自动控制理论全套课件
自动控制理论 ppt 详解
代数式 极坐标式 指数式
A( )
1
2T 2 1
∠G(jω)=－arctanTω
j
＝∞
0 ＝ 100 ＝5
＝0 1 ＝1
＝3 ＝2
2. 对数频率特性曲线（Bode 图）
由对数幅频曲线和对数相频曲线组成，是工程中广泛应用的一组曲线。
对数幅频曲线的横坐标采用对数分度lg(ω), 单位为弧度/秒（rad/s） 对数幅频曲线的纵坐标是对幅值 用 L()=20lgA(ω) 进行线性分度， 单位是分贝(dB) 。 对数相频特性图的纵坐标则对相 角进行线性分度，单位为度（o）, 仍用 ( )表示。
（红色线）
j 0
幅相曲线
L(ω)=-20lgω φ(ω)=-90o
L
20
0
1
两重积分 G( j ) ( j )2
（蓝色线）
1
0 0.1 -20
10 20 dB dec
0 -90
-180
40 dB dec
L 20 lg
1
G j 180
对于某一特定频率 ω下的G(jω)总可以用复平面上的一个向量与之对 应，该向量的长度为A(ω)，与正实轴的夹角为(ω)。
例：RC电路的幅相频率特性。
Uo ( j ) 1 1 G( j ) Ui ( j ) 1 RCj 1 Tj
ui
R C uo
G(jω)=R(ω)+jI(ω) =|G(jω)|∠G(jω) =A(ω)ejφ(ω)
§ 5.1 频率特性
§5.1.1 频率特性的基本概念
例：RC 电路如图所示，ui(t)=Asinωt, 求uo(t)=?
自动控制理论课件(PPT 31张)
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
Science Citation Index
科学引文索引
Eugene Garfield 尤金· 加菲得 “SCI之父”
Science, 122(3159), p.108-11, July 1955.
电气与自动化工程学院
12
研究生专业外语
引文
在文献甲中提到或描述了文献乙，并以文后参考 书目或脚注的形式列出了文献乙的出处，其目的在于 指出信息的来源、提供某一观点的依据、借鉴陈述某 一事件（实）等。这时，便称文献乙为文献甲的引文， 称文献甲为文献乙的引证文献。引文通常也称为被引 文献或参考文献，引证文献通常也称为来源文献。
xt ( ) e ut ( ) K K K K e ( t ) e I I ( t ) e
式中
8
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
作业：某系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵为
0.009 0.265 0 9 .8 0 6 .8 0e5 .67e4 0.91 1 0 6 .70e6 8 5 .96e4 5 .02 1 .1 0 0 4 .47e6 A 0 0 1 0 0 0 150 0 150 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .0 4 6 4 2 .2 4 1 1 B= 0 0 0 6 .2 3 8 5 e 6 2 .5 2 3 0 e 9 1.0 3 5 1 e 9 0 0 0
基于LQR的跟踪控制问题
前述LQR为状态调节器问题，主要实现状态调节， 利用LQR方法实现对参考输入的跟踪控制。
基本思路：将跟踪控制问题转换为状态调节器问题。
《自动控制理论》课件
1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。
6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。
设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。
6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。
七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。
自动控制理论课件ppt课件
闭环
开环
（反馈） （前馈）
复合
定值
程序
随动
线性
非线性
电动
气动
液动
连续
离散
第四节 对自动控制系统的基本要求
控制系统性能指标评价
稳定性
稳态性能
动态性能
前馈控制方案举例
补水流量
优点： 调节速度快； 结构简单，造价低。 缺点： 抗干扰能力单一； 调节品质难以保证。
用水流量
第一章 绪论
第一节 概述 第二节 自动控制系统的一般概念 第三节 自动控制系统的分类 第四节 对自动控制系统的基本要求
第一节 概 述
自动控制理论—设计、分析与应用自动控制系统的基础理论知识。
自动控制系统—在无人直接参与的前提下，实现生产过程自动化的所有设 备的整体。
“自动控制”所涉及到的领域—遍及工业生产、军事、航空航天及日常生 活的每一个领域，还有替代实施规范操作的机器人
学习 “自动控制理论”课程最终所要达到的目的
➢ 掌握“全面评价自动控制系统控制水平”的能力； ➢ 了解“改善系统性能”的基本方法； ➢ 了解“设计满足用户要求的自动控制系统”的基本思路。
主要内容及承上启下的关系
本课程设计到的基础理论知识
自动控制系统应用实例
相关概念：
1、开环顺序控制 系统
2、闭环控制系统
给定值
测量值
控制信号
控制量
执行器
检测变送器
干扰 被调量被控对象ຫໍສະໝຸດ 关注负反馈自动控制系统的共性:
组成 --- 设备、信号的名称。调节机理 ---依据偏差调节，消除偏差为目的。
第三节 自动控制系统分类
类别
按系统结构分类 按给定值特性分类 按系统模型特征分类 按执行机构特性分类 按系统传输信号形式分类
自动控制原理(全套课件)
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
自动控制原理课件全套教程
自动控制原理课件全套教程目录一、基本概念与术语 (3)1.1 自动控制的基本概念 (5)1.2 自动控制系统的组成 (6)1.3 自动控制系统的分类 (7)二、控制系统的数学模型 (8)2.1 系统微分方程的建立 (10)2.2 系统传递函数的推导 (11)2.3 系统的频率特性 (12)三、控制系统的时域分析 (13)3.1 系统的稳定性分析 (15)3.2 系统的动态性能分析 (15)四、控制系统的频域分析 (17)4.1 频率特性的图形表示 (19)4.2 频率特性的性能分析 (19)4.3 系统的稳定性判定 (21)五、控制系统的校正与设计 (22)5.1 系统的静态校正 (23)5.2 系统的动态校正 (25)5.3 控制系统的工程设计方法 (27)六、控制系统仿真与计算机辅助设计 (29)6.1 控制系统仿真概述 (31)6.2 仿真软件的应用 (32)6.3 计算机辅助设计在控制系统中的应用 (34)七、经典控制理论及应用 (36)7.1 串联校正与并联校正 (37)7.2 比例、积分、微分控制器 (38)7.3 控制系统的工程实现 (39)八、现代控制理论简介 (41)8.1 最优控制理论 (42)8.2 线性系统理论 (44)8.3 非线性系统理论 (45)九、控制系统的应用与实例分析 (47)9.1 工业自动化中的控制系统应用 (49)9.2 交通运输中的控制系统应用 (50)9.3 生物医学工程中的控制系统应用 (52)十、课程总结与展望 (54)10.1 课程内容回顾 (54)10.2 自动控制技术的发展趋势 (56)10.3 个人学习与发展建议 (57)一、基本概念与术语在自动化工程领域，自动控制原理是研究如何实现系统的自动化运行和远程监控的科学。
为了更好地理解这一领域，我们需要先明确一些基本概念和术语。
自动控制系统：自动控制系统是一种能够实现对生产过程或设备进行自动调节和控制的网络系统。
自动控制原理完整版课件全套ppt教程
1.1 自动控制系统的基本概念
相关概念说明
1. 被控对象 2. 被控量 3. 控制器 4. 控制量
5. 参考输入量 6. 偏差信号
7. 反馈 8. 测量元件 9. 比较元件 10. 定值元件 11. 执行元件 12. 扰动信号
1.1 自动控制系统的基本概念
1.1 自动控制系统的基本概念
1.2 自动控制系统的组成与结构
6. 按照系统输入输出端口关系分类 单入单出控制系统 多入多出控制系统
图1-10 自动控制系统输入输出端口关系示意图
1.4 自动控制系统分析与设计的基本要求
1.4.1 自动控制系统分析与设计的基本要求
1. 稳定性 2. 准确性 3. 快速性
1.4 自动控制系统分析与设计的基本要求
1.4.1 自动控制系统分析与设计的基本要求
的高次幂或乘积项的函数。如 就是非线性函数。
dd 2( 2 y t)tx(t)dd (ty )ty(t)y2(t)x(t)
1.3 自动控制系统的分类
4. 按照系统参数是否随时间变化分类 定常控制系统 时变控制系统
5. 按照系统传输信号的分类
1.5 自动控制理论的内容与发展
自动控制理论根据其发展过程可以分为以下三个阶段：
3. 智能控制理论阶段
20世纪70年代至90年代
智能控制理论的研究以人工智能的研究为主要方 向，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。
高等教育 电气工程与自动化系列规划教材
自动控制原理
高等教育教材编审委员会 组编 主编 吴秀华 邹秋滢 郭南吴铠 主审 孟 华
1.2 自动控制系统的组成与结构
1.2 自动控制系统的组成与结构
1.3 自动控制系统的分类
自动控制理论绪论PPT课件
第29页/共32页
曲柄的滑动头 驱动电机
硬盘 轴心
滑动曲柄
磁道a
电机
17
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＋ ＋
输出角度
－
同位仪 电压和功率放大器
直流电动机 炮身
输入角度
图1-10 地空导弹跟踪系统示意图
18
第18页/共32页
＋ ＋
输出角度
－
同位仪 电压和功率放大器
直流电动机 炮身
输入角度
图1-10 火炮跟踪系统示意图
工作原理： 同位仪是误差检测装置，输入信号是火炮跟踪目标 的监测角度，反馈装置把炮架转动的角度送入同位仪，放大 装置输出相应的偏差信号，使直流电动机带动火炮的炮架转 动，如此直至反馈的角度信号与输入的角度信号相等时，放 大装置的输出功率为零，电动机停止转动。由于火炮的目标 是飞行物体，因此系统的输入角度必须根据实际目标方位随 时调整，所以火炮跟踪系统是一个随动系统。
返回
5
输入量 控制器
输出量 执行器
图1-4 开环控制系统示意图
• 缺陷：由于系统周围环境的变化会给系统造成干扰，开环控制系统的输出量不 可能精确地对应于输入量，因此开环系统不具备克服输出量与输入量之间的偏差 的能力，它的准确性和稳态精度都不高。如果系统输入量再随时间变化，而系统 的被控对象一般都存在惯性，所以不可能瞬时完成对输入量的响应。——抗干扰 能力差
19
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连续系统和离散系统
连续系统——系统各个组成环节的输入、输出信号都是时间 连续信号。
➢ 一般采用微分方程作为分析连续系统的数学工具。
上面所举的恒值调节系统和随动系统的例子都属于连续 控制系统。
离散系统——系统各个环节的输入、输出信号都是离散信
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自动控制理论
第二章
按输入输出信号数量分类
单输入单输出系统（单变量系统）
特征：输入输出变量仅有一个。
多输入多输出系统
特征：输入输出变量多于一个。
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长安大学信息工程学院
自动控制理论
第二章
按系统结构和参数的确定性分类
确定系统
特征：系统的结构和参数是确定的、已知的，系统的 输入信号也是确定的，可以用解析式或图表确切表示。
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自动控制理论
第二章
第三节 自动控制理论概要
一、对自动控制系统的要求
• 稳定性要求
• 快速性要求 • 准确性要求
二、自动控制理论研究的问题
• 自动控制建模问题
• 控制系统分析 • 控制系统设计
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自动控制理论
第二章
三、控制系统建模问题
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自动控制理论
第二章
第二节 自动控制系统的类型
自动调整系统
特征：输入信号为常数 典型系统：液位、温度、压力、流量控制 程序控制系统 特征：输入信号为预知的随时间变化函数 典型系统：热处理炉控制系统、镜片固化炉温度控制、 程序控制机床、灌装生产线、自动生产流水线。 随动系统（伺服控制系统） 特征：输入信号未知的随时间变化任意函数 典型系统：鱼雷飞行、炮瞄雷达、火炮自动瞄准、导 弹制导。
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自动控制理论
第二章
电机调速控制系统 电位器 放大 功率放大
负载
电机
输入量
控制器
控制量
被控对象
输出量
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自动控制理论
第二章
开环系统的特点：
A、只有正向作用，没有反馈作用； B、控制精度取决于元器件的精度和系统调整 精度； C、没有抑制内、外干扰的能力； D、系统结构简单、成本低。 闭环系统结构及其特点 定义：既有正向作用，又有反馈控制作用的 控制系统。 举例：电机调速控制系统
自动控制理论
方框图
自动控制理论
信息工程学院
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自动控制理论
第二章
第一章 引
课程特点
1、 它是一门专业基础课 高等数学 积分变换 其它专业课程 2、理论实践相结合
论
自动控制理论 现代控制理论
理论性非常强但又和实际应用紧密结合
3、内容广泛
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测量元件
自动控制理论
第二章
家用空调系统框图的简化 温度设定 控制指令 比较 比较单元 测量元件 控制单元 执行机构
反馈
控制器
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控制对象
控制对象
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自动控制理论
第二章
1、什么叫系统？ 为了完成某项任务、按一定规律组成、具有一 定功能的整体。 2、什么叫控制系统？ 使被控对象的一个或多个物理量能够在一定精 度范围按照给定的规律变化的系统。 3、控制系统的两种基本形式及特点 两种基本形式：开环 闭环 开环系统结构及其特点： 定义：只有正向作用，没有反馈控制作用的控 制系统。 举例：电机调速控制系统
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自动控制理论
第二章
电位器
比较器
Hale Waihona Puke 放大功率放大测速电机 误差信号
输入量
负载
电机
控制输出量 被控对象
比较
控制器 测量电路
输出量
反馈量
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自动控制理论
第二章
闭环系统的特点
A、既有正向作用，又有反馈控制； B、控制精度与元件精度、控制方法、调整精度 有关，控制精度较高； C、有抑制干扰的能力； D、结构复杂，成本相对较高。
不确定系统
特征：系统的结构和参数是不确定的或，系统的输入 信号是不确定的。
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自动控制理论
第二章
按系统微分方程分类
集中参数系统
特征：能用常微分方程描述
分布参数系统
特征：至少有一个环节需要用偏微分方程 描述。
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自动控制理论
第二章
第一节 开环控制和闭环控制
一、什么是控制系统？ 举例：家用空调控制器 功能：使房间的温度控制在人体比较舒适的范 （对象、物理量、控制设备） 系统组成： 房间 交换设备 压缩机 控制单元 传感器 控制板
控制对象
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执行机构
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自动控制理论
第二章
学习自动控制理论的重要性
1、本课程是自动化专业承上启下的课程 2、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。 3、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和 方法 4、学分较多
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自动控制理论
第二章
按系统传递的信号分类
连续系统
特征：系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函 数，一般用微分方程描述。
离散系统
特征：在信号传递过程中，至少有一处的信号是脉冲 序列或数字编码。
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• 描述方法 • 建立方法
传递函数 理论推导、实验法
四、自动控制系统分析
• 分析基础 • 分析内容 • 分析工具
系统传递函数 稳定性、稳态、暂态 手工计算、计算机软件
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自动控制理论
第二章
本课程学习方法
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 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
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第二章
按描述元件的动态方程分类
线性系统
特征：元件是线性的、系统运动方程可用线性微 分方程或差分方程描述
非线性系统
特征：系统中含有至少一个非线性元件、系统运 动方程需用非线性方程或差分方程描述。 典型非线性：饱和、死区、继电器、传动间隙。