《控制理论概要》课件

《控制理论概要》ppt课件REPORTING2023WORKSUMMARY目录CATALOGUE控制理论概述控制系统数学模型控制系统稳定性分析控制系统性能分析控制策略与应用控制工程案例分析PART01控制理论概述古典控制理论20世纪40年代至60年代，主要研究单输入单输出线性定常系统的分析和设计。现代控制理论20世纪60年代末至70年代，研究多输入多输出非线性时变系统的最优控制。智能控制理论20世纪80年代至今，基于人工智能和运筹学的控制理论和方法。控制理论的发展历程123接收输入信号，根据系统设定值和实际输出信号的差值，产生控制信号。控制器接受控制信号并产生输出信号的装置或系统。受控对象将输出信号反馈给控制器，形成闭环控制。反馈装置控制系统的基本组成开环控制系统无反馈环节，输入信号直接作用于受控对象。复合控制系统同时包含开环和闭环控制系统的控制系统。闭环控制系统有反馈环节，输出信号通过反馈装置反馈给控制器。控制系统的分类PART02控制系统数学模型线性时不变系统是控制理论中最基础的系统模型，具有线性特性和时不变性。线性表示系统输入和输出之间的关系是线性的，即输出等于输入的常数倍。时不变性表示系统的特性不随时间变化，即在不同时刻系统的传递函数相同。常见的线性时不变系统有RC电路、RL电路等。01020304线性时不变系统传递函数是描述线性时不变系统动态特性的数学模型，表示输出与输入之间的函数关系。方框图是描述系统动态行为的图形表示方法，由一系列的方框和箭头组成，每个方框表示一个环节，箭头表示信号的传递方向。通过方框图可以直观地了解系统的组成和信号的传递过程，便于分析和设计控制系统。传递函数与方框图03通过状态方程和输出方程可以描述系统的动态行为，便于进行系统的分析和设计。01状态空间模型是另一种描述控制系统动态行为的数学模型，它用状态变量和输入变量描述系统的动态特性。02状态变量表示系统内部的状态，输入变量表示外部对系统的激励。状态空间模型PART03控制系统稳定性分析稳定性定义如果一个系统受到扰动后能够回到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。平衡状态系统在没有受到外部作用力或力矩作用下的静止或匀速运动状态。扰动对系统施加的外力或力矩。稳定性定义劳斯-赫尔维茨稳定判据劳斯-赫尔维茨稳定判据是控制系统稳定性分析中常用的一种方法。如果系统的所有极点都位于复平面的左半部分，则系统是稳定的。它通过计算系统的极点和零点，来判断系统的稳定性。如果极点位于复平面的右半部分或等于零，则系统是不稳定的。奈奎斯特稳定判据它通过计算系统的开环频率响应，来判断闭环系统的稳定性。如果频率响应曲线穿越虚轴或位于复平面的右半部分，则系统是不稳定的。奈奎斯特稳定判据是通过分析系统的频率响应来判定系统稳定性的方法。如果系统的所有频率响应曲线都在复平面的左半部分，则系统是稳定的。PART04控制系统性能分析描述系统对输入信号的即时反应，包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量等。瞬态响应描述系统达到稳定状态后的输出，与系统的静态误差有关。稳态响应如阶跃响应的超调量、调节时间和振荡次数等，用于评估系统的动态性能。动态性能指标动态响应分析产生原因系统增益不足、系统类型（如积分、微分、比例等）和输入信号频率等。减小稳态误差的方法增加系统增益、引入适当的控制策略等。定义稳态误差是系统在输入信号作用下，系统输出与参考输入之间的长期偏差。稳态误差分析要求系统能够快速地响应输入信号的变化。快速性要求系统输出尽可能接近参考输入，减小稳态误差。准确性要求系统在各种工作条件下都能保持稳定运行，并具有一定的鲁棒性。稳定性和可靠性控制系统设计指标PART05控制策略与应用PID控制比例-积分-微分控制，通过调整三个参数实现系统控制。频率响应法通过分析系统的频率响应曲线，评估系统的稳定性和性能。根轨迹法通过绘制系统开环传递函数的根轨迹图，分析系统的稳定性。经典控制策略鲁棒控制针对不确定性系统设计的控制方法，提高系统对参数变化的适应性。自适应控制根据系统参数变化自适应调整控制器参数，实现系统最优控制。状态空间控制基于系统状态方程的控制方法，通过状态反馈实现系统最优控制。现代控制策略根据被控对象的特性和要求，选择合适的控制策略。适用场景比较各种控制策略的控制精度，选择最优的控制策略。控制精度评估各种控制策略的稳定性，选择稳定可靠的控制策略。稳定性考虑控制策略的计算复杂度，选择易于实现的控制策略。计算复杂度控制策略比较与选择PART06控制工程案例分析总结词通过温度传感器检测温度，控制器根据设定值与实际值的偏差来调节加热器或冷却器的开度，从而控制温度稳定在设定范围内。用于检测温度，将温度信号转换为电信号。接收温度传感器信号，与设定值进行比较，输出控制信号。根据控制信号调节开度，改变温度。人工设定的期望温度值。温度传感器加热器或冷却器设定值控制器案例一：温度控制系统液位传感器用于检测液位高度，将液位信号转换为电信号。总结词通过液位传感器检测液位高度，控制器根据设定值与实际值的偏差来调节水泵或阀门，从而控制液位稳定在设定范围内。控制器接收液位传感器信号，与设定值进行比较，输出控制信号。设定值人工设定的期望液位值。水泵或阀门根据控制信号调节开关状态，改变液位。案例二：液位控制系统0102总结词通过速度传感器检测电机转速，控制器根据设定值与实际值的偏差来调节电机的输入电压或电流，从而控制电机转速在