哈工大考研自动控制课件

哈工大考研自动控制课件目录自动控制概述自动控制系统基础线性时不变系统分析控制系统的设计与优化控制系统的实现与应用哈工大考研自动控制真题解析01自动控制概述定义与特点定义自动控制是一种通过自动调节、控制和监督装置，使被控制对象按照预定的规律运行的过程。特点自动控制能够减少人为干预，提高工作效率和精度，降低能耗和减少环境污染。提高生产效率自动控制系统能够快速、准确地完成重复性任务，提高生产效率。保障产品质量自动控制系统能够减少人为因素对产品质量的干扰，提高产品质量。保障生产安全自动控制系统能够在危险环境中代替人工操作，保障生产安全。促进科技进步自动控制技术的发展推动了相关领域的科技进步，促进了社会的发展。自动控制的重要性自动控制理论的发展可以追溯到20世纪初，经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。历史随着计算机技术、通信技术和传感器技术的发展，自动控制技术得到了迅速发展，广泛应用于工业、农业、军事、航空航天等领域。发展自动控制的历史与发展02自动控制系统基础控制器用于接收输入信号，根据系统设定产生输出信号，控制执行机构。执行机构根据控制器输出的信号，驱动被控对象进行相应的动作。传感器用于检测被控对象的参数变化，并将检测到的信号传输给控制器。调节机构用于调整被控对象的参数，以实现系统的稳定和性能优化。系统结构与组成03复合控制系统同时包含开环和闭环控制系统的特点，能够实现更复杂、精确的控制要求。01开环控制系统输入信号通过控制器直接控制执行机构，不涉及传感器和反馈环节。02闭环控制系统输入信号通过传感器、控制器和执行机构，形成一个闭环反馈回路，能够实时监测被控对象的参数变化并进行调整。系统分类稳定性系统在响应输入信号或扰动时，能够快速达到稳定状态的能力。快速性准确性抗干扰能力01020403系统在面对外部干扰时，能够保持稳定运行的能力。系统在受到扰动或输入信号变化时，能够保持稳定运行的能力。系统输出信号与设定值之间的误差大小，误差越小准确性越高。系统性能指标03线性时不变系统分析建立系统的微分方程根据系统的物理特性和输入输出关系，建立线性时不变系统的微分方程。传递函数表示将微分方程转换为传递函数的形式，以便进行系统的分析和设计。状态空间模型对于多输入多输出系统，建立状态空间模型，以便进行更全面的系统分析和控制设计。系统的数学模型030201通过计算系统的极点和零点，利用劳斯稳定判据判断系统的稳定性。劳斯稳定判据通过绘制系统的Nyquist曲线，利用Nyquist稳定判据判断系统的稳定性。Nyquist稳定判据通过绘制系统的根轨迹图，观察系统的极点变化，判断系统的稳定性。根轨迹法系统的稳定性分析一阶系统分析分析一阶系统的动态性能，如响应时间、超调和调节时间等。二阶系统分析分析二阶系统的动态性能，如阻尼比、自然频率和响应时间等。高阶系统分析对于高阶系统，通过主导极点法简化系统，分析其动态性能。系统的动态性能分析系统误差分析分析系统的稳态误差，包括定位误差、稳态跟踪误差等。系统稳态性能指标根据系统稳态输出与期望输出的偏差，计算系统的稳态性能指标，如误差积分、稳态误差等。系统的稳态性能分析04控制系统的设计与优化控制系统的定义控制系统是一种通过反馈机制，使被控量等于给定值的系统。控制系统的分类控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。控制系统的基本组成控制系统由控制器、受控对象、执行器、传感器等部分组成。控制系统设计概述经典控制理论设计方法基于传递函数和频率响应的分析，通过稳定性、快速性和准确性等指标进行系统设计。现代控制理论设计方法基于状态空间模型的分析，通过最优控制、鲁棒控制等方法进行系统设计。智能控制理论设计方法基于人工智能和机器学习的技术，通过自适应控制、模糊控制等方法进行系统设计。控制系统设计方法线性规划法通过线性约束和目标函数，寻找最优解的方法。非线性规划法通过非线性约束和目标函数，寻找最优解的方法。遗传算法基于生物进化原理的优化算法，通过种群进化寻找最优解的方法。模拟退火算法基于物理退火原理的优化算法，通过随机搜索寻找最优解的方法。控制系统优化方法05控制系统的实现与应用控制器作为控制系统的核心，控制器负责接收输入信号，根据控制算法计算输出信号，驱动执行机构。常见的控制器有模拟控制器和数字控制器，如PLC、DSP等。执行机构执行机构是控制系统的输出部分，负责将控制器的输出信号转换为实际动作，如电机、阀等。传感器传感器负责检测被控对象的参数变化，并将检测到的信号转换为控制器可以处理的输入信号。通讯接口控制系统中的各个组件需要通过通讯接口进行数据交换，常见的通讯接口有串口、CAN总线等。控制系统的硬件实现软件测试与调试在软件实现过程中需要进行测试和调试，以确保软件功能的正确性和稳定性。控制算法控制算法是控制系统的核心，负责根据输入信号和系统参数计算输出信号。常见的控制算法有PID控制、模糊控制等。软件开发环境为了实现控制系统软件，需要选择合适的软件开发环境，如MATLAB/Simulink、CodeSys等。编程语言根据控制系统的需求和开发环境，选择合适的编程语言进行软件开发，如C、C、Python等。控制系统的软件实现工业自动化在工业生产过程中，控制系统被广泛应用于各种设备和生产线，以提高生产效率和质量。交通运输在交通运输领域，控制系统用于列车、地铁、船舶和汽车的自动驾驶、调度和监控等，以提高运输效率和安全性。航空航天在航空航天领域，控制系统用于控制飞行器的姿态、轨迹和发动机工作状态等，以确保飞行安全。农业自动化在农业领域，控制系统用于自动化种植、灌溉、施肥和收割等，以提高农业生产效率和降低劳动成本。控制系统在各领域的应用06哈工大考研自动控制真题解析2015年真题主要考察了自动控制的基本原理、控制系统稳定性分析、控制系统设计等知识点。2016年真题重点考察了现代控制理论、线性离散系统分析和非线性控制系统等内容。2017年真题增加了对控制系统状态空间分析、最优控制和自适应控制等知识点的考察。历年真题解析重点自动控制的基本概念、控制系统稳定性分析、控制系统设计及实现。要点一要点二难点现代控制理论、非线性控制系统分析、最优控制及自适应控制等知识点。考试重点与难点解析