第一章 自动控制的一般概念

1、成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论自动控制原理自动控制原理讲讲 述述 人人 ：付克昌：付克昌 联系方式：航空港校区金工楼联系方式：航空港校区金工楼102102室室EmailEmail： 教师课件：网络教学平台教师课件：网络教学平台- -自动控制原理自动控制原理 用户名：学号用户名：学号 初始密码：学号初始密码：学号成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论课程性质课程性质：学科基础、必修。：学科基础、必修。学时安排学时安排：自动控制原理（：自动控制原理（6464学时，理论教学学时

2、，理论教学5656学时，实验学时，实验8 8学时）、学时）、现代控制理论（现代控制理论（3232学时（学时（24+824+8）作业作业：知识型作业，工程应用型作业和计算机仿真作业。：知识型作业，工程应用型作业和计算机仿真作业。成绩评定成绩评定： 期末卷面：期末卷面：60%60%（闭卷考试）（闭卷考试） 平时表现：考勤、课堂表现平时表现：考勤、课堂表现5%5%、作业、作业10%10%、实验、实验25%25%课程导论课程导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论本课程与其它课程的关系本课程与其它课程的关系自动控制原理自动控制原理电机与拖动电

3、机与拖动模拟电子技术模拟电子技术线性代数线性代数微积分（含微分方程）微积分（含微分方程）复变函数、拉普拉斯变换复变函数、拉普拉斯变换电路理论电路理论大学物理（力学、热力学）大学物理（力学、热力学）电力电子技术电力电子技术各类专业课、线性系各类专业课、线性系统、现代控制理论统、现代控制理论课程导论课程导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论教材：教材： 胡寿松主编胡寿松主编 自动控制原理基础教程自动控制原理基础教程（第（第3版）版） 科学出版社科学出版社参考书：参考书： Richard C.Dorf Richard C.Dorf 现代控

4、制系统现代控制系统（第（第8 8版）版） 高教出版社高教出版社 王划一主编王划一主编 自动控制原理自动控制原理 国防工业出版社国防工业出版社 胡寿松主编胡寿松主编 自动控制原理习题集自动控制原理习题集（第（第2 2版）版） 科学出版科学出版社社 黄忠霖著黄忠霖著 控制系统控制系统MATLABMATLAB计算及仿真计算及仿真 国防工业出版社国防工业出版社 刘坤主编刘坤主编 MATLABMATLAB自动控制原理习题精解自动控制原理习题精解国防工业出版国防工业出版社社本课程主要学习资料本课程主要学习资料成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论本

5、课程研究的主要内容本课程研究的主要内容课程导论课程导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1-1 1-1 自动控制的基本原理自动控制的基本原理1-21-2 自动控制系统示例自动控制系统示例1-3 1-3 自动控制系统的分类自动控制系统的分类1-41-4 自动控制系统的基本要求自动控制系统的基本要求1-5 1-5 自动控制系统的分析与设计工具（自学）自动控制系统的分析与设计工具（自学）n 本章主要内容本章主要内容成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制

6、系统导论n 本章学习要求本章学习要求1 1、明确什么叫自动控制、自动控制系统、负反馈原、明确什么叫自动控制、自动控制系统、负反馈原理等基本概念理等基本概念2 2、正确理解三种控制方式，特别是、正确理解三种控制方式，特别是闭环控制闭环控制3 3、掌握绘制系统方块图的方法、掌握绘制系统方块图的方法4 4、了解系统的分类，特别是线性与非线性系统区别、了解系统的分类，特别是线性与非线性系统区别5 5、明确对自动控制系统的要求：稳、准、快、明确对自动控制系统的要求：稳、准、快第一章第一章 控制系统导论控制系统导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统

7、导论一、例一、例: 液位控制系统液位控制系统1.1 自动控制的基本原理自动控制的基本原理液位控制液位控制成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论进水进水出水出水水池水池控制器控制器电动阀门电动阀门变送器变送器成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论二、基本概念二、基本概念1. 1. 自动控制自动控制 P1P1 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装在没有人直接参与的情况下，利用外加的

8、设备或装置（称置（称控制装置或控制器控制装置或控制器），使机器、设备或生产过），使机器、设备或生产过程（统称程（统称被控对象被控对象）的某个工作状态或参数（即）的某个工作状态或参数（即被控被控量量）自动地按照预定的规律运行。）自动地按照预定的规律运行。被控对象被控对象 - - 被控制的具体的机器、设备或被控制的具体的机器、设备或生产过程，是系统的主体。生产过程，是系统的主体。控制装置控制装置 - - 除去被控对象以外的具有测量、除去被控对象以外的具有测量、计算、放大和执行功能的部分。计算、放大和执行功能的部分。注意注意成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制

9、系统导论控制系统导论2. 2. 自动控制系统自动控制系统 P1P1 为实现各种复杂的控制任务，将被控对象和控制装为实现各种复杂的控制任务，将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体。置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体。被控被控对象对象执行装置执行装置控制器控制器测量装置测量装置比较环节比较环节参考输参考输入量入量偏差偏差测量值测量值输出量输出量控制量控制量扰动量扰动量操纵量操纵量广义对象广义对象控制装置控制装置自动控制系统方块图自动控制系统方块图成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论一些基本术语（变量、通道）一

10、些基本术语（变量、通道）被控量（输出量）：被控量（输出量）：指被控对象的输出。指被控对象的输出。控制量：控制量：指控制器施加给广义对象的控制信号。指控制器施加给广义对象的控制信号。输入：输入：指输入到控制系统中的信号指输入到控制系统中的信号, ,包括参考输入和扰动。包括参考输入和扰动。参考输入：参考输入：指系统给定的输入信号（给定量）。指系统给定的输入信号（给定量）。扰动：扰动：指外界或系统内部影响系统输出的干扰信号。指外界或系统内部影响系统输出的干扰信号。偏差：偏差：参考输入与反馈信号（测量值）之间的差值。参考输入与反馈信号（测量值）之间的差值。前向通道：前向通道：指从输入端沿箭头方向到输出

11、端的传输通道。指从输入端沿箭头方向到输出端的传输通道。反向通道：反向通道：指从输出端到输入端的反方向通道。指从输出端到输入端的反方向通道。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论3.3.方块图（方块图（原理框图原理框图）（1 1） ：元件：元件（2 2） ：信号（物理量）及传递方向：信号（物理量）及传递方向（3 3） ：比较点（信号叠加）：比较点（信号叠加）（4 4） ：引出点（分支、信号强度）：引出点（分支、信号强度） （5 5）+/- +/- ：符号的意义（正、负反馈）：符号的意义（正、负反馈）成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工

12、程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论工作原理输入输出被控对象 中间环节信号传递( (自动控制系统自动控制系统方块图方块图的绘制的绘制) )控制系统控制系统关键点：关键点：成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论4.4.反馈控制原理反馈控制原理 P2P2反馈控制实质：按偏差进行控制的过程反馈控制实质：按偏差进行控制的过程反馈反馈：指取出输出量送回到输入端并与输入量相比指取出输出量送回到输入端并与输入量相比 较产生偏差的过程。较产生偏差的过程。 反馈方式反馈方式：正反馈和负反馈。正反馈和负反馈。反馈控制反馈控制: : 将系

13、统的将系统的输出量输出量反送到输入端，与输入量反送到输入端，与输入量相比较产生偏差；根据相比较产生偏差；根据偏差偏差调整控制量；根据控制量调整控制量；根据控制量驱动执行器操作，实现控制目标。驱动执行器操作，实现控制目标。负反馈负反馈指偏差越来越小，控制目的是指偏差越来越小，控制目的是减小或消除减小或消除偏差偏差成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1 1给定元件：给定元件：产生给定量或输入量、期望量。产生给定量或输入量、期望量。2 2测量元件：测量元件：测量输出量，产生反馈量。为便于传输，反馈量通常为电量。测量输出量，产生反馈量。为便于

14、传输，反馈量通常为电量。 3 3比较元件：比较元件：对输入量和反馈量进行比较，产生偏差。对输入量和反馈量进行比较，产生偏差。4 4放大元件：放大元件：对偏差进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现对偏差进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现 控制功能。控制功能。5 5执行元件：执行元件：直接对被控对象进行操纵的元件，如电动机、液压马达等。直接对被控对象进行操纵的元件，如电动机、液压马达等。6. 6. 校正元件：校正元件：用以改善系统控制质量的装置。用以改善系统控制质量的装置。三三 、反馈控制系统的基本组成、反馈控制系统的基本组成 P5成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程

15、学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论请问：教学过程方块图？请问：教学过程方块图？成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1、转台速度控制、转台速度控制- -开环控制开环控制控制装置控制装置放大器放大器执行机构执行机构直流电机直流电机过程过程转台转台期望速度信号期望速度信号（电压）（电压）实际速度实际速度(b)(b)框图模型框图模型DC motorSpeed settingDC amplifierBatterySpeed四四 、自动控制系统

16、基本控制方式、自动控制系统基本控制方式 P5成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论开环控制系统（开环控制系统（Open-loop control system）: : 在没有反馈的情况下，利用执行机构直接控制被控对象的在没有反馈的情况下，利用执行机构直接控制被控对象的控制系统。控制系统。1 1）按给定量控制：）按给定量控制：信号由给定量至输出量单向传递。信号由给定量至输出量单向传递。2 2）按扰动控制（顺馈）：）按扰动控制（顺馈）：通过对扰动量的测量产生控制作用，以补通过对扰动量的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。偿扰动对输出

17、量的影响。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论2、转台速度控制、转台速度控制- -反馈控制反馈控制控制装置控制装置放大器放大器执行机构执行机构直流电机直流电机过程过程转台转台期望速度信号期望速度信号（电压）（电压）实际速度实际速度(b)(b)框图模型框图模型检测环节检测环节转速计转速计- -+ +测得的速度信号测得的速度信号（电压）（电压）Speed settingSpeedBatteryDC motorTachometerDC amplifier成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制

18、系统导论 对输出量进行测量，将此测量信号反馈，并与预期的输对输出量进行测量，将此测量信号反馈，并与预期的输入量进行比较，产生偏差，按偏差大小实施控制，使系统变入量进行比较，产生偏差，按偏差大小实施控制，使系统变量之间保持预定关系的控制系统。量之间保持预定关系的控制系统。 整个控制过程成为闭合过程，因此反馈控制系统也称整个控制过程成为闭合过程，因此反馈控制系统也称闭闭环控制系统环控制系统。综上所述综上所述闭环控制系统的工作原理：闭环控制系统的工作原理：检测输出量的实际值；检测输出量的实际值；将输出量的实际值与输入量进行比较得出偏差；将输出量的实际值与输入量进行比较得出偏差；用偏差值产生控制调节作

19、用去消除偏差，使得输出量维持期用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。望的输出。反馈控制系统（反馈控制系统（Close-loop control system）: :成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论水温调节系统工作原理图水温调节系统工作原理图3、水温调节系统、水温调节系统- -复合控制复合控制成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论水温调节系统方块图水温调节系统方块图成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制

20、系统导论复合控制：复合控制：成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论例：炉温控制系统例：炉温控制系统成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论炉温控制系统方块图炉温控制系统方块图成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论u分类方法很多，一般组合应用。例如：分类方法很多，一般组合应用。例如：按控制方式分：按控制方式分：开环控制开环控制闭环控制闭环控制复合控制复合控制1.3 自动控制系统的分类自动控制系统的分类思考？思考？开环控制、闭环

21、控制、复合控制在结构、开环控制、闭环控制、复合控制在结构、工作机理、性能、成本上有何差别工作机理、性能、成本上有何差别按元件类型分：按元件类型分：机械系统、电气系统等机械系统、电气系统等按系统功用分：按系统功用分：温度控制、位置控制等温度控制、位置控制等成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1 1、按信号传递路径划分、按信号传递路径划分1 1）开环控制）开环控制2 2）闭环控制）闭环控制3 3）复合控制）复合控制2 2、按给定信号的特征划分、按给定信号的特征划分1 1）恒值控制系统）恒值控制系统2 2）随动控制系统）随动控制系统3 3）

22、程序控制系统）程序控制系统例如：液位控制系统例如：液位控制系统例如：火炮自动瞄准系统例如：火炮自动瞄准系统例如：机床数控加工系统例如：机床数控加工系统u控制系统中通常如何分类？控制系统中通常如何分类？控制理论研究的重点是信息的传递和转换，因此以系控制理论研究的重点是信息的传递和转换，因此以系统信息为出发点进行分类，如下：统信息为出发点进行分类，如下：成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论3 3、按系统数学模型、按系统数学模型1 1）线性系统）线性系统2 2）非线性系统）非线性系统线性系统：线性系统：系统各元件输入输出特性是线性的，系系统

23、各元件输入输出特性是线性的，系统的状态和性能可以用线性微分（或差分）方程来统的状态和性能可以用线性微分（或差分）方程来描述，其突出特点是：描述，其突出特点是：满足叠加原理满足叠加原理。非线性系统：非线性系统：系统中只要存在一个非线性的元件，系统中只要存在一个非线性的元件，系统就用非线性方程来描述，系统就用非线性方程来描述，通常在一定条件下线通常在一定条件下线性化处理性化处理。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论4 4、按信号传递的连续性划分、按信号传递的连续性划分1 1）连续系统）连续系统2 2）离散系统）离散系统连续系统：连续系统：

24、特点特点是系统中各元件的输入输出信号都是是系统中各元件的输入输出信号都是时间连续的函数（工程上称为模拟量），其运动状态时间连续的函数（工程上称为模拟量），其运动状态一般用微分方程来描述。一般用微分方程来描述。离散系统：离散系统：系统中总有至少一处信号是脉冲序列系统中总有至少一处信号是脉冲序列（采样序列）或数码形式，其运动状态一般用差分（采样序列）或数码形式，其运动状态一般用差分方程来描述。方程来描述。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论5 5、按系统输入输出信号的数量划分、按系统输入输出信号的数量划分1 1）单变量系统（）单变量系统（

25、SISOSISO）2 2）多变量系统（）多变量系统（MIMOMIMO）单变量系统：单变量系统：从系统外部变量来说的，给定输入量是单一的，从系统外部变量来说的，给定输入量是单一的，响应也是单一的。响应也是单一的。是经典控制理论的主要研究对象，以传递是经典控制理论的主要研究对象，以传递函数为基本数学工具，讨论线性定常系统的分析和设计问题。函数为基本数学工具，讨论线性定常系统的分析和设计问题。多变量系统：多变量系统：系统有多个输入量和多个输出量，系统有多个输入量和多个输出量，是现代控制是现代控制理论的主要研究对象，以状态空间法为数学基础，讨论多变理论的主要研究对象，以状态空间法为数学基础，讨论多变量

26、、变参数、非线性、高精度等控制系统的分析和设计问题量、变参数、非线性、高精度等控制系统的分析和设计问题。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1 1、稳定性：、稳定性：基本要求基本要求 要求系统要稳定要求系统要稳定1.4.1 1.4.1 基本要求基本要求：“稳、准、快稳、准、快”输输入入信信号号响响应应1.4 自动控制系统的基本要求自动控制系统的基本要求成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论2 2、准确性：、准确性：稳态要求稳态要求不稳定系统，没有必要讨论准确性不稳定系统，没有必

27、要讨论准确性偏差：偏差：0 0偏差：偏差：0.50.5系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论不稳定系统，没有必要讨论快速性不稳定系统，没有必要讨论快速性缓慢收敛，稳定缓慢收敛，稳定快速收敛，稳定快速收敛，稳定3 3、快速性：、快速性：动态要求动态要求 系统阶跃响应的过渡过程平稳，快速系统阶跃响应的过渡过程平稳，快速成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论注意：注意： “ “稳、准、快稳、准、快”相互制约，不同性

28、质的系统，对相互制约，不同性质的系统，对稳、准和快的要求各有侧重，如：恒值系统对稳、准和快的要求各有侧重，如：恒值系统对“稳、稳、准准”要求严格，随动系统对要求严格，随动系统对“快快”要求严格，具体设要求严格，具体设计时要折中考虑。计时要折中考虑。综上所述，对自动控制系统的要求，在时域中综上所述，对自动控制系统的要求，在时域中一般可归纳为：一般可归纳为：要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量；瞬态要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量；瞬态响应过程具有一定的快速和平稳性；系统最终响应的响应过程具有一定的快速和平稳性；系统最终响应的准确度在工程允许的范围内。准确度在工程允许的范围内。成都信息工程学院成都

29、信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论 000ttRtr )(R R=1=1时，称为单位阶跃时，称为单位阶跃信号，用信号，用1(1(t t ) )表示表示 或用或用(t t ) )表示表示-1012345-1012345Step Signaltr(t)阶跃信号：阶跃信号：含宽频带谐波分量，产生容易，是含宽频带谐波分量，产生容易，是最常用系统性能测试信号。最常用系统性能测试信号。1.4.2 1.4.2 典型外作用典型外作用1 1、阶跃信号阶跃信号 (Step Signal)(Step Signal)成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第

30、一章第一章 控制系统导论控制系统导论2 2、斜坡信号、斜坡信号(Ramp Signal)(Ramp Signal) 0 00ttRttr )(当当R R=1=1时，则称为时，则称为单位斜坡信号单位斜坡信号 -20246-20246Ramp Signaltr(t)斜坡信号：斜坡信号：为匀速信号，适于测试匀速系统。为匀速信号，适于测试匀速系统。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论3 3、加速度信号（抛物线信号、加速度信号（抛物线信号(Parabolic Signal)(Parabolic Signal)） 0 00t )(tRttr221

31、当当R R=1=1时，则称为时，则称为单位加速度信号单位加速度信号 抛物线信号：抛物线信号：为匀加速信号，适于测试为匀加速信号，适于测试匀加速系统匀加速系统成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论4 4、脉冲信号、脉冲信号(Impulse Signal)(Impulse Signal)1(-)1( lim)(0000t-tttRtrt 当面积当面积R=1R=1时就得理想时就得理想的单位脉冲信号的单位脉冲信号( (亦称亦称( (t t ) ) 函数函数) )。 脉冲信号：脉冲信号：可用于测试系统抗冲击能力可用于测试系统抗冲击能力成都信息工程

32、学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论5 5、正弦信号、正弦信号(Sin Signal)(Sin Signal) 0 00tttAtr sin)( A A为幅值为幅值 T T为周期，为周期， =2=2/ /T T为角频率为角频率 正弦信号：正弦信号：为单频率信号，适于测试系统频率特性为单频率信号，适于测试系统频率特性成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论本章教学要求本章教学要求1 1、明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控、明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控制装置和自

33、动控制系统等概念；制装置和自动控制系统等概念；2 2、正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；、正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；3 3、初步掌握由系统原理图画方块图的方法，并能正确判断、初步掌握由系统原理图画方块图的方法，并能正确判断系统的控制方式；系统的控制方式；4 4、明确系统常用分类方法；、明确系统常用分类方法；5 5、明确对自动控制系统的基本要求，正确理解三大性能指、明确对自动控制系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。标的含义。作业作业：习题：习题：1-11-1、1-21-2成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论成都信

34、息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-控制原理实验室控制原理实验室 6111实际运行情况：实际运行情况：自动控制原理课程实验、自动控制原理课程实验、Matlab仿真类实验仿真类实验成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-运动控制实验室运动控制实验室 6112倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统对象：倒立摆（单级、二级）对象：倒立摆（单级、二级）检测元件：光电编码器检测元件：光电编码器执

35、行器：伺服电机执行器：伺服电机控制器：运动控制卡控制器：运动控制卡实际运行情况实际运行情况：演示实验、毕业设计演示实验、毕业设计成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论运动控制实验室运动控制实验室 61126112实验室介绍实验室介绍-运动控制实验室运动控制实验室 6112成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-过程控制实验室过程控制实验室 6110成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论是工业现场控制的缩

36、影是工业现场控制的缩影对象：对象：液位控制：线性（单容水箱、双容水箱，非线性（圆形水箱）；液位控制：线性（单容水箱、双容水箱，非线性（圆形水箱）；温度控制：（锅炉）温度控制：（锅炉）检测元件：流量计、压力传感器检测元件：流量计、压力传感器执行器：电磁阀、变频器执行器：电磁阀、变频器控制器：仪表、控制器：仪表、DDC、 PLC、现场总线、现场总线实验室介绍实验室介绍-过程控制实验室过程控制实验室 6110成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-过程控制实验室过程控制实验室 6110实际运行情况：过程控制类实验、毕业设计

37、实际运行情况：过程控制类实验、毕业设计成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-电气工程实验室电气工程实验室 6108成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-电气工程实验室电气工程实验室 6108实际运行情况：实际运行情况：电力拖动、运动控制系统、自动控制系统、电力系统工程基础、电力拖动、运动控制系统、自动控制系统、电力系统工程基础、电力电子技术等课程实验、毕业设计电力电子技术等课程实验、毕业设计成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院

38、控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-电气工程实验室电气工程实验室 6108实际运行情况：实际运行情况：电力系统继电保护、配电网自动化等课程实验、毕业设计电力系统继电保护、配电网自动化等课程实验、毕业设计成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实验室介绍实验室介绍-机器人创新实验室机器人创新实验室6106成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论实际运行情况：实际运行情况：机器人竞赛类：机器人竞赛类： 国际国际FIRA、ROBOCUP 足球机器人竞赛、

39、机器人灭火竞赛、足球机器人竞赛、机器人灭火竞赛、机器人足球竞赛、机器人创新竞赛等。机器人足球竞赛、机器人创新竞赛等。专业课程教学：专业课程教学： 面向对象程序设计、运动控制系统、智能控制、机器人工程、面向对象程序设计、运动控制系统、智能控制、机器人工程、机器人设计制作、大学生科技创新设计、毕业设计等。机器人设计制作、大学生科技创新设计、毕业设计等。实验室介绍实验室介绍-机器人创新实验室机器人创新实验室6106成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论控制理论与技术发展简况控制理论与技术发展简况成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控

40、制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论300BC 300BC 古希腊人发明的浮球调节装置古希腊人发明的浮球调节装置; ;800AD 800AD 古代阿拉伯人利用浮球进行水钟控制古代阿拉伯人利用浮球进行水钟控制; ; 1086AD 1086AD 苏颂发明的水运仪象台。苏颂发明的水运仪象台。Temple DoorTemple DoorWater ClockWater Clock水运仪象台水运仪象台控制理论与技术发展简况控制理论与技术发展简况成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论1788 1788 英国英国 J. Watt J. W

41、att 用离心式调速机构控制蒸汽机的速度用离心式调速机构控制蒸汽机的速度; ;1840 1840 英国英国 G.B.AriyG.B.Ariy首次用微分方程研究控制系统讨论了反馈首次用微分方程研究控制系统讨论了反馈系统的不稳定系统的不稳定; ; 1868 1868 英国英国 J.C.Maxwell J.C.Maxwell 发表了发表了“On Governors” On Governors” 一文一文, ,系统系统分析了反馈控制系统的稳定性问题；分析了反馈控制系统的稳定性问题；1877 E.J.Routh1877 E.J.Routh和和A.Hurwitz 1895A.Hurwitz 1895年分别

42、建立了年分别建立了“Routh-Routh-Hurwitz Stability CriteriaHurwitz Stability Criteria；1892 1892 俄国俄国 A.M.Lyapunov A.M.Lyapunov 完成博士论文完成博士论文“论运动稳定性的一论运动稳定性的一般问题般问题”。控制理论与技术发展简况控制理论与技术发展简况成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院第一章第一章 控制系统导论控制系统导论19271927年年 美国美国H.S. BlackH.S. Black提出放大器性能的提出放大器性能的负反馈方法负反馈方法 (Negative Feedback Amplifier)(Negative Feedback Amplifier)1932 1932 美国美国H.NyquistH.Nyquist提出了基于极坐标图的频率域的稳定性判据提出了基于极坐标图的频率域的稳定性判据; ;1938 1938 美国美国H.W