孙炳达版 《自动控制原理》第1章 自动控制系统的基本概念-5.ppt

自动控制原理 第一章自动控制系统的基本概念 1 5自动控制的发展历史 第一时期 经典 自动 控制理论 经典控制理论即古典控制理论 也称为自动控制理论 主要研究对象 对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题 它的发展大致经历了以下几个过程 一萌芽阶段如果要追朔自动控制技术的发展历史 早在两千年前中国就有了自动控制技术的萌芽 1 5自动控制的发展历史 1 5自动控制的发展历史 公元235年马钧研制出能自动指示方向的指南车 1 5自动控制的发展历史 公元前我国的自动计时漏壶 公元132年张衡研制的候风地动仪 1 5自动控制的发展历史 二起步阶段 随着科学技术与工业生产的发展 到十八世纪 自动控制技术逐渐应用到现代工业中 其中最卓越的代表是瓦特 J Watt 发明的蒸汽机离心调速器 加速了第一次工业革命的步伐 1 5自动控制的发展历史 1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器 1 5自动控制的发展历史 1 5自动控制的发展历史 离心调速器示意图 离心调速器是第一个自动反馈控制器 它利用纯机械装置来测量输出传动轴的速度并利用飞球的运动控制阀门的开度 进而控制进入蒸汽机的蒸汽量 当速度增加时 飞球的中心上移 并离开转动轴 于是减小了阀门的开度 1 5自动控制的发展历史 由于当时还没有自控理论 所以不能从理论上解释这一现象 为了解决这个问题 盲目探索了大约一个世纪之久 三发展阶段 1 1868年马克斯韦尔 J C Maxwell 解决了蒸汽机调速系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题 提出了简单的稳定性代数判据 1 5自动控制的发展历史 1 5自动控制的发展历史 1868年英国麦克斯韦尔的 论调速器 论文 被公认为自动控制理论的开端 作者认为 不应单独研究飞球调节器 必须从整个系统分析控制的不稳定 建立系统微分方程 分析微分方程解的稳定性 从而分析实际系统是否会出现不稳定现象 这样 控制系统稳定性的分析 变成了判别微分方程的特征根的实部的正 负号问题 1875年 英国劳斯提出代数稳定判据 1895年 德国赫尔维兹提出代数稳定判据 1892年 俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据 1932年 美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据 1948年 维纳出版 控制论 形成完整的经典控制理论 标志控制学科的诞生 维纳成为控制论的创始人 1 5自动控制的发展历史 经典控制理论 古典控制理论 以传递函数为基础 研究单输入 单输出定常控制系统的分析与设计问题 线性控制系统分析 时域分析 稳定性与稳态误差分析 根轨迹分析 频域分析 非线性控制系统分析 相平面分析 描述函数分析 1 5自动控制的发展历史 第二时期现代控制理论 科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论 而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件 现代数学和数字计算机 现代数学 例如泛函分析 现代代数等 为现代控制理论提供了多种多样的分析工具 而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台 在二十世纪五十年代末开始 随着计算机的飞速发展 推动了核能技术 空间技术的发展 从而对出现的多输入多输出系统 非线性系统和时变系统 主要研究对象 多输入 多输出 时变参数 高精度复杂系统的分析和设计问题 1 5自动控制的发展历史 现代控制理论以状态空间法为基础 研究多输入 多输出时变 非线性 高精度 高效能控制系统的分析与设计问题 线性系统 自适应控制 最优控制 鲁棒控制 最佳估计 容错控制 系统辨识 集散控制 大系统复杂系统 智能控制 专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法 1 5自动控制的发展历史 1 5自动控制的发展