南京理工大学+自动控制原理+讲义

2020/4/27
第一章自动控制的一般概念
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课程性质
学科基础课！
控
现
计
制
代
运
过
算
系
控
动
程
机
统
制
控
控
控
仿
理
制
制
制
真
论
自动控制原理
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第一章自动控制的一般概念
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课程任务
➢获得自动控制系统的基本理论； ➢掌握分析和综合自动控制系统的基本方法； ➢具有初步的系统实验基本技能； ➢为设计自动控制系统打下坚实的基础。
第一章自动控制的一般概念
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举例7：雷达技术
Leabharlann Baidu
——搜索目标
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第一章自动控制的一般概念
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自动控制理论的发展
自动调节原理（19世纪以前）
反馈理论
经典控制理论(19世纪初)
时域法、复域法 (根轨迹法)、 频域法
现代控制理论(20世纪60年代)
线性系统、自适应控制、最优控制、鲁棒控制、最佳估计、容 错控制、系统辨识、集散控制、大系统复杂系统
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第一章自动控制的一般概念
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课程特点
——理论性很强，同时注重结合工程实践。
信号与系统 电路理论 电机与拖动
复变函数、拉普拉斯变换 模拟电子技术
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
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第一章自动控制的一般概念
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课程要求
听 记 做
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LC
d
2uo (t ) dt 2
RC
duo (t ) dt
uo
(t)
ui
(t)
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2－1控制系统的时域数学模型
智能控制理论(20世纪70年代)
专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法 总之，自动控制理论是研究自动控制系统组成，进行系统
分析与设计的一般性理论。是研究自动控制过程共同规律的技
术学科。
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第一章自动控制的一般概念
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开环控制
+电
u0
压 放
-大
功+
率 放
ua
if
大-
n
SM
负载
u0 电压
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2－1控制系统的时域数学模型
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1.线性元件的微分方程(1)
例:图示RLC无源网络，列出u以i (t) 为输入量，以uo (t)
为输出量的网络微分方程。
解：
di(t ) L dt Ri(t ) uo (t ) ui (t )
i(t ) C duo (t ) dt
消去中间变量，得：
ut 测速电机
u0 电
功
压 ue 放 uv
大
uc 率 ua 放
大
R
n
SM
负载
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i
ub
电压 放大
uR
ut +
TG
-
第一章自动控制的一般概念
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自动控制系统的组成
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第一章自动控制的一般概念
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自动控制系统的分类
按控制 方式分
开环控制 闭环控制 复合控制
按元件 类型分
机械系统 电气系统 机电系统 液压系统 气动系统 生物系统
➢自动控制系统＝被控对象＋控制器
➢被控量（输出量）
➢给定量（输入量）
➢扰动量:①影响被控量②不希望，却无法避免。
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第一章自动控制的一般概念
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举例2：蒸汽机调速器
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第一章自动控制的一般概念
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举例3：飞机俯仰角控制示意图
给定电位器
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第一章自动控制的一般概念
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ut
测第一速章自电动机控制的一般概念
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复合控制
给定量
补偿装置
被控量
控制器 被控对象
检测装置
按输入补偿
给定量
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补偿装置 控制器
扰动量 被控量
被控对象
检测装置
按扰动补偿
第一章自动控制的一般概念
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按扰动补偿复合控制 ub 补偿装置 uR 负载转矩
u0 ue 压放 uv uc 功放 ua 电动机 n
• 2-1 控制系统的时域数学模型(2) • 2-2 控制系统的复域数学模型(2) • 2-3 控制系统的结构图(4)
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2－1控制系统的时域数学模型
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2-1 控制系统的时域数学模型
• 1.线性元件的微分方程 • 2.控制系统微分方程的建立 • 3.线性系统的特性 • 4.线性定常微分方程的求解 • 5.非线性元件微分方程的线性化 • －－切线法或小偏差法
方框图：
放大
功率 ua 电动 n
放大
机
一般形式：给定量
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控制器
被控量 被控对象
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闭环控制 给定量
u0 + 电
ue
压 放
-大
功+
率 放
ua
大-
控制器
被控对象 被控量
检测装置
n
SM
负载
ut +
TG
-
方 电 u0 ue 电压
功率 ua 电动 n
框位
放大 放大
机
图器
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第一章自动控制的一般概念
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举例1：水位控制系统
控制器
Q1
浮子
c
电位器
减速器
用水开关
Q2
电动机
SM
if
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第一章自动控制的一般概念
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自动控制基本概念
➢自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利 用外加的设备或装置（控制装置或控制器）， 使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个 工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的 规律（给定量）运行。
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
闭环(反馈)控制系统的特点：
(1) 构成负反馈（形式上） (2) 偏按差控制（实质上）
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第一章自动控制的一般概念
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第二章 控制系统的数学模型(8)
反馈电位器
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举例4：人造地球卫星
中巴资源卫星
哈勃望远镜－特殊卫星
——控制其准确地进入预定轨道运行并回收
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第一章自动控制的一般概念
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举例5：无人驾驶飞机
——按预定轨迹飞行
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第一章自动控制的一般概念
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举例6：我国研制的地空导弹
制导导弹 ——瞄准目标
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按系统 性能分
线性系统 非线性系统 连续系统 离散系统 定常系统 时变系统 确定性系统
不确定性系统
按参据量 恒值控制系统 变化规律分 随动系统
程序控制系统
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第一章自动控制的一般概念
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对自动控制系统的基本要求
稳定性 快速性 准确性
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第一章自动控制的一般概念
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重点：负反馈原理
第一章自动控制的一般概念
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学时安排
总学时80，其中理论68，实验12 一、自动控制的一般概念（２） 二、控制系统的数学模型（８） 三、线性系统的时域分析法（１0） 四、线性系统的根轨迹法（８） 五、线性系统的频域分析法（12） 六、线性系统的校正方法（10） 七、线性离散系统的分析与校正（10） 八、非线性控制系统分析（8）