自控PPT

现代PID控制器
1.1 引言
10、1948年美国数学家维纳出版专 著“控制论”。1956年我国科学家 钱学森出版“工程控制论”。
11、20世纪50年代，人造卫星和空 间技术的发展，成为自动控制理论 新的发展推动力。极大值原理、动 态规划理论、状态空间方法、多变 量最优控制和最优滤波理论。 12、20世纪70年代，随着大规模集 成电路数字计算机的发展，推动了 控制器应用高级控制算法的能力。
动装置有着本质的不同。反馈使“因果关系”进一步发 展成为更加复杂的“因果-果因关系”。 由于反馈形成的回路使“因果”双向相互作用，已不再
是简单的逻辑关系，因此，人们为做到知其所以然地设
计好基于反馈原理的自动装置，必须对反馈控制理论加 以研究，这也是反馈控制理论发展的初始推动力。
1.1 引言
近代控制理论的逐步形成和发展 1、用于工业过程的自动反馈 控制器-飞球调速器 1769瓦特发明了飞球调速器， 用来与蒸汽机的进气阀连接 构成蒸汽机转速的闭环自动 调速系统。 2、动态特性研究的开始：英 国剑桥大学的数学和天文学家 艾里在1829-1835系统研究了 天文望远镜的速度控制，根据 倒立摆离心力的原理首次发现 了反馈系统的不稳定性，并利 用微分方程分析了这种系统。
方框图中各符号的意义
元部件 方框（块）图 中的符号 信号（物理量）及传递方向 比较点 引出点 表示负反馈
例 2 函数记录仪
函数记录仪方框图
负反馈原理
将系统的输出信号引回输入端，与输 入信号相比较，利用所得的偏差信号进行 控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。
____ 构成闭环控制系统的核心 反馈使“因果关系”发展成为“因果 -果因关系”。
1. 按给定信号的形式 恒值系统 / 随动系统 / 程控系统
2. 按是否满足叠加原理
线性系统 / 非线性系统
3. 按参数是否随时间变化 定常系统 / 时变系统 4. 按信号传递的形式 连续系统 / 离散系统
5. 按输入输出变量的多少 单变量系统 / 多变量系统
对控制系统的基本要求
1. 稳：（基本要求） 要求系统要稳定
Ch5:根轨迹分析
Ch9： 非线性控 制系统
Ch8: 线性离散 控制系统
Ch7: 控制系统 的校正
Ch6:频率特性分析
自动控制原理
本次课程作业（2）
预习拉普拉斯变换有关知识
课程回顾（1)
自动控制
在无人直接参与的情况下，利用控制 装置，使工作机械、或生产过程（被控对 象）的某一个物理量（被控量）按预定的 规律（给定量）运行。
瓦特改良的蒸汽机
瓦特
艾里
1.1 引言
3、反馈调节系统稳定性问题的 研究： 1868英国物理学家麦克斯韦发 表了“论调速器”的论文，首 次论述该问题。 二三阶系统的稳定判据。 1895英国劳斯判据和德国数学 家赫尔维茨的代数稳定条件； 李雅普诺夫 1893李雅普诺夫基于非线性运 动的一般运动稳定问题。 4、反馈控制系统的频率特性研究：20世纪20年代，电子管放 大器以及远距离通话的实现，研究如何减少放大倍数增大而 导致信号失真的问题。美国贝尔电话实验室的工程师和科学 家们逐步建立了反馈控制系统的频率特性分析方法。
自动 控制 学科
自动控制 技术 经典控制理论 线性系统理论
自动控制 理论 最优控制理论
现代控制理论
系统辨识
自适应控制
大系统理论
1.1 引言
近代控制理论的逐步形成和发展 古代的自动装置主要是基于相对直观的“因果关系”而
发明的，因而并未产生自动控制理论。 这与18世纪末开始逐渐发展起来的、基于反馈原理的自
演示
2. 准：（稳态要求） 系统响应达到稳态时， 输出跟踪精度要高 3. 快：（动态要求） 系统阶跃响应的过渡过程 要平稳， 快速
自动控制原理课程的任务与体系结构
自动控制原理 课程内容
Ch1 ： 自 动 控 制 系 统的基本概念和要 求 Ch3：控制系统的稳定性 及特性 自动控制系统 （定义见1.1节首段） Ch4: 时域分析
（被控对象）（被控量）（给定量） （控制量）
自动控制原理
自动控制
在无人直接参与的情况下，利用 控制装置，使工作机械、或生产过程 （被控对象）的某一个物理量（被控 量）按预定的规律（给定量）运行。
自动控制原理
基本控制方式
1. 开环控制 2. 闭环控制 3. 复合控制
炉温控制系统方框图
炉温控制系统方框图
对控制系统的基本要求
稳定性、准确性、快速性
课程回顾（2)
基本控制方式
开环 / 闭环 / 复合控制
负反馈控制原理
将系统的输出信号引回输入端，与输入信号 相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到 减小偏差、消除偏差的目的。
飞锤 套筒
调节杠杆
连杆
进汽阀
蒸汽
Mc
负载
圆锥齿轮
蒸汽机
n
自动控制原理
教学过程方框图
闭环(反馈)控制系统的特点：
(1) 系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路 (2) 偏差起调节作用
水温调节系统
水温调节系统工作原理图
水温调节系统
水温调节系统方框图
控制系统的组成 (1) 被控对象
控制系统
控制装置
测量元件 比较元件 放大元件 执行机构 校正元件 给定元件
控制系统的组成 (2)
控制系统的分类
1.1 引言
5、积分和微分控制的思想：1922年俄裔 美国工程师米诺斯基在分析船舶驾驶控 制系统的稳定性时首次提出。 6、1934年美国麻省理工的赫曾教授创立 了伺服控制理论，首次提出轨迹跟踪在 反馈控制中的重要性； 7、1936年英国工程师考伦德：温度控制 系统的PID控制器； 8、1942年美国工程师：PID参数整定准 则，至今仍适用； 9、二战期间及战后10年：美国电信工程 师伊万斯给出控制系统的图解分析法和 根轨迹综合法，创立根轨迹法的完整理 论。
13、出现若干控制理论分支：系统 辨识、鲁棒控制、协调控制、智能 控制等等。
(来自互联网)
1.1 引言
1.1.2 控制工程实践
• 自动化的核心是控制与系统，控制工程实践 是实现自动化的手段。自动化最早出现在汽 车工业，其初始概念是指在工业生产（加工、 制造等）过程中采用自动控制代替人工控制。 1947年美国福特公司正式使用自动化一词， 其含义是指加工采用连续方式，生产过程流 水式的自动进行。
从20世纪70年代开始，我国通过陆续引进国 外成套自动化生产线，我国工业生产逐步从 局部自动化，发展成今天的全方位、全流程 的综合自动化。
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我国的自动化学术组织：中国自动化学会， 1961年成立，第一届理事长钱学森院士。
自动控制原理
（第 2 讲）
第一章 自动控制的一般概念
§1.4 §1.5 §1.6 §1.7 §1.8 自动控制系统的基本组成 控制系统示例 自动控制系统的分类 对控制系统性能的基本要求 本课程的研究内容
自动控制原理
河北大学电子信息工程学院
王霞
自动控制原理
本次课程作业（2）
预习拉普拉斯变换有关知识
第一章 绪论
自动控制原理的课程特点
1、专业基础课，自动化专业承上启下的课程
高等数学 积分变换 其它专业课程 自动控制理论
现代控制理论
2、理论实践相结合
理论性非常强，概念多，内容多，抽象； 实际应用紧密结合。能为解决实际控制问题提供理论和方法 3、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。