控制系统设计

4、通信系统的控制，包括电话系统、移动电话、及互联网； 控制系统调节在发射机与中继器中的信号功率电平，管理 （操纵）网络邮件路由设备的信息包缓冲器，并且提供适 合的噪声消除，对传输线特性的变化作出反应。
自动控制技术未来发展方向
从பைடு நூலகம்究手段、方法和途径的角度看
1、对符号和连续动力学两者兼具的系统控制
下一代系统将把逻辑操作与连续量结合起来。当 今的理论对这样的系统，特别是我们大型系统测 量没被处理调谐得很好。
教学基本要求： 掌握分析控制系统误差的方法，并且能够熟练进行系统误差分配； 能够熟练地进行典型伺服系统负载分析与计算； 合理选择控制方案、伺服电机、检测装置、功率放大及减速装置； 熟悉掌握伺服系统的工程建模方法； 掌握伺服系统动态综合设计方法； 了解PWM直流伺服系统的组成、控制电路、功率转换电路的选择与 保护、开关频率选择和动态设计； 熟练掌握伺服系统调试与试验方法。
4、 控制运算法的自动综合，带有综合证实与验证 未来的工程系统将需要迅速地设计、重新设计， 以及执行控制软件的能力。研究人员需要研发更 强有力的设计工具使整个控制设计过程从模型到 回路硬件仿真，包括系统级软件的验证与确认， 全部自动化 。
5、不可靠的部件建造非常可靠的系统，即使当个别 的部件失效时，大多数大工程系统必须继续工作。 这需要设计允许系统重新自动配置自己，以便使 它的性能逐渐地而不是突然地降低。
5、信息与网络
通信网络的迅速发展为控制提供巨大的机会和挑战。 可把它们粗略地分为两个主要领域：网络的控制和控 制网络。
网络是迄今最大的反馈控制系统。网络的控制是 一个大的范围，包括拥塞控制，邮件路由，数据存储 和动力管理。这些控制问题的几个特征使他们非常富 于挑战性。
另一个是控制问题的分散本质：局部与全局。由 时变延迟使稳定性问题复杂化。状态可能经常地不可 预见地变化。
右图 硬盘驱动系统
下图 无缆水下机器人
上图 我国第一艘深潜打捞
救生器
某型猎雷声纳稳定平台系统
仿真技术
多自由度平台
1)可以作为航空飞行模拟器，能够在地面条件下复现模拟 控制飞行的各种状态。 2)可以作为机器人的模拟运动机构，能够完成普通机器人 不易完成或不能完成的某些运动。 3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机，诸如UFO，航空航 海旅行模拟器等。 4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器 设备的试验。多自由度转台可以展现各类运载器的摇摆、 回转和平移等运动。
• 自动控制技术的发展离不开背景对象。 • 技术的进步是不断推动控制学科发展的动力。
自动控制技术的发展历程
反馈控制系统
瓦特离心调速器
火炮随动系统
59式100毫米高炮配用59-01型指挥仪和瞄5型雷达， 主要用于对付12千米以内的水陆空目标。火炮有自 动、手动瞄准方式。
左图 可遥控的自动驾驶仪的波音777飞机
机器人技术和智能机械是指包括带有类似人类行为的机械的 发展的应用集合。然而早期的机器人包括有轮的和有腿的机 器可能进行机器人竞赛和行星探测，无人飞行器的监视和搏 斗，及给医生提供新能力的医学装置。未来的应用将包括增 强自治权和增加同人类和同社会的相互作用。控制是在所有 这些应用里的一个中心要素并且在将要发展的下一代智能机 器的发展中更加重要。
3、生物学和医学
在多种水平的组织中，从分子的到细胞的到生物 的直到一个人，生物学变得更易于接近工程中常用的 方法：数学建模、系统理论、计算及综合的抽象方法。 相反地，随着生物科学发展步伐的加速，预示着在人 造系统里重要的实际应用的新设计原理。在生物学和 工程界面的协同增效，提供了在这两个领域中迎接挑 战的前所未有的机会。控制的原理是生物学工程大多 数关键问题的重点，并且将在这个领域的未来中扮演 一个启动角色。
从目前信息技术的发展来看，由于已 经产生了一个允许用户相互交换信息的全 球化因特网，这将产生更多的与物理环境、 无线或有线交互作用。因而，下一个阶段 的信息技术的革命和控制技术的发展必然 是通信、计算和控制的汇集。
结束语
1、控制领域有着丰富的历史和强有力的成功 纪录，它深深影响着在商业、军事及科学上的 应用。数学的严格使用传统及强有力的与应用 相互作用、相互结合，已经产生出一套在多种 技术中使用的理论和方法。未来产生影响的机 会甚至比过去更多。
上图：双轴艇体摇 摆台，主要用于艇 体摇摆仿真实验。
下图：三轴跟踪转台，与成像制导信 息处理器配接，由信息处理输出为目 标方位、俯仰误差信号，驱动转台跟 踪指定目标。可以作测滚运动，模拟 导弹在空中飞行的姿态变化。
上图：三轴飞行仿真转台。主 要用于惯测系统的标定、检测 与实验，具设有位置、速率、 摇摆、仿真等功能。
2、高级协调和自治
反馈正在越来越多地设计到企业的决策系统中， 这包括提供一系列管理与后勤、领空管理与空中 交通管制，以及军事指挥与控制系统。鲁棒控制 系统的分析、设计过程必须扩展到这些更高水平 的决策系统。
3、分布式的、异步的、网络环境中的控制
遍布于多个计算元的控制，通过基于信息包的通 讯相互连接，为保证稳定性，效能及鲁棒性将要 求新的形式。
谢谢各位！
自动控制理论的发展
• 麦克斯维尔引入微分方程开始对系统进行研究 • 维斯聂格拉斯基结合蒸汽机的特性，指出正确选
择参数，可以保证系统稳定
• 劳斯提出代数稳定判据 • 胡尔维茨是第一个用理论指导和实现控制系统设
计的人
• 布莱克首次应用负反馈概念实现控制系统设计 • 尼可尔斯提出PID的整定方法
• 鲁里叶研究具有非线性的控制问题 • 波波夫提出稳定性理论 • 庞特里亚金提出极大值原理——最优控制 • 60年代，状态空间法诞生——现代控制理论 • 70年代，现代频域法——螺旋式发展 • 80年代，提出控制的鲁棒性——现代后控制理论 • 90年代，控制理论发展呈现多元化格局
未来发展的5个主要领域
1、航空、航天、航海与运输
航空、航天、航海与运输包含一个非常重要的应用领域集合， 其中，控制是一项关键的启动技术。这些应用领域代表现代世 界的全部科技能力的一个重要部分。它们也是它的经济力量的 主要的部分，而且它们非常有助于它的人民的幸福。控制在这 些应用领域中的历史角色。
2、机器人技术和智能机械
4、材料及加工
材料、加工制造业的运转过程需要先进的信息和制造过程 控制技术持续引入。工业必须保持低成本、可靠、最好的用 户服务下交付产品的全球能力。这些新技术领域包括例如电 子，化学，生物材料薄膜加工领域中的纳米技术，以及为提 供一系列管理和企业资源分配设计的集成微系统。在这些领 域中对新发展的盈利是巨额的，而且在从半导体、医药制品 及大量材料产业的将来发展中，控制的使用是关键的。
最重要的或许是那些具有控制思想的个人， 他们吸纳了系统观念，在复杂的工程系统的建 模、分析、设计和测试上可担当技术领导。
综上所述，控制技术必须在充分发挥自身 优势和借鉴其它领域的发展成果，并不断 进行改进和创新，才能在未来的竞争中获 得更快、更大的发展。
展望新的世纪，控制技术将会面对更大的、 新的机遇与挑战，我们对控制技术的发展 前景充满信心。
成就及影响
1、适合于运载器的控制系统，包括飞机、舰船、导弹、运 载火箭和人造卫星；这些控制系统提供了在大的环境情况 下和系统不确定的情况下稳定的跟踪。
2、制造业中的控制系统，从汽车到集成电路；计算机控制 的机器提供高质量、高成品率要求的部件和产品精确的定 位和装配.
3、工业过程控制系统，尤其在碳氢化合物和化学加工工业 方面；这些系统通过监控数以千计传感器信号，并对数以 百计的阀门、加热器、泵及其它的传动装置做出相应的调 节，以保持高的产品质量。
考试形式：闭卷考试或完成答辩形式的课程设计
选用教材： 现代伺服系统设计 哈尔滨工程大学出版社 刘胜、彭侠夫 2001年
自动控制技术的发展历程 及未来发展方向
厦门大学信息科学与技术学院 彭侠夫
报告内容
前言 自动控制技术的发展历程 自动控制技术未来发展方向 结束语
前言
• 什么是自动控制？
自动控制是指机器或装置在无人干预情况下自动进行操作，它是 围绕着工业生产的需要而形成和发展起来的，已广泛应用于人类 社会的各个方面。 控制系统是指这样一种装置，它通过计算和反馈去修改一个系统 的行为。
2、通讯、计算和感知技术的普遍深入将启 动控制的很多新的应用，但也将要求当今的 理论和方法有相当可观的发展。控制界必须 涵括新的、信息丰富的应用，并把现有的概 念推广应用到决策的更高水平的系统中。随 着新的、远期领域对控制技术的开放，该领 域接下来的十年将会是硕果累累的。
3、对控制研究投资的回报是实质性的。它们 包括对可靠、有效及鲁棒地运作系统的成功开 发，可能通过生产过程的先进控制取得新材料 和装置。通过控制技术的使用，增加对物理和 生物学系统的理解。
控制系统设计
课程性质：专业主干课 学时/学分：54/3 授课时间：第七学期 授课专业：自动化 先修课程：自动控制原理、电机与拖动、微机原理、电路基础、 模拟与数字电路、液压传动与控制、自动控制元件 课程目的与任务： 本课程是一门基础与工程实践密切相结合的专业课程。其特点是 所涉及的知识面宽、实践性强。通过本课程的学习，使学生了解 和掌握一般反馈控制系统的设计方法、步骤，了解和掌握控制系 统的调试、试验研究知识，使学生获得分析、解决实际控制系统 设计问题的能力。
六柱六自由度摇摆转台
减摇水舱二自由度摇摆台
下左图：三轴多功能模拟转台。主要用于惯导系统的位置、速 率与摇摆等试验。
下右图：三轴多功能转台。具有位置、速率、摇摆、伺服等功 能，惯性系统及惯性元器件测试。
下图：双轴伺服转台，该转台具有位 置、速率、自动阶跃翻滚等功能，主 要用于高精度测试各种二自由度陀螺 漂移。