自动控制原理胡松涛 第一章

1、2022-5-29第一章自动控制的一般概念1Xian Polytechnic University自自 动动 控控 制制 原原 理理 电子信息学院控制系电子信息学院控制系 郭亚青郭亚青2022-5-29第一章自动控制的一般概念2 自动控制原理自动控制原理运运动动控控制制过过程程控控制制计计算算机机控控制制控控制制系系统统仿仿真真现现代代控控制制理理论论学科基础课！学科基础课！课程性质2022-5-29第一章自动控制的一般概念3获得自动控制系统的基本理论；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；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；具有初步的

2、系统实验基本技能；为设计自动控制系统打下坚实的基础。为设计自动控制系统打下坚实的基础。课程任务2022-5-29第一章自动控制的一般概念4理论理论性很强，同时注重结合性很强，同时注重结合工程工程实践。实践。微积分（含微分方程）微积分（含微分方程）电机与拖动电机与拖动模拟电子技术模拟电子技术线性代数线性代数电路理论电路理论信号与系统信号与系统自动控制理论自动控制理论复变函数、拉普拉斯变换复变函数、拉普拉斯变换大学物理（力学、热力学）大学物理（力学、热力学）课程特点2022-5-29第一章自动控制的一般概念5听听记记做做课程要求2022-5-29第一章自动控制的一般概念6总学时总学时8080，其中

3、理论，其中理论6868，实验，实验1212一、自动控制的一般概念（）一、自动控制的一般概念（） 二、控制系统的数学模型（）二、控制系统的数学模型（） 三、线性系统的时域分析法（三、线性系统的时域分析法（0 0）四、线性系统的根轨迹法（四、线性系统的根轨迹法（+2+2）五、线性系统的频域分析法（五、线性系统的频域分析法（1212） 六、线性系统的校正方法（六、线性系统的校正方法（6+26+2） 七、线性离散系统的分析与校正（七、线性离散系统的分析与校正（8 8）八、非线性控制系统分析（八、非线性控制系统分析（6+2+26+2+2） 课时安排2022-5-29第一章自动控制的一般概念7控制器控制器

4、减速器减速器电动机电动机电位器电位器浮子浮子用水开关用水开关Q2Q1cifSM1-1自动控制的基本原理与方式自动控制的基本原理与方式1-1.1自动控制技术及其应用自动控制技术及其应用(1)2022-5-29第一章自动控制的一般概念8l自动控制自动控制是指没有人直接参与的情况下，利用外加是指没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置的设备或装置（控制装置或控制器），（控制装置或控制器），使机器、设备或使机器、设备或生产过程生产过程（被控对象）（被控对象）的某个工作状态或参数的某个工作状态或参数（被控量）（被控量）自动地按照预定的规律自动地按照预定的规律（给定量）（给定量）运行。运行。l自动控制

5、系统自动控制系统被控对象控制器被控对象控制器l被控量被控量（输出量）（输出量）l给定量给定量（输入量）（输入量）l扰动量：扰动量：影响被控量影响被控量不希望，却无法避免。不希望，却无法避免。1-1.1自动控制技术及其应用自动控制技术及其应用(2)2022-5-29第一章自动控制的一般概念9公元前我国的自动计时漏壶公元132年张衡研制的候风地动仪1-1.2自动控制科学自动控制科学(1)2022-5-29第一章自动控制的一般概念10公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车 1-1.2自动控制科学自动控制科学(2)2022-5-29第一章自动控制的一般概念111-1.2自动控制科学自动控制科学(

6、3)17881788年英国年英国WattWatt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器 2022-5-29第一章自动控制的一般概念121913年美国建成最早的汽车装配流水线1952年美国MIT研制出第一台数控机床 1-1.2自动控制科学自动控制科学(4)2022-5-29第一章自动控制的一般概念131954年第一台工业机器人 1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功1-1.2自动控制科学自动控制科学(5)2022-5-29第一章自动控制的一般概念14装配机器人汽车自动焊接生产线1-1.2自动控制科学自动控制科学(6)2022-5-29第一章自动控制的一般概

7、念15自动立体仓库1-1.2自动控制科学自动控制科学(7)2022-5-29第一章自动控制的一般概念16注塑机自动搬运车1-1.2自动控制科学自动控制科学(8)2022-5-29第一章自动控制的一般概念17机器人足球比赛机器人足球比赛月球车月球车1-1.2自动控制科学自动控制科学(9)2022-5-29第一章自动控制的一般概念18机器人干活机器人干活机器人跳舞机器人跳舞1-1.2自动控制科学自动控制科学(10)2022-5-29第一章自动控制的一般概念191-1.2自动控制科学自动控制科学(11)无人驾驶汽车空中飞艇2022-5-29第一章自动控制的一般概念20哈勃望远镜特殊卫星中巴资源卫星控

8、制其准确地进入预定轨道运行并回收控制其准确地进入预定轨道运行并回收1-1.2自动控制科学自动控制科学(13)2022-5-29第一章自动控制的一般概念21按预定轨迹飞行1-1.2自动控制科学自动控制科学(14)2022-5-29第一章自动控制的一般概念22制导导弹制导导弹瞄准目标瞄准目标1-1.2自动控制科学自动控制科学(15)2022-5-29第一章自动控制的一般概念231-1.2自动控制科学自动控制科学(16) 搜索目标搜索目标2022-5-29第一章自动控制的一般概念241-1.2自动控制科学自动控制科学(17)n自动调节原理自动调节原理（20世纪以前世纪以前） 反馈理论反馈理论n经典控

9、制理论经典控制理论(20世纪初世纪初) 时域法时域法 复域法复域法(根轨迹法根轨迹法) 频域法频域法 n现代控制理论现代控制理论(20世纪世纪60年代年代) 线性系统线性系统 自适应控制自适应控制 最优控制最优控制 鲁棒控制鲁棒控制 最佳估最佳估计计 容错控制容错控制 系统辨识系统辨识 集散控制集散控制 大系统复杂大系统复杂系统系统n智能控制理论智能控制理论(20世纪世纪70年代年代) 专家系统专家系统 模糊控制模糊控制 神经网络神经网络 遗传算法遗传算法2022-5-29第一章自动控制的一般概念251-1.3反馈控制原理反馈控制原理(1)构成负反馈（形式）构成负反馈（形式）(2)按偏差控制（

10、实质）按偏差控制（实质）【理解【理解】 将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，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，达到利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除减小偏差、消除偏差偏差的目的。的目的。2022-5-29第一章自动控制的一般概念261-1.4反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成2022-5-29第一章自动控制的一般概念27电压电压放大放大功率功率放大放大SMSMi if f负载负载n n + +- -u u0 0u ua a+ +- -电压放电压放大大功率放功率放大大电动机电动机u ua au u0 0n n方框图：方框图：

11、一般形式一般形式：控制器控制器被控对象被控对象给定量给定量被控量被控量1-1.5自动控制系统基本控制方式（开环控制）自动控制系统基本控制方式（开环控制）2022-5-29第一章自动控制的一般概念28闭环控制闭环控制电电压压放放大大功功率率放放大大SMSM负载负载n n + +- -u u0 0u ua a+ +- -TGTGu ut tu ue e+ +- -电压电压放大放大功率功率放大放大电动电动机机u ua au u0 0n n方方框框图图电电位位器器测速电机测速电机u ue eu ut t被控量被控量控制器控制器被控对象被控对象给定量给定量检测装置检测装置2022-5-29第一章自动控制

12、的一般概念29被控量控制器被控对象给定量检测装置补偿装置被控量控制器被控对象给定量检测装置补偿装置扰动量按输入补偿按输入补偿按扰动补偿按扰动补偿复合控制复合控制2022-5-29第一章自动控制的一般概念30按扰动补偿复合控制按扰动补偿复合控制电压放大功率放大SM负载n n u u0 0u ua au ue eTGu ut t+ +- -电压放大RiubuRucuvn功放电动机u0测速电机补偿装置负载转矩压放u ue eu ut tuvuRubu ua auc2022-5-29第一章自动控制的一般概念311-3自动控制系统的分类自动控制系统的分类开环控制开环控制闭环控制闭环控制复合控制复合控制按控制按控制方式分方式分机械系统机械系统电气系统电气系统机电系统机电系统液压系统液压系统气动系统气动系统 生物系统生物系统按元件按元件类型分类型分按系统按系统性能分性能分线性系统线性系统非线性系统非线性系统连续系统连续系统定常