《自动控制原理》第1章 自动控制的一般概念
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能工巧匠---非科学意识
Ch1 自动控制的一般概念
James Walt 1788 ---离心式调速器 开创了自动调节装置的研究和应用。
Ch1 自动控制的一般概念
J.C.Maxwell 1868 ---微分方程模型（数学基础） “On Covernors”论调节器
自动控制原理的理论基础。
Routh 判据 1877
Ch1 自动控制的一般概念
（8）控制系统的基本性能要求
1、稳定性：是保证系统正常运行的先决条件。 由系统的结构决定与外界因素无关。
2、快速性：消除偏差时间快。 3、准确性：稳态值应尽量与参考值一致。
用稳态误差ess来表示。 ess越小，表示系统的性能越好。
Ch1 自动控制的一般概念
Evens 根轨迹控制器设计法 1948 Bode图控制器设计法 Nyquist频率法稳定性判据 Evens根轨迹控制器设计 ---频域分析和设计方法
Ch1 自动控制的一般概念
Wiener 《控制论》 1948
标志着控制科学走向成熟。
Ch1 自动控制的一般概念
（3）现代控制(1950-)
钱学森 《工程控制论》1954
现代控制理论 （状态空间）多变量MIMO
（1）控制
Ch1 自动控制的一般概念
---使被控对象按照预期的方式工作（无 人参与，则为自动控制）
（2）被控对象/受控对象
---指要求实现自动工作的机器﹑设备或 生产过程。
注意，不同于受控变量，同一受控对象可 能包含多个受控变量。
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
二 自动控制的发展简史
前期控制(-1900) 经典控制(1900-1950) 现代控制(1950-)
Ch1 自动控制的一般概念
（1）前期控制(-1900)
古代中国、埃及和巴比伦出现的自动计时 漏壶。 铜壶滴漏
Ch1 自动控制的一般概念
能工巧匠---非科学意识
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
第一章 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
教学目的：通过本章学习使学生掌握自动控 制系统原理、组成，以及开环控 制系统和闭环系统的工作原理、 特点。
重 点：闭环控制系统的原理、特点、 功能方框图。
Ch1 自动控制的一般概念
一 什么是控制，什么是自动控制？
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
（5）控制系统框图---表征控制系统的因果关 系（输入--输出关系），由有向线段和方框组 成的框图。
执行机构
Ch1 自动控制的一般概念
1）汽车速度控制系统中，被控变量为速度， 执行机构是油门
2）汽车转向控制系统中，被控变量为角度， 执行机构是方向盘
3）汽车温度控制系统中，被控变量为温度， 执行机构是空调
受控对象
工程技术系统﹑家电﹑工业自动化﹑ 精确制导﹑航天等 社会系统和经济系统 生态系统﹑生命系统等
Ch1 自动控制的一般概念
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
预期响应
控制目标--使受控对象的某个量按照期望特征运行。
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制：在无人直接参与的情况下，实现 控制。
Engineering Cybernetics
Ch1 自动控制的一般概念
20世纪60-70 状态空间法，最优控制等 20世纪80-90 鲁棒控制，H控制等 多研究分支大发展--- 自适应控制，滑动 模态控制，智能控制等等
Ch1 自动控制的一般概念
三 学习内容与基本概念
自动控制原理
经典控制理论 （时域分析，频域分析，根 轨迹分析）单变量SISO
闭环控制特点：结构复杂，价格高；控制精度高， 抗干扰力强，应用广泛。 开环控制特点：结构简单；控制精度低，抗干扰能 力差；成本低，易维护。
（7）正反馈和负反馈
Ch1 自动控制的一般概念
+ 正反馈， - 负反馈
Ch1 自动控制的一般概念
例：核裂变的链式反应（正反馈）
典型负反馈控制系统
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制原理 I
Principle of Automatic Control Ⅰ
自动控制原理 I
Leabharlann Baidu
Chapter1 自动控制的一般概念
Chapter2 控制系统的数学模型
主
要
Chapter3 线性系统的时域分析法
内
Chapter4 线性系统的根轨迹法
容
Chapter5 线性系统的频域分析法
Chapter6 线性系统的校正方法
注意，不同于受控变量，同一受控对象可 能包含多个受控变量。
速度---速度控制系统
汽车－－－˃ 转向---转向控制系统
温度---温度控制系统
Ch1 自动控制的一般概念
（3）控制目标（预期方式） 给定量/输入量/参考量
定值 随动---随时间变化 程序---已知函数
Ch1 自动控制的一般概念
（4）控制系统---由相互关联的元件按一定的 结构组成的系统，能够提供预期的响应。
Ch1 自动控制的一般概念
（6）开环控制和闭环控制（是否有反馈）
开环控制：利用执行机构直接控制被控对象 （无反馈）
闭环控制，有反馈
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
例：空调控制系统（闭环控制）
Ch1 自动控制的一般概念
开环控制系统：普通取暖炉，热水壶，面包电 烤炉等。
反馈---控制的核心内容，按偏差进行反馈控 制（经典控制）
自动控制原理， 即如何实现自动控制的理论。
Ch1 自动控制的一般概念
例1 液面高度的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
例2 汽车方向的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
取代“人”，则称为---自动控制
自动控制的应用
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收 生物、经济…………
Ch1 自动控制的一般概念
建立了控制系统稳定性分析 的代数理论。
Hurwitz 判据 1895
Ch1 自动控制的一般概念
（2）经典控制(1900-1950)
Black 反馈放大器 --设计了负反馈放大器
1927
Bode 图控制器设计方法 1927
Ch1 自动控制的一般概念
Nyquist 频率法稳定性判据1932
Ch1 自动控制的一般概念
James Walt 1788 ---离心式调速器 开创了自动调节装置的研究和应用。
Ch1 自动控制的一般概念
J.C.Maxwell 1868 ---微分方程模型（数学基础） “On Covernors”论调节器
自动控制原理的理论基础。
Routh 判据 1877
Ch1 自动控制的一般概念
（8）控制系统的基本性能要求
1、稳定性：是保证系统正常运行的先决条件。 由系统的结构决定与外界因素无关。
2、快速性：消除偏差时间快。 3、准确性：稳态值应尽量与参考值一致。
用稳态误差ess来表示。 ess越小，表示系统的性能越好。
Ch1 自动控制的一般概念
Evens 根轨迹控制器设计法 1948 Bode图控制器设计法 Nyquist频率法稳定性判据 Evens根轨迹控制器设计 ---频域分析和设计方法
Ch1 自动控制的一般概念
Wiener 《控制论》 1948
标志着控制科学走向成熟。
Ch1 自动控制的一般概念
（3）现代控制(1950-)
钱学森 《工程控制论》1954
现代控制理论 （状态空间）多变量MIMO
（1）控制
Ch1 自动控制的一般概念
---使被控对象按照预期的方式工作（无 人参与，则为自动控制）
（2）被控对象/受控对象
---指要求实现自动工作的机器﹑设备或 生产过程。
注意，不同于受控变量，同一受控对象可 能包含多个受控变量。
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
二 自动控制的发展简史
前期控制(-1900) 经典控制(1900-1950) 现代控制(1950-)
Ch1 自动控制的一般概念
（1）前期控制(-1900)
古代中国、埃及和巴比伦出现的自动计时 漏壶。 铜壶滴漏
Ch1 自动控制的一般概念
能工巧匠---非科学意识
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
第一章 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
教学目的：通过本章学习使学生掌握自动控 制系统原理、组成，以及开环控 制系统和闭环系统的工作原理、 特点。
重 点：闭环控制系统的原理、特点、 功能方框图。
Ch1 自动控制的一般概念
一 什么是控制，什么是自动控制？
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
（5）控制系统框图---表征控制系统的因果关 系（输入--输出关系），由有向线段和方框组 成的框图。
执行机构
Ch1 自动控制的一般概念
1）汽车速度控制系统中，被控变量为速度， 执行机构是油门
2）汽车转向控制系统中，被控变量为角度， 执行机构是方向盘
3）汽车温度控制系统中，被控变量为温度， 执行机构是空调
受控对象
工程技术系统﹑家电﹑工业自动化﹑ 精确制导﹑航天等 社会系统和经济系统 生态系统﹑生命系统等
Ch1 自动控制的一般概念
1、控制：就是使受控对象产生预期响应， 即按照预期的方式工作。
预期响应
控制目标--使受控对象的某个量按照期望特征运行。
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制：在无人直接参与的情况下，实现 控制。
Engineering Cybernetics
Ch1 自动控制的一般概念
20世纪60-70 状态空间法，最优控制等 20世纪80-90 鲁棒控制，H控制等 多研究分支大发展--- 自适应控制，滑动 模态控制，智能控制等等
Ch1 自动控制的一般概念
三 学习内容与基本概念
自动控制原理
经典控制理论 （时域分析，频域分析，根 轨迹分析）单变量SISO
闭环控制特点：结构复杂，价格高；控制精度高， 抗干扰力强，应用广泛。 开环控制特点：结构简单；控制精度低，抗干扰能 力差；成本低，易维护。
（7）正反馈和负反馈
Ch1 自动控制的一般概念
+ 正反馈， - 负反馈
Ch1 自动控制的一般概念
例：核裂变的链式反应（正反馈）
典型负反馈控制系统
Ch1 自动控制的一般概念
自动控制原理 I
Principle of Automatic Control Ⅰ
自动控制原理 I
Leabharlann Baidu
Chapter1 自动控制的一般概念
Chapter2 控制系统的数学模型
主
要
Chapter3 线性系统的时域分析法
内
Chapter4 线性系统的根轨迹法
容
Chapter5 线性系统的频域分析法
Chapter6 线性系统的校正方法
注意，不同于受控变量，同一受控对象可 能包含多个受控变量。
速度---速度控制系统
汽车－－－˃ 转向---转向控制系统
温度---温度控制系统
Ch1 自动控制的一般概念
（3）控制目标（预期方式） 给定量/输入量/参考量
定值 随动---随时间变化 程序---已知函数
Ch1 自动控制的一般概念
（4）控制系统---由相互关联的元件按一定的 结构组成的系统，能够提供预期的响应。
Ch1 自动控制的一般概念
（6）开环控制和闭环控制（是否有反馈）
开环控制：利用执行机构直接控制被控对象 （无反馈）
闭环控制，有反馈
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
例：空调控制系统（闭环控制）
Ch1 自动控制的一般概念
开环控制系统：普通取暖炉，热水壶，面包电 烤炉等。
反馈---控制的核心内容，按偏差进行反馈控 制（经典控制）
自动控制原理， 即如何实现自动控制的理论。
Ch1 自动控制的一般概念
例1 液面高度的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
例2 汽车方向的人工控制（闭环）
Ch1 自动控制的一般概念
Ch1 自动控制的一般概念
取代“人”，则称为---自动控制
自动控制的应用
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收 生物、经济…………
Ch1 自动控制的一般概念
建立了控制系统稳定性分析 的代数理论。
Hurwitz 判据 1895
Ch1 自动控制的一般概念
（2）经典控制(1900-1950)
Black 反馈放大器 --设计了负反馈放大器
1927
Bode 图控制器设计方法 1927
Ch1 自动控制的一般概念
Nyquist 频率法稳定性判据1932