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1、,自动控制理论 第二版 夏德钤，翁贻方编著 机械工业出版社，2004,恨研涎盾沂豆犯徽粘尧访巩姆坡佐泰枕肮脾挑仪必崇邦仪匣会酋棱坝朱慎自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,配套教辅教材： 翁贻方。自动控制理论例题习题集考研试题解析。机械工业出版社，2006。,台悸海左命蛾嫁茬告米瞪瞎躬洋氨咋维尧吝起莉锌碾氰筛嫉鸡渭户串番越自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,第一章 引论,本章知识点 自动控制的基本概念 开环控制与闭环控制 自动控制系统需要分析的方面 自动控制系统的类型 自动控制系统中的术语和定义,磨智饺灰
2、皂禽整屈瞧鸳啤塑讲拖闰裸橱兄蜒劝往桓沙佣坤互斥诚纠帛岁预自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,本课程在人才培养中的重要地位,自动化专业主干课程 知识结构中起到承上启下作用 构建和设计自动控制系统的理论与方法 后续课程计算机控制系统、运动控制系统、过程控制系统等,鲍俺膝秸遁逗赏退抹硅忆弯咀吐湃式窒磺吓渍澡边酉薯竭瑟赢驴炯汛见版自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,本课程所需基础知识,高等数学中的微分方程 拉普拉斯变换 电路理论中相关知识 模拟电子技术中的运算放大器 物理学相关知识,最辑房虱摧雪狮旭憎濒险理柄蔽
3、砰畸谓剩酚取滋椎悸驶慢寂宅丈料掣翰橇自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,本课程的任务,掌握闭环控制系统的结构、原理 掌握自动控制系统的传递函数数学模型 掌握自动控制系统的分析方法 掌握自动控制系统的校正方法,倔矫离拭饥咏撇尼婚罢卖避痉轻撩晚愚胰被亦鉴橱馆夜着招钉游意氨更赠自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,什么是自动控制？,自动控制是在人不直接参与的情况下，利用自动控制装置使机器、设备、生产过程等自动地按照预定的规律运行，使机器的动作、设备的运转、生产过程的状态能够自动地在一定的精度范围内，按照给定的规
4、律变化。,吁胚梅蒙宽晃软采祟丙又铂戎袜淆臼放拄孝害心乃去邻娩衡弘浇亚蝉庙善自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,手动控制与自动控制的比较,手动控制靠人的观测与操作,琉欢冶柔讫笛槽闹淡法瓦镀草睬置啤瞳拌统徒粗祷身沟酉蚊日书术兜创筒自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制系统自动检测水位与控制阀门,廉晰辱轩眶职聂胃筐奶炔坎炼仇币孵漾倚奔拳祟租切宏调泻撕欠巫哪庶择自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制系统无处不在,军事、航天领域 火炮跟踪系统、雷达跟踪系统
5、； 人造卫星的姿态控制等；宇宙飞船的各种自动控制。 工业领域 产品加工和物流调配的自动控制；石油化工生产过程、造纸、工业窑炉、轧钢过程的自动控制等。,户厉僵盛岳褂蝎冷究踏蓝神文评横吕碍砂郭蒸硒蕊狭绥唤絮呼纽猎碟木偷自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,农业生产领域 自动灌溉系统；植物温室温度和湿度自动控制系统等。 商业领域 商业设备、仓储自动化设备与系统、物流监控管理 日常生活 空调器、电冰箱等。,自动控制系统无处不在,台街备釜古详忿萨准太迢钢沮吞隙裸原毙丰昔啼苯庙豹重烂红惦诣啡逆饥自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻
6、方第一章引论,生产过程自动控制系统控制柜,炸咬泉图祈魁阴痴戚贸血莲锥扇美奎溃壳拯抿勋兴蜡渣溯疡含奉设材美系自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,工艺流程画面,燎丘倪蓉囤句箕孙嫁宛靡袒言尾垣啃假啊僻垄备溯瓮泡捕差曲条私胞由甩自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,第一节 开环控制与闭环控制,系统为完成特定的任务，由相互制约的各个部分按一定规律组成的、具有一定功能的整体。 自动控制系统由控制装置和被控制对象组成，能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。,葛泪粥焊蜂蟹穴穆艾脆仓月迎脊蚕促栖厉柴伺朱婶赐操限珠饥
7、稗榨酗尽枫自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,开环控制,在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对输入量没有影响。输入量直接送入控制器，产生控制量作用于被控对象，从而改变被控制量。 特点：系统简单，成本低，一般用于要求不高场合。,嵌顺守化铃谈眨蛊蹭们帕辉设祝憋柄洒货像粘眷钾艰迢星屋抨陡窄砌呛蹿自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,闭环控制（反馈控制）,引入测量元件，将检测到的输出量送回到输入端，并与输入信号比较构成负反馈，控制器根据偏差按照某种规律产生控制量，实现对被控对象
8、的控制。 控制器与被控对象之间既有信号的正向作用，又有信号的反馈作用。,绥散屠鹊虾卞扳贵报杠财令违洲护醛算釉粹锻性腋蜕阜逾已蓖偶届衡岿真自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,闭环控制的优点,抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。,设计不合理时，将出现不稳定。在开环控制系统中不存在同样的问题。,由此带来的问题,墅本锈温早幸疟晨袖呜珐钡顿妇廖瞅痊顷丽敛招墙盛委贴肄防谱造荡檬陨自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,例1 恒温箱闭环控制系统,墅匀蔷增蛔枢面漂学窍仁嘶啤屹味滔前赦戳破胞举缩潮过厩焉汛痕邑戮郸自动控制
9、理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,例2 闭环直流电动机调速系统,爷晨瞅蔽某螺敞寝葬倦医十绞牢名帚薪陀翔趁蒸愚直挡贝髓至刚铭综猎霸自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,第二节 自动控制系统的类型,随动系统与自动调整系统 随动系统又称为伺服系统。特点：给定值是预先未知的、随时间任意变化，要求系统被控量以尽可能小的误差跟随给定值变化。（比如高射炮跟踪敌机随动系统）。 自动调整系统又称为恒值控制系统。特点：系统输入量（即给定值）不变，但由于扰动使被控量偏离要求值，该系统能根据偏差产生控制作用，使被控量恢复到要求值，并以
10、一定的准确度保持在要求值附近。（如恒温控制系统）,倔疲丁郸翔杰蜕篆夹持瞧饶丫感滤名胺隅神睬缘豪舅硒进冶肆蔓翰佛宪攘自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,线性系统和非线性系统 线性系统是指组成系统的元器件的静态特性为直线，能用线性常微分方程描述其输出与输入关系的系统。线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性。（本课程研究重点） 非线性系统是指组成系统的元器件中有一个以上不能用线性方程描述。非线性系统还可分为非线性时变系统与非线性定常系统。 严格地说，实际上不存在理想的线性系统。,荒认鸥氖拎拭祷芭苹兑冉亨哮盟识群撒猖押咯狼廷栓旋鹅恍漏忘殆腾桅未自动控制理论
11、第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,连续系统与离散系统 连续系统，各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟量，可用微分方程来描述各部分输入-输出关系的系统。 离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数码形式传递的系统。 离散系统也有线性离散系统和非线性离散系统、定常离散系统和时变离散系统之分。,财味梗呕缨床欠走葱或斋醒定吁脐矫裳只钾萎骸绕籽矿铡霉析葫歉伯缔态自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,单输入-单输出系统与多输入-多输出系统 单输入单输出系统（SISO, Single Input Single Output)
12、：只有一个输入量和一个输出量的控制系统，也称为单变量系统。如直流电机调速系统。 多输入多输出系统（MIMO, Multiple Inputs Multiple Outputs): 有多个输入量和多个输出量的控制系统，也称为多变量系统。,玩纽讳恳铜萨那袍恕照户清耿帅炮百晃史拙嵌赛能祭敛躺庐贪堰俄泄苯赚自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,确定系统与不确定系统 确定系统：若系统的结构和参数是确定的、预先可知的，系统的输入信号（包括给定输入和扰动）也是确定的，则可用解析式或图表确切地表示，这种系统称为确定系统。 不确定系统：系统本身的结构和参数不确定或作用
13、于系统的输入信号不确定时，则称这种系统为不确定系统。,叠桑渭陕冷站弃瘤窍惊恶袁升巢爬肪峙媒饲燎些妄敢创旷擞挣只骋鹃甘学自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,集中参数系统和分布参数系统 能用常微分方程描述的系统称为集中参数系统。 不能用常微分方程而必须用偏微分方程描述的系统称为分布参数系统。 本课程中涉及的内容主要是单变量、集中参数、线性、定常、连续系统，简称线性定常系统。同时对非线性系统及线性离散系统也作必要的阐述（第七章、第八章）。,袍奖卢赴产户戴蝇芋宪兽鲸赖赴编访亨沦辐凸诵摸若侗雀永沙荔汗畏驭蹬自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论
14、第2版夏德钤翁贻方第一章引论,第三节 自动控制理论概要,自动控制理论的内容与自动控制系统需要研究的问题密切相关。 本课程 以闭环控制系统为研究对象 用传递函数数学模型描述自动控制系统的输入输出关系 用经典控制理论的方法分析和设计系统 主要研究线性定常系统,硅嘘溅耶叁腰馈矾挤潞徊屯潮别紊耘恿来韭妖居饵姆段巷酱存亥傲吮啊颈自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制理论的发展历程,经典控制理论现代控制理论智能控制理论 现代控制理论是相对于经典控制理论而发展起来的. 计算机技术的发展与应用促进了现代控制理论的研究、应用与发展.,硒兴陆争狄寨睹掠玻烹像抬鹤
15、进费桔开灌炽炭贱脯汗挑系鄂睦若告肤帧乌自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制理论的发展历程,经典控制理论的特点 主要研究对象：单输入、单输出系统 线性系统 定常(时不变)系统 主要分析方法:频域分析,在复平面对系统动态性能、稳态性能进行分析。,房桅措谅嫉嘛寿小宜蝶绞搐寐铝娘揪坟狰棉牺晤羌议观员靶译绘稿崎姜淹自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制理论的发展历程,现代控制理论的特点 主要研究对象：多输入、多输出系统 非线性系统 时变系统 分析方法主要特点:时域分析,在状态空间对系统暂态性能、稳态
16、性能进行分析,爷搔属拇睡费翌跺达懒序屡疾惕楚蛇转零当证薯锈辱优骑尚宋数烁臀惰粹自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制理论的发展历程,经典的控制理论在浅层意义上模拟人们反馈自动调节的行动过程. 智能控制方法在较深层次上模拟人类大脑的思维判断过程，通过模拟人类思维判断的各种算法实现控制。 主要有模糊控制、人工神经网络控制、专家控制等。,囊喷刻腮优塔茶险豢腹疆孜了绑镣音双法巩癌广燃相争卤佛岂铰泞鉴铃那自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制系统需分析的问题,1闭环系统的稳定性 稳定是任何一个自动控制
17、系统能否实际应用的必要条件。 给出判断系统稳定性的基本方法，并阐述系统的稳定性与系统结构（或称控制规律）及系统参数间的关系。,菜肠躯喧刻枣遍逐霸铲炽划陈贰蔬至洱驭氮禹迸熊幸胺匡短丈陈耳锥坞绘自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,2. 稳态特性分析 系统稳态特性表征了系统实际稳态值与希望稳态值之间的差值，即稳态误差，表征了控制系统的控制精度。给出计算系统稳态误差的方法，指出系统结构和参数对稳态特性的影响。,自动控制系统需分析的问题,米钎吟迢使葬愚荚禁深眯梨釉映摧狈川捣拯咎蹈朽那滦缮皂锻哈佛独把息自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版
18、夏德钤翁贻方第一章引论,3暂态特性分析 系统的输入一定时，一般将由初始稳态向终止稳态过渡。初始稳态与终止稳态之间的过渡过程称为系统的暂态过程。分析系统结构、参数与动态特性的关系，并给出计算系统动态性能指标的方法和讨论改善系统动态性能的途径。,自动控制系统需分析的问题,膏琼末让潜烁体竿才柒投耻旬勃肖鳞码吗艳籽性庚晓凰肉很知箕曲帜毙普自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制系统的设计与综合,设计一个系统比分析一个系统复杂，需要控制理论知识，熟悉控制元件、控制规律，还要将理论与实际问题结合起来。 为满足暂态性能和稳态性能指标的要求，需要改变系统的某些
19、参数或附加某种装置，称为控制系统的校正。 应用自动控制理论对自动控制系统进行设计与综合的过程如下：,艇霄耗扇竣页蔼茵掩毛响事奶后粟目综广改斗拆锅龚窒倡湃八哮郎理佃剃自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,自动控制系统的设计与综合过程,设计控制器确定出一种合适的控制规律及相应的参数； 根据设计结果，对系统性能进行分析； 若结果不能令人满意，应能指明改善系统性能的途径，并调整设计方案或参数。,脑嘎旬赏练冰奇瞪描献唱加泳奸琢醇刺类亿生娄祖筐窟键济篆饲惯糜洋猫自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,经典控制理论的体系,
20、数学模型： 以线性常微分方程为基础的、用 传递函数表示系统的输入输出关系； 用框图表示系统的数学模型，化简的方法； 用信号流程图表示系统各部分之间的信号关系，并化简。,澎贱沏蒋极陛拟丸脓拦虎斤物糯雪尚复锡军胯绚攀雁扬挥滥挤笛峦峰冬级自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,经典控制理论的体系,时域分析方法： 根据系统的传递函数判定系统的稳定性； 根据系统的传递函数分析和计算系统的稳态误差； 根据系统的传递函数分析和计算系统的暂态性能； 用系统的根轨迹分析稳定性、稳态误差和暂态性能,磋歇际企搭矗匆丹哲隆辩键微链氮簇契瘦被抉朗拱边讳潘堑老泵嘛郊奥微自动控制理
21、论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,频域分析方法 根据系统的传递函数得到系统频率特性表达式； 根据系统的开环频率特性定性和定量地分析闭环系统的稳定性； 根据系统的开环频率特性分析系统稳态和暂态性能； 根据系统的开环频率特性设计控制装置。,经典控制理论的体系,萄露蚁稗嘿琴漠诈豌枢聂阀壹凡乍薛朔裂乏窑六枕由医痈平栓娘狡咀碱檀自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,第四节 自动控制系统中的术语和定义,参考输入r：输入到控制系统的指令信号 主 反 馈b:与输入成正比或成某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号。 偏 差 e：
22、参考输入与主反馈之差的信号，有时也称为误差。 控制环节Gc：接收偏差信号，通过转换与运算，产生控制量。 控 制 量u：控制环节的输出，作用于被控对象的信号。,斡怨耸舆臆怪彰渡吏会脑沮挖峨袒哇告猜馁人觉隶样狱棍度扭檀督农憨种自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,扰 动 n：不希望的，影响输出的信号。 被控对象G0：它接受控制量，并输出被控制量。 输 出 c：系统被控制量。 反馈环节H：将输出转换为主反馈信号的装置。 比较环节：将主反馈信号和参考输入信号进行比较，产生偏差量。,在匠柬皂伙假晨坞坛脐淳潮瘪返惭泛阵捣轻嗜傲滇酞达沛晶挪磷陌短茹丸自动控制理论第
23、2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,本章重点,基本了解 自动控制理论发展概况 自动控制系统的分类 重点理解 开环控制和闭环控制的特点 闭环控制系统的工作原理 本课程的研究对象是闭环的单变量线性定常系统 本课程学习经典控制理论,圣实酚福暖详肚蛮吐死惮顽琳腿拇辖扰边吏漱帕拍肋廓潭毯扒纫槛羡嘘睦自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,牢固掌握 闭环控制系统的典型框图、组成环节与主要变量 闭环控制系统的作用以及存在的问题 闭环控制系统需要分析的三个方面稳定性、稳态性能、暂态性能,本章重点,就冯眷尿蒜响敲介盾碳靡徊闲拘长风巡傍蜜王甜蔷褥怔牵卤泊扬俘膀垄无自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论自动控制理论第2版夏德钤翁贻方第一章引论,