自動控制理論 課件版 1學(xué)習(xí)資料

自動控制理論2025/4/141許建中，電氣學(xué)院新能源電網(wǎng)研究所，xujianzhong@，J5D603。2014/4–至今，華北電力大學(xué)，電氣與電子工程學(xué)院，講師。。2010/9–2014/3，華北電力大學(xué)，電氣與電子工程學(xué)院，工學(xué)博士2012/8–2013/8，曼尼托巴大學(xué)（UniversityofManitoba），電氣與計算機工程學(xué)院，導(dǎo)師加拿大工程院院士、IEEEFellowAniGole教授，國家留學(xué)基金委公派聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生2009/9–2010/7，華北電力大學(xué)，電氣與電子工程學(xué)院，攻讀碩士學(xué)位，2010年9月轉(zhuǎn)為博士研究生2005/9–2009/7，華北電力大學(xué)，工學(xué)學(xué)士2025/4/1422025/4/143自動控制理論B，48學(xué)時，3學(xué)分，24次課。第1-12周：周一第1,2節(jié);周四第1,2節(jié)；教5A403;共170人:必修課、專業(yè)基礎(chǔ)教育、電氣1309,電氣1310,電氣1311,電氣1312,電網(wǎng)1303課程成績：平時成績：30%，包括出勤率，課后作業(yè)和課堂測驗?？荚嚦煽儯?0%。2025/4/144推薦教材：選課同學(xué)所屬班級學(xué)習(xí)委員1-課間留聯(lián)系方式2-打印一張本班比較全面的課表下次課給我3-課件將在上課前發(fā)給各班學(xué)習(xí)委員，收齊本班同學(xué)作業(yè)后上課前交給我。2025/4/145第一章緒論2025/4/146自動控制理論的發(fā)展對人類社會生產(chǎn)的發(fā)展起到巨大推動作用，從而被世界公認(rèn)為是第一個自動控制系統(tǒng)的是1788年瓦特發(fā)明的離心式調(diào)速器。瓦特（1736-1819）英國著名的發(fā)明家

1788年瓦特發(fā)明的離心式調(diào)速器有時為了提高調(diào)速精度，蒸汽機的速度反而出現(xiàn)大幅度振蕩，由于當(dāng)時還沒有自動控制理論，所以不能從理論上解釋這一現(xiàn)象。

2025/4/147第一章緒論自動控制理論的發(fā)展1868年，英國科學(xué)家麥克斯韋以離心式調(diào)速器為背景研究了反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，發(fā)表了《論調(diào)速器》論文，被公認(rèn)為自動控制理論的開端。麥克斯韋導(dǎo)出了調(diào)速器的微分方程，并在平衡點附近進(jìn)行線性化處理，指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負(fù)實部。

麥克斯韋（1831-1879）英國著名物理學(xué)家

2025/4/148自動控制理論的發(fā)展1877年英國數(shù)學(xué)家勞斯建立了直接根據(jù)代數(shù)方程的系數(shù)判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則。1892年李雅普諾夫在博士論文《運動穩(wěn)定性的一般問題》中開創(chuàng)性地提出求解非線性常微分方程的李雅普諾夫函數(shù)法，亦稱直接法。李雅普諾夫（1857-1918）俄國著名數(shù)學(xué)家、力學(xué)家

2025/4/149自動控制理論的發(fā)展1928年美國人布萊克發(fā)明了負(fù)反饋放大器，反饋放大器的振蕩問題給其實用化帶來了嚴(yán)重的問題。奈奎斯特（1889~1976）美國物理學(xué)家1932年，奈奎斯特運用復(fù)變函數(shù)理論的方法建立了根據(jù)頻率響應(yīng)判斷反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則。2025/4/1410自動控制理論的發(fā)展1948年美國電信工程師伊文斯提出了控制系統(tǒng)非常實用的設(shè)計方法－－根軌跡法，用參數(shù)變化時特征方程根的變化軌跡來研究，開創(chuàng)了新的思維與方法。1940年美國人伯德引入半對數(shù)坐標(biāo)系，使頻率特性的繪制工作更加適用于工程實際。1942年哈里斯引入了傳遞函數(shù)的概念，用方框圖、環(huán)節(jié)、輸入和輸出等信息傳輸?shù)母拍顏砻枋鱿到y(tǒng)的性能和關(guān)系。2025/4/1411自動控制理論的發(fā)展隨著計算機技術(shù)的誕生和發(fā)展，脈沖控制理論迅速發(fā)展。奈奎斯特首先證明了把正弦信號從采樣值復(fù)現(xiàn)，每周期至少采樣兩次，香農(nóng)于1949年完全解決了這個問題。奧爾登伯格和薩托里厄斯于1944年，崔普金于1948年分別提出了脈沖系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)。2025/4/1412自動控制理論的發(fā)展1954年錢學(xué)森在美國出版了專著《工程控制論》。1954年天津大學(xué)劉豹教授編著了我國第一本用中文撰寫的控制理論專著《自動控制原理》。1948年維納提出了著名的《控制論》。維納(1894-1964)美國數(shù)學(xué)家2025/4/1413自動控制理論的發(fā)展經(jīng)典控制理論以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)研究單輸入-單輸出一類定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計問題。這些理論由于其發(fā)展較早，現(xiàn)已臻成熟。現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入-多輸出、時變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。2025/4/1414自動控制的一般概念人工控制自動控制所謂自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象的某些物理量能自動地按照預(yù)定的規(guī)律變化。2025/4/1415自動控制的一般概念手動控制系統(tǒng)方框圖人腦手水箱系統(tǒng)眼h自動控制系統(tǒng)方框圖控制器執(zhí)行器水箱系統(tǒng)傳感器h為了清楚地表示控制系統(tǒng)的組成及各部分之間的關(guān)系，畫出的控制系統(tǒng)元件作用圖稱為系統(tǒng)方框圖。2025/4/1416自動控制的一般概念所謂反饋是指將被控對象輸出端的信息通過中間環(huán)節(jié)送回到控制器的輸入端。負(fù)反饋：輸入信號－反饋信號正反饋：輸入信號＋反饋信號2025/4/1417自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用有直接影響，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。2025/4/1418自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)2025/4/1419自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)2025/4/1420自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)帶補償?shù)拈_環(huán)控制系統(tǒng)2025/4/1421自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制系統(tǒng)2025/4/1422自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（概念和優(yōu)缺點）開環(huán)控制系統(tǒng)帶補償環(huán)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)帶補償環(huán)節(jié)的閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)2025/4/1423自動控制系統(tǒng)的分類線性控制系統(tǒng)系統(tǒng)由線性元件構(gòu)成，描述運動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型為線性微分方程。滿足齊次性，疊加性。非線性控制系統(tǒng)在構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中有一個或一個以上的非線性環(huán)節(jié)。不滿足齊次性，疊加性。2025/4/1424自動控制系統(tǒng)的分類恒值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)2025/4/1425對控制系統(tǒng)的基本要求控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性快速性準(zhǔn)確性2025/4/1426對控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件；線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的，與外部條件無關(guān)?？焖傩允窍到y(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，衡量系統(tǒng)過渡過程的形式和快慢，通常稱為“系統(tǒng)動態(tài)性能”。

過渡過程時間、超調(diào)量準(zhǔn)確性是在系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，衡量系統(tǒng)輸出（被控量）達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)輸出期望值之間的接近程度。穩(wěn)態(tài)誤差2025/4/1427課堂習(xí)