控制和闭环控制各具有什么样的特点？[华南理工大学研]答：（1）自动控制：在无人直接参与下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定量。

（2）开环控制特点：开环控制是按给定值控制，控制方式比较简单，但控制精度受到原理上的限制。

（3）闭环控制特点：闭环控制为偏差控制，可以使反馈回路中的干扰信号得到抑制，因而控制精度较高，但闭环控制有可能使系统不稳定。

2．在经典控制理论中，负反馈控制是一种最基本的控制方式，也是一种常用的校正方式，试举例论述采用负反馈控制的优点。

[南开大学研]答：负反馈的特点可以从“负”字上得到很好的理解，它主要是通过输入、输出之间的差值作用于控制系统的其他部分。

这个差值就反映了我们要求的输出和实际的输出之间的差别。

控制器的控制策略是不停减小这个差值，以使差值变小。

1900)西汉漏壶统观念和实践亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(5)中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年)7(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875论运动稳定性的一般问题”(1892设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(Great操江号(62mx10m), 392匹马力，600T排水，备炮9门The Pre-classical Period)(1900-1935)研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928)V. BushH. S. Black14N.B. Nichols(1942)，提出Wiener一书(1948)，标志着控制论学科的诞生。

N. WienerH. HazenC. E. Shannon(Sampled Data System)Lan美国W. Evans提出根轨迹法(Root Locus Method)L.S. Pontryagin(IFAC)成立(1957)，中国为发起国之一，第一届学术会议于莫斯科召开(1960)(5)世界第一颗人造地球卫星Sputnik 1 was the first artificial satellite launched into space22 Oct. 4, 1957: Launch of the rocket carrying Sputnik, the first man-made satellite. Photos of the launch were not initially released.This photo is a still from a 1967 Soviet documentary film.23器人公司，Unimation(7)美籍匈牙利人R. E. Kalman发表“On theGeneral Theory of Control Systems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测R.E. Kalman1961, at the age of 27,Gagarin left the earth. Itwas April the 12th, 9.07Moscow time (launch-site, Baikonur). 108minutes later, he wasback . The period oforbital revolution was89:34 minutes (thisfigure was "calculated byelectronic computers").The missions maximumflight altitude was 327000 meters. Themaximum speedreached was 28 260kilometers per hour.宇宙哥伦布-加加林 A stampissued byRussia tomemorizeY. GagarinCapsule used in first manned orbit of earth In 1961, the first human to pilota spacecraft, Yuri Gagarin, waslaunched by the Soviet Union aboard Vostok I.C. Desoer27N.A. ArmstrongK. J. Astrom Approach(1974)。