自动控制系统的发展及技术现状概要

钟壶滴漏
指南车
17~19世纪
1642年法国物理学家 帕斯卡 1657年荷兰机械师 1745年英国机械师 1765年俄国 惠更斯 E.李 波尔祖诺夫 加法器 钟表 风磨 水位调节器 离心式节速器 电磁调速器 反馈调节器
1788年英国科学家 瓦特 1854年俄国 康斯坦丁诺夫
1868年法国工程师 法尔科
惠更斯发明的钟表
1.1.2
自动控制理论的早期发展
自动控制理论是自动控制系统工程设计的基础

自动控制装置的优点：改进生产技术，提高生产效率 17~18世纪是自动化技术的逐渐形成时期

18世纪之后是自动化技术的发展时期，期间数学描述
和理论分析起到了至关重要的作用 。

自动调节器的稳定性问题、蒸汽机的剧烈振荡问题、

自动控制理论的早期发展过程
1932年美国电信工程师奈奎斯特提出著名 的奈奎斯特稳定判据﹐可以直接根据系统 的传递函数来画出奈奎斯特图，判定反馈 系统的稳定性 1938年苏联电气工程师A.B.米哈伊洛夫应 用频率法来研究自动控制系统的稳定性﹐ 提出著名的米哈伊洛夫稳定判据

自动控制理论的早期发展带动了其 它领域的发展
1.2
自动控制系统设计的基本知识
设计的主要任务和解决的问题
方案设计：具有符合要求的静态和动态特性
1.2.1
主要 任务
工程设计：在方案设计正确的基础上进行 ， 进行实际系统的选型
参数整定：P、I、D参数整定
安全性是指在生产过程中，要 保证人员的安全、设备的安全、 安全性 以及生态平衡和环境卫生的安 全。 越限报警、联锁保护、视频监视、
1.1.3
控制理论的形成
自动化技术的实际应用划分为自动化技术形 成、局部自动化和综合自动化三个阶段 自动化技术形成时期为 18 世纪末 ~20 世纪 30 年代 局部自动化时期是在 20 世纪 40~50 年代 ，期 间形成了经典控制理论 20 世纪 50 年代之后，是综合自动化阶段，出 现了各种复杂的控制系统，如：多环控制、 多变量控制、分级控制、集散控制系统等。

自动控制理论的早期发展过程

1892年俄国数学家李雅普诺夫发表了 《论运动稳定性的一般问题》的专著 。 以数学语言形式给运动稳定性的概念下 了严格的定义﹐给出了判别系统稳定的 两种方法
李雅普诺夫第一法


李雅普诺夫第二法
自动控制理论的早期发展过程
1925年英国电气工程师O.亥维赛把拉普拉斯 变换应用到求解电网络的问题上﹐提出了运 算微积分，求得瞬态过程 利用拉普拉斯变换描述线性定常系统或线性 元件的输入输出关系，就得到了传递函数 在传递函数基础上，发展了频率响应法 1927年美国贝尔电话实验室在解决电子管放 大器失真问题时，电气工程师H.S.布莱克从 电信号的角度引入了反馈的概念

详细设计
根据初步设计所确定的系统方案和系统构， 系统的软硬件系统进行具体详细的设计。 ① 系统功能块划分 ② 硬件设计 ③ 各功能块软件设计 ④ 辅助系统设计 ⑤ 系统离线调试与评价


程序控制、逻辑控制和自动机的思想同时得到了发展 1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出 程序控制的概念 1936年英国数学家图灵提出著名的图灵机﹐成为现代 数字电子计算机的雏形。图灵机定义可计算函数类﹐ 建立了算法理论和自动机理论。 1938年美国电气工程师香农和日本数学家中岛﹐以及 1941年苏联科学家В﹒И﹒舍斯塔科夫﹐分别独立地 建立了逻辑自动机理论﹐用仅有两种工作状态的继电 器组成了逻辑自动机﹐实现了逻辑控制
自动操舵机的稳定性问题 一些数学家尝试用微分方程来描述和分析系统的稳定 性问题。

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自动控制理论的早期发展过程
英国物理学家麦克斯韦，在1868年发表 了《论调速器》的文章，总结了无静差 调速器的理论，对控制系统进行了最初 的数字描述 俄国机械学家И﹒А﹒维什涅格拉茨基 1876年发表《论调节器的一般理论》的 文章﹐进一步总结了调节器的理论。 1877年英国数学家劳斯（E.J.Routh）提 出了著名的劳斯稳定判据 1895年德国数学家A.胡尔维茨提出著名 的胡尔维茨稳定判据
第一章 绪论
本章主要内容

自动控制系统的发展及技术现状(技术和理论)

自动控制系统设计的基本知识
1.1.1
自动控制系统的发展及技术现状
发展过程

自动控制技术的发展经历了机械自动化 机械、电气自动化的过程
古 代
中国，埃及和巴比伦等 汉朝 张衡 三国 公元1090年 苏颂 古埃及 希腊 自动计时漏壶 浑天仪和地动仪 指南车 水运仪象台 自动开启装置、自动洒圣 水的铜祭司、投币式圣水 箱、青铜小鸟
现场调试
资料归档
设计任务书 ① 工艺流程或对象特征 ② 重要工艺参数及指标要求 ③ 系统运行环境 ④ 特殊工艺要求 ⑤ 系统设计目标
详细设计 ① 系统功能块划分 ② 硬件设计 ③ 各功能块软件设计 ④ 辅助系统设计 ⑤ 系统离线调试与评价
现场安装调试 ① 系统现场安装 ② 现场调试 ③ 在线测试 ④ 系统最终评价 资料归档 ① 设计图纸整理 ② 评价结果整理 ③ 编写使用说明书 ④ 设计完成确认书
远程监控、安全栅等
解决的问题
稳定性
稳定性主要指系统的抗干扰能 力，在出现各种可预见的干扰 的情况下，系统都要保留一定 的稳定裕度
经济性是指节省投资、提高产 品产量质量、节能降耗、提高 经济效益和社会效益等
经济性
控制精度和响应速度
1.2.2
自动控制系统的工程设计流程
设计任务书
初步设计
详细设计
初步设计 ① 系统方案选择 ② 系统结构的确定 ③ 主要设备和装置的选择 ④ 性能价格比评价
系统设计流程图
设计任务书
设计任务书是控制系统设计、评价的主要 依据，在设计任务书中要明确： ① 工艺流程或被控对象特征 ② 主要工艺参数及指标要求 ③ 系统运行环境 ④ 特殊工艺要求 ⑤ 系统设计目标

初步设计
根据系统设计任务书，以及市场可入手的设备、装 置以及设计者自身所掌握的技术，对可能满足设计 任务书的各类系统及其特征进行分析后，选择有限 条件下的最合理方案，并进行有限实验评价，以便 于确定系统的最终结构
① 系统方案选择 ② 系统结构的确定 ③ 主要设备和装置的选择 ④ 性能价格比评价