1、理论课教材：理论课教材：自动控制理论（第自动控制理论（第 3版）版） 邹伯敏邹伯敏 主编主编自动控制原理自动控制原理Date 1第一章 绪论第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 自动控制理论发展史简述自动控制理论发展史简述第二节第二节 自动控制系统的一般概念自动控制系统的一般概念第三节第三节 开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制第四节第四节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类第五节第五节 对控制系统性能的要求和本对控制系统性能的要求和本课程的任务课程的任务2019/3/7 2第一章 绪论第一节第一节 自动控制理论发展史简述自动控制理论发展史简述自动控制是一门年轻的学科自动控制是一门年轻的学科
2、 ,它在它在 20世纪世纪 40年代末才形成。年代末才形成。自动控制理论自动控制理论18世纪中叶由世纪中叶由 瓦特瓦特 研制的世界上最早的自动控制系统研制的世界上最早的自动控制系统 蒸汽发动机速度的调节蒸汽发动机速度的调节器器 。1932年年 奈奎斯特奈奎斯特 针对反馈放大器提出了几何稳定判据。针对反馈放大器提出了几何稳定判据。1945年年 博德博德 提出来了反馈放大器的一般设计方法，并编著了提出来了反馈放大器的一般设计方法，并编著了 网络分析与反馈放网络分析与反馈放大器的设计大器的设计 一书。一书。1947年美国出版了当时世界上第一本控制方面的教材年美国出版了当时世界上第一本控制方面的教材
3、伺服机原理伺服机原理 。1948年美国麻省理工学院的辐射研究所完成了雷达自动跟踪、火炮指挥仪和数控年美国麻省理工学院的辐射研究所完成了雷达自动跟踪、火炮指挥仪和数控车床等一系列的自动控制实践工程。车床等一系列的自动控制实践工程。同年，同年， 埃文斯埃文斯 工程师提出了一种很实用的控制系统的分析与设计方法工程师提出了一种很实用的控制系统的分析与设计方法 根轨迹法根轨迹法美国数学家美国数学家 维纳维纳 把那时发表的有关控制方面的理论称为把那时发表的有关控制方面的理论称为 “ 控制论控制论 ” 。Date 3第一章 绪论20世纪世纪 60年代前的控制理论年代前的控制理论 -经典控制理论经典控制理论
4、。经典控制理论研究的是。经典控制理论研究的是 单输入单输入 单输出单输出 线性定常系统的分析与设计，所用的数学工具是常微分方程和复变函数。线性定常系统的分析与设计，所用的数学工具是常微分方程和复变函数。20世纪世纪 60年代后所提出的控制理论年代后所提出的控制理论 -现代控制理论现代控制理论 。用这种理论能分析与设计。用这种理论能分析与设计多输入多输入 多输出多输出 ，高精度和参数时变系统的分析与设计，其内容有状态空间分析，高精度和参数时变系统的分析与设计，其内容有状态空间分析法，最优控制原理最优估计、系统辨识、大系统理论、模糊控制与预测控制、智法，最优控制原理最优估计、系统辨识、大系统理论、
5、模糊控制与预测控制、智能控制等，它们所研究的问题和所用的数学工具也各不相同。能控制等，它们所研究的问题和所用的数学工具也各不相同。控制理论发展历程：机械化控制理论发展历程：机械化 电气化电气化 自动化自动化 信息化和智能化。由此可信息化和智能化。由此可见，经典控制理论是基础，它有效地解决单输入见，经典控制理论是基础，它有效地解决单输入 单输出线性定常系统的分析与单输出线性定常系统的分析与设计，是解决一般工程问题的基本方法。经典控制理论的一些基本概念有助于研究设计，是解决一般工程问题的基本方法。经典控制理论的一些基本概念有助于研究现代控制理论相关的内容。因此现代控制理论相关的内容。因此 本教材主
6、要介绍经典控制理论本教材主要介绍经典控制理论 的相关内容。的相关内容。自动控制理论自动控制理论Date 4第一章 绪论第二节第二节 自动控制系统的一般概念自动控制系统的一般概念自动控制自动控制 就是在人不直接参与的条件下，利用控制器使被控制的对象就是在人不直接参与的条件下，利用控制器使被控制的对象（如生产设备（如生产设备 、 生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按规定的生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按规定的规律变化（或运行）。规律变化（或运行）。 如：如：图图 1-1水池液面控制系统水池液面控制系统一、液位控制系统水池液面控制如图水池液面控制如图 1-1所示。所示。电网的
7、电压与频率自动地保持不变电网的电压与频率自动地保持不变 金属切割机床的速度在电压变化或负载变化时能自动保持不变金属切割机床的速度在电压变化或负载变化时能自动保持不变自动控制理论自动控制理论把实现自动控制所需的各个部件按一定的规律组合把实现自动控制所需的各个部件按一定的规律组合起来，去控制被控对象，这个组合体叫做起来，去控制被控对象，这个组合体叫做 自动控制系统自动控制系统Date 5第一章 绪论u 人工控制人工控制测量测量 实际液面的高度实际液面的高度-用眼用眼实际液面高度实际液面高度 1与希望液面高度与希望液面高度 h0相相 比较比较-用脑用脑按比较的结果，即液面高度偏差的正负去决定按比较的
8、结果，即液面高度偏差的正负去决定 执行执行 动作动作-用手用手液面人工控制系统的方框图如图液面人工控制系统的方框图如图 1-2所示。所示。图图 1-2 液面人工控制系统的方框图液面人工控制系统的方框图自动控制理论自动控制理论Date 6第一章 绪论u 自动控制自动控制人工控制中有三种职能作用：测量、比较和执行，而在自动控制人工控制中有三种职能作用：测量、比较和执行，而在自动控制系统中也必须有这三种，如图系统中也必须有这三种，如图 1-3所示。所示。图图 1-3 液面自动控制系统液面自动控制系统 被控对象 -水池 测量元件 -浮子 比较机构 -浮子的希望位置与实际位置之差 放大机构 -提高系统的
9、控制精度 执行元件 -驱动被控对象，以改变被控制的量液位控制系统由以下五部分组成：液位控制系统由以下五部分组成：自动控制理论自动控制理论Date 7第一章 绪论图图 1-5 液面自动控制系统的方框图液面自动控制系统的方框图为了控制系统的表示简单明了，控制工程中一般用方框图表示为了控制系统的表示简单明了，控制工程中一般用方框图表示系统的各个组件，组件的基本组成单元如图系统的各个组件，组件的基本组成单元如图 1-4所示，其中图所示，其中图 a）为引出）为引出点，图点，图 b）为比较点，图）为比较点，图 c）部件的框图。）部件的框图。图图 1-4 控制系统框图的基本组成单元控制系统框图的基本组成单元
10、故液位自动控制系统也可用图故液位自动控制系统也可用图 1-5来表示。来表示。自动控制理论自动控制理论Date 8第一章 绪论二、随动控制系统图图 1-6 直流随动系统的原理图直流随动系统的原理图自动控制理论自动控制理论Date 9第一章 绪论图图 1-7 直流随动系统的方框图直流随动系统的方框图图图 1-6直流随动系统是用一对电位器作为位置的检测元件，它直流随动系统是用一对电位器作为位置的检测元件，它们分别把系统的输入与输出的位置信号转换成与之成比例的电信号，们分别把系统的输入与输出的位置信号转换成与之成比例的电信号，并进行比较。其控制系统的方框图如图并进行比较。其控制系统的方框图如图 1-7所示。所示。自动控制理论自动控制理论Date 10第一章 绪论
