自动控制原理第07讲

执行器
接收控制器的输出信号，驱动被控对象执行相应的动作。 执行器种类繁多，如电动执行器、气动执行器和液压执行 器等。
测量元件
用于测量被控对象的参数，如流量计、温度计和压力计等 。测量元件的精度和可靠性对控制系统的性能具有重要影 响。
控制系统的软件实现
控制算法
根据控制理论，设计控制算法以实现控制目标。常用的控制算法有 PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
控制系统软件
基于控制算法，开发控制系统软件，实现控制系统的各项功能。控制 系统软件通常采用模块化设计，便于维护和升级。
嵌入式系统
将控制系统软件嵌入到嵌入式系统中，实现控制系统的硬件与软件的 分离。嵌入式系统具有实时性、可靠性和低功耗等特点。
人机界面
设计人机界面，方便用户对控制系统进行监控和操作。人机界面应具 有直观、易用和可靠等特点。
控制系统的稳定性分析
稳定性是控制系统的重要性能 指标，本讲介绍了如何通过时 域法和频域法分析系统的稳定 性。
控制系统的性能指标
性能指标包括稳态误差、动态 误差、响应速度和超调量等， 这些指标用于评估控制系统的 性能。
控制系统的校正与优化
通过引入校正装置和优化算法 ，可以改善控制系统的性能， 以满足实际应用的需求。
自动控制系统的分类
总结词
根据不同的分类标准，自动控制系统可以分 为多种类型。按输入量分类可分为定值控制 系统、随动系统和程序控制系统；按系统特 性分类可分为线性系统和非线性系统；按系 统参数是否随时间变化分类可分为时变系统 和时不变系统。
详细描述
根据输入量是否恒定，自动控制系统可以分 为定值控制系统、随动系统和程序控制系统 。在定值控制系统中，设定值是恒定的，系 统需要克服各种干扰因素，使输出值保持恒 定。随动系统则是根据设定值的变化而变化 ，系统需要快速跟踪设定值的变化。程序控
控制理论的发展趋势与展望
控制理论的跨学科发展
随着科技的不断进步，控制理论正与其他学科领 域（如生物学、医学、环境科学等）交叉融合， 为解决复杂系统问题提供新的思路和方法。
网络化控制系统的研究
随着物联网、云计算等技术的发展，网络化控制 系统在工业自动化、智能家居等领域的应用越来 越广泛，相关研究将不断深入。
以及离散系统的设计方法。
涵盖了离散控制系统的建模、分析和设计的基本理论和应用。
03
课程目标和意义
掌握线性离散控制系统的 基本概念、数学模型和分 析方法。
掌握离散控制系统的设计 方法，包括状态反馈、状 态观测器、最优控制等。
ABCD
理解离散控制系统与连续 控制系统的异同，掌握离 散控制系统的特点和应用。
04 控制系统的性能指标
稳定性
稳定性的定义
控制系统在受到扰动后能够回到 平衡状态的性能。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可以分为渐 近稳定、指数稳定和不稳定三种类 型。
稳定性的判定方法
通过分析系统的极点、零点和系统 的传递函数，可以判断系统的稳定 性。
快速性和准确性
快速性的定义
控制系统达到设定值的速度。
因素，如成本、功耗和体积等。
优化设计
通过仿真实验，验证控制系统的性能和可行性。仿真 实验应尽可能模拟实际工况，以提高仿真的真实性和 可靠性。
07 总结与展望
本讲内容总结
开环控制系统与闭环控制 系统的比较
开环控制系统没有反馈环节， 因此对干扰因素缺乏抑制能力 ；而闭环控制系统通过负反馈 来克服干扰因素。
制系统则是按照预定的程序规律变化。
自动控制系统的基本要求
要点一
总结词
自动控制系统的基本要求包括稳定性、准确性和快速性。 稳定性是指系统在受到扰动后能够回到原来的平衡状态； 准确性是指系统输出值与设定值的偏差要尽可能小；快速 性是指系统对扰动的响应速度要快。
要点二
详细描述
稳定性是自动控制系统的基本要求之一，它表示系统在受 到扰动后能够回到原来的平衡状态。如果系统受到扰动后 无法回到平衡状态，则说明系统不稳定。准确性是指系统 输出值与设定值的偏差要尽可能小，即系统应该尽可能接 近设定值。快速性是指系统对扰动的响应速度要快，即系 统应该尽快克服扰动的影响，使输出值回到设定值附近。
形式
传递函数的一般形式为 G(s) = (s^n + g1*s^(n-1) + g2*s^(n-2) + ... + gn) / (s^m + p1*s^(m-1) + p2*s^(m-2) + ... + pm)，其中 s 是复变量，n 和 m 是自然数，g 和 p 是实 数。
应用
传递函数广泛应用于控制系统分析和设计中，如稳定性分析、控制系统校正等。
自动控制原理第07讲
目录
• 引言 • 自动控制系统概述 • 控制系统的数学模型 • 控制系统的性能指标 • 控制系统的分析与设计 • 控制系统的实现与仿真 • 总结与展望
01 引言
主题概述
01
自动控制原理第07讲主要涉及线性离散控制系统分析和设计的 基本概念和方法。
02
重点介绍离散系统的稳定性、动态性能和稳态性能的分析方法，
提高鲁棒性的方法
通过优化控制算法、选择适当的控制参数和采用鲁棒控制理论等 方法可以提高控制系统的鲁棒性。
05 控制系统的分析与设计
根轨迹法
01
根轨迹法是一种通过绘 制系统极点的轨迹来分 析控制系统的方法。
02
通过根轨迹，可以分析 系统的稳定性、响应速 度和阻尼特性。
03
根轨迹法适用于一阶和 二阶系统，对于高阶系 统，其应用受到限制。
频率响应法的优点是适用于复杂系统，且可以预测系统 的动态性能，缺点是计算较为复杂。
状态空间法
状态空间法是一种通过建立系 统的状态方程和输出方程来分
析控制系统的方法。
通过状态空间模型，可以分析 系统的动态性能、稳定性以及
最优控制问题。
状态空间法适用于任何线性时 不变系统，且可以处理多输入 多输出系统。
通过学习本讲，为进一步 学习现代控制理论、控制 系统设计和工程应用打下 基础。
02 自动控制系统概述
自动控制系统的定义与组成
总结词
自动控制系统是由控制器、受控对象和反馈通路组成，通过比较设定值与实际输出值之间的偏差，控制器调节受 控对象的输入量，使输出值达到设定值。
详细描述
自动控制系统是利用各种物理量、化学量或生物量等信号，通过传感器、变送器和测量仪表等设备，将非电量或 非电量信号转换为电量信号，再通过控制器或调节器等装置，根据设定值与实际输出值之间的偏差，调整受控对 象的输入量，使输出值逐渐接近设定值，最终达到自动控制的目的。
系统方框图
定义
系统方框图是一种用方框和连线表示 系统的结构和工作原理的图形表示方 法。
组成
应用
系统方框图广泛应用于控制系统的分 析和设计中，通过方框图可以直观地 了解系统的结构和动态特性，便于进 行系统分析和设计。
系统方框图由一系列的方框和连线组 成，方框表示系统的各个组成部分， 连线表示各部分之间的信号传递关系。
智能控制与人工智能的结合
智能控制是控制理论的一个重要分支，与人工智 能技术的结合将有助于实现更加自主、智能化的 控制系统。
绿色控制理论与可持续发展
在环保意识日益增强的背景下，研究和发展绿色 控制理论，以实现能源节约和环境保护，将成为 未来的重要研究方向。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
状态空间法的优点是适用于复 杂系统，且可以方便地处理多 变量系统，缺点是数学模型较 为复杂，需要一定的数学基础 。
06 控制系统的实现与仿真
控制系统的硬件实现
控制器
作为控制系统的核心，负责接收输入信号并产生输出信号 ，以控制被控对象。常用的控制器有比例控制器、积分控 制器和微分控制器等。
传感器
负责检测被控对象的参数，如温度、压力、流量和位移等 ，并将检测到的信号转换为电信号或数字信号，供控制器 使用。
控制系统的仿真技术
建立被控对象的数学模型，用于描述被控对象的动态 特性。数学模型是控制系统仿真的基础。
输入 标题
仿真软件
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink、 LabVIEW等，根据数学模型进行仿真实验。仿真软件 应具有高精度、高可靠性和易用性等特点。
数学模型
仿真实验
基于仿真实验结果，对控制系统进行优化设计，提高 控制系统的性能和稳定性。优化设计应综合考虑多种
04
根轨迹法的优点是简单 直观，缺点是对于非线 性系统和时变系统难以 应用。
频率响应法
频率响应法是一种通过分析系统对不同频率正弦波的响 应来分析控制系统的方法。
频率响应法适用于任何线性时不变系统，包括高阶系统 和非线性系统。
通过频率响应曲线，可以分析系统的幅频特性和相频特 性，进而判断系统的稳定性、带宽和阻尼特性。
03 控制系统的数学模型
线性时不பைடு நூலகம்系统
定义
线性时不变系统是指系统的输出与输入成正比， 且比例系数是常数的一种系统。
特性
线性时不变系统具有叠加性、均匀性和时不变性 等特性。
描述方式
可以用微分方程、传递函数、状态方程等方式描 述线性时不变系统。
传递函数
定义
传递函数是描述线性时不变系统动态特性的数学模型，它表示系统输出与输入之间的函数 关系。
准确性的定义
控制系统达到设定值后，保持稳定状态时的误差大小。
快速性和准确性的关系
快速性和准确性之间存在一定的矛盾，提高快速性可能导 致准确性下降，反之亦然。因此，需要根据实际需求进行 折中设计。
鲁棒性
鲁棒性的定义
控制系统在参数变化或扰动下仍能保持稳定和良好性能的能力。
鲁棒性的影响因素
控制系统的结构、参数和扰动的性质都会影响系统的鲁棒性。