控制系统设计

1、 课程性质：专业主干课 学时/学分：54/3 授课时间：第七学期授课专业：自动化先修课程：自动控制原理、电机与拖动、微机原理、电路基础、模拟与数字电路、液压传动与控制、自动控制元件课程目的与任务：本课程是一门基础与工程实践密切相结合的专业课程。其特点是所涉及的知识面宽、实践性强。通过本课程的学习，使学生了解和掌握一般反馈控制系统的设计方法、步骤，了解和掌握控制系统的调试、试验研究知识，使学生获得分析、解决实际控制系统设计问题的能力。控 制 系 统 设 计教学基本要求：掌握分析控制系统误差的方法，并且能够熟练进行系统误差分配；能够熟练地进行典型伺服系统负载分析与计算；合理选择控制方案、伺服电机、

2、检测装置、功率放大及减速装置；熟悉掌握伺服系统的工程建模方法；掌握伺服系统动态综合设计方法；了解pwm直流伺服系统的组成、控制电路、功率转换电路的选择与保护、开关频率选择和动态设计；熟练掌握伺服系统调试与试验方法。考试形式：闭卷考试或完成答辩形式的课程设计选用教材：现代伺服系统设计 哈尔滨工程大学出版社 刘胜、彭侠夫 2001年厦门大学信息科学与技术学院 彭侠夫自动控制技术的发展历程反馈控制系统 瓦特离心调速器 火炮随动系统 左图可遥控的自动驾驶仪的波音777飞机 右图 硬盘驱动系统上图 我国第一艘深潜打捞救生器下图 无缆水下机器人 某型猎雷声纳稳定平台系统仿 真 技 术六柱六自由度摇摆转台减

3、摇水舱二自由度摇摆台下左图：三轴多功能模拟转台。主要用于惯导系统的位置、速率与摇摆等试验。下右图：三轴多功能转台。具有位置、速率、摇摆、伺服等功能，惯性系统及惯性元器件测试。 上图：双轴艇体摇摆台，主要用于艇体摇摆仿真实验。 下图：双轴伺服转台，该转台具有位置、速率、自动阶跃翻滚等功能，主要用于高精度测试各种二自由度陀螺漂移。 上图：三轴飞行仿真转台。主要用于惯测系统的标定、检测与实验，具设有位置、速率、摇摆、仿真等功能。 下图：三轴跟踪转台，与成像制导信息处理器配接，由信息处理输出为目标方位、俯仰误差信号，驱动转台跟踪指定目标。可以作测滚运动，模拟导弹在空中飞行的姿态变化。 麦克斯维尔引入微

4、分方程开始对系统进行研究维斯聂格拉斯基结合蒸汽机的特性，指出正确选择参数，可以保证系统稳定劳斯提出代数稳定判据胡尔维茨是第一个用理论指导和实现控制系统设计的人布莱克首次应用负反馈概念实现控制系统设计尼可尔斯提出pid的整定方法 自动控制理论的发展鲁里叶研究具有非线性的控制问题 波波夫提出稳定性理论 庞特里亚金提出极大值原理最优控制 60年代，状态空间法诞生现代控制理论70年代，现代频域法螺旋式发展 80年代，提出控制的鲁棒性现代后控制理论90年代，控制理论发展呈现多元化格局 1、自动控制技术未来发展方向从研究手段、方法和途径的角度看1、对符号和连续动力学两者兼具的系统控制 下一代系统将把逻辑操

5、作与连续量结合起来。当今的理论对这样的系统，特别是我们大型系统测量没被处理调谐得很好。 2、高级协调和自治 反馈正在越来越多地设计到企业的决策系统中，这包括提供一系列管理与后勤、领空管理与空中交通管制，以及军事指挥与控制系统。鲁棒控制系统的分析、设计过程必须扩展到这些更高水平的决策系统。 2、机器人技术和智能机械 4、材料及加工5、信息与网络 通信网络的迅速发展为控制提供巨大的机会和挑战。可把它们粗略地分为两个主要领域：网络的控制和控制网络。 从目前信息技术的发展来看，由于已经产生了一个允许用户相互交换信息的全球化因特网，这将产生更多的与物理环境、无线或有线交互作用。因而，下一个阶段的信息技术

6、的革命和控制技术的发展必然是通信、计算和控制的汇集。 2、通讯、计算和感知技术的普遍深入将启动控制的很多新的应用，但也将要求当今的理论和方法有相当可观的发展。控制界必须涵括新的、信息丰富的应用，并把现有的概念推广应用到决策的更高水平的系统中。随着新的、远期领域对控制技术的开放，该领域接下来的十年将会是硕果累累的。 3、对控制研究投资的回报是实质性的。它们包括对可靠、有效及鲁棒地运作系统的成功开发，可能通过生产过程的先进控制取得新材料和装置。通过控制技术的使用，增加对物理和生物学系统的理解。 最重要的或许是那些具有控制思想的个人，他们吸纳了系统观念，在复杂的工程系统的建模、分析、设计和测试上可担当技术领导。 综上所述，控制技术必须在充分