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文档简介
第一章绪论第一章绪论1-1概述1-2基本概念1-3对控制系统的基本要求自动控制技术与人类进步
自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。依靠它,人类可以从笨重,重复性的劳动中解放出来,从事更富创造性的工作。自动化技术是当代发展迅速,应用广泛,最引人瞩目的高技术之一,是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。自动化也即现代化。第一章绪论第一章绪论I.前期控制(EarlyControl)(1400B.C.-1900)(0)中国,埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400B.C.~1100B.C.)。孙武著《孙子兵法》(600B.C.)(1)秦昭王时,李冰主持修筑都江堰体现的系统观念和实践(300B.C.)西汉漏壶第一章绪论(3)中国张衡发明水运浑象,研制出自动测量地震的候风地动仪(132年)(2)亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年)第一章绪论(4)中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年)(5)中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想(CNC)的提花织机结构图(1637年)第一章绪论(6)英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)(7)英国J.C.Maxwell发表“论调速器”(OnGovernors)论文(1868年)第一章绪论(8)英国E.J.Routh建立Routh判据(Routh-HurwitzStabilityCriteria)(1875年)(9)俄国A.M.Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题”(1892年)(10)英国J.M.Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(GreatEastern)(1866年)第一章绪论(11)由徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号(L20m,25T,10km/hr)在安庆内军械所下水(1866)。次年,中国第一艘木质明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南造船厂下水。操江号(62mx10m),392匹马力,600T排水,备炮9门第一章绪论II.经典控制前期(ThePre-classicalPeriod)(1900-1935)(1)美国福特(FordMotor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913)(2)美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构,提出PID控制方法(1922)(3)美国MIT的VannevarBush研制成第一台大型模拟计算机(DifferentialAnalyzer)(1928)V.Bush第一章绪论(4)美国H.S.Black提出放大器性能的负反馈方法(NegativeFeedbackAmplifier)(1927)H.S.Black第一章绪论(5)自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener给出的定义为:“Feedbackisamethodofcontrollingasystembyinsertingintoittheresultofitspastperformance”闭环控制系统的结构框图:第一章绪论(6)美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925),气压反馈控制器(1929)第一章绪论III.经典控制(ClassicalControl)(1935-1950)(1)美国贝尔实验室的H.Bode(1938),以及Nyquist(1940)提出频率响应法(2)美国Taylor仪器公司的J.G.Ziegler和N.B.Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942)(3)美国MIT的N.Wiener研究随机过程的预测(1942),提出Wiener滤波理论(1942),发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948),标志着控制论学科的诞生。N.B.NicholsN.WienerN.Wiener,shownherein1954withYukWingLee(left)andAmarG.Bose,discussinganaspectofstatisticalcommunicationtheory第一章绪论(4)美国的H.Hazen发表“关于伺服结构理论”(TheoryofServome-chanism)(1934),并在MIT建立伺服机构实验室(ServomechanismLaboratory)(1939)H.Hazen第一章绪论(5)英国A.M.Turine提出图灵计算机的设想(1937)(6)在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C.Shannon提出继电器逻辑自动化理论(1938),随后,发表专著《通信的数字理论》(TheMathematicalTheoryofCommunication),奠定了信息论的基础(1948)C.E.Shannon第一章绪论(7)MITRadiationLaboratory在研究SCR-584雷达控制系统的过程中,创立了NicholsChartDesignMethod,R.S.Philips的工作OnNoiseinServomechanisms,以及Hurwicz(1947)的数字控制系统(8)美国W.Evans提出根轨迹法(RootLocusMethod)(1948),以单输入线性系统为对象的经典控制研究工作完成。(9)多本有关经典控制的经典名著相继出版,包括Ed.S.Smith的AutomaticControlEngineering(1942),H.Bode的NetworkAnalysisandFeedbackAmplifier(1945),L.A.MacColl的FundamentalTheoryofServomechanisms(1945),以及钱学森的《工程控制论》(EngineeringCybernetics)(1954)LanJ.Chu第一章绪论现代控制(ModernControl)(1950-)二次世界大战中火炮,雷达,飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。五十年代后兴起的现代控制起源于冷战时期的军备竞赛,如导弹(发射,操纵,指导及跟踪),卫星,航天器和星球大战,以及计算机技术的出现(英国科学家A.J.G.MacFarlane)。第一章绪论(2)美国R.Bellman在RANDCoporation数学部的支持下,发表著名的DynamicProgramming,建立最优控制的基础(1957)(3)国际自动控制联合会(IFAC)成立(1957),中国为发起国之一,第一届学术会议于莫斯科召开(1960)(1)苏联L.S.Pontryagin发表“最优过程数学理论”,提出极大值原理(MaximumPrinciple)(1956)L.S.Pontryagin第一章绪论(4)美国MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一台数控机床(1952)第一章提绪滑论(5)救世界第一炊颗人造地落球卫星(烂Sput犁nik)瓣由苏联发菌射成功(19疏57)1957顿.La单ika.饼Spu祝tnik雷2第一章刑绪宝论(6)羊美国Geor禽geD硬evol研制出第纵一台工业训机器人样阿机(195捕4),两年后冬,被称为崖机器人之装父的Jose泪phE捉ngel的berg条er创立了稍第一家承机器人堵公司,磨Uni刃mat臣ion(7)谢美籍匈牙艘利人R.E摊.Ka走lman发表“O再nth损eGe漠nera镰lTh通eory毒of材Cont肺rol蛇Syst附ems”巾等论文,役引入状态帐空间法分谦析系统,占提出能控减性,能观摩测性,最栏佳调节器踢和kal堆man殖滤波等概已念,奠定辩了现代控丑制理论的达基础(19皮60)R.E朴.K巴alm旗an第一章易绪普论(8)苏联东方-1稠号飞船载诱着加加林终进入人造嫌地球卫星象轨道,人荷类宇航时弱代开始了久(196载1)196亭1,att还hea筹geo蜘f27嗽,Ga穷gari慈nle艳ftt烫hee征arth瓦.It良was挪Apr仅ilt低he1巷2th,志9.0芳7Mo都scow稀tim陡e(l蜡aunc睁h-si权te,宏Baik石onur唐).1威08m传inut蔑esl产ater昂,he隐was梳bac裂k.便The拔peri驾odo叶for粪bita优lre刷volu林tion喝was肢89:隔34m股inut父es(勤this功fig输ure华was娱"cal膜cula朴ted旅bye测lect屠roni饿cco缎mput涝ers"挂).T沿hem粘issi阶ons娱maxi洗mum惧flig财hta斑ltit有ude敞was吗327清000涂mete机rs.辱The滚maxi兽mum括spee教dre毙ache哨dwa仗s28今260刃kil排omet阔ers捕per同hour箭.宇宙哥轿伦布-幼加加林As内tam三pi绝ssu觉ed撞by龄Rus结sia洪to危me别mor界ize研Y.富Ga剧gar御inCaps览ule牵used鼓in福firs栽tma钩nned舅orb稳ito倦fea湾rthIn1盗961,草the延fir枪sth繁uman倾to美pilo嘉ta菠spac虏ecra碌ft,装Yuri林Gag呼arin链,wa恭sla屯unch游edb港yth选eSo趋viet基Uni圈ona截boar拿dVo原stok炉I.第一章底绪抄论(9)总1963超年,美缓国的Loft足iZa秃deh与C.励Des寸oer发表L蚕ine卖ar惠Sys峰tem皇s-拾A宫Sta猫te司Spa古ce蜡App砍roa此ch。誉196毙5年,场Zad滴eh提她出模糊植集合和铁模糊控日制概念C.D该esoe独r第一章井绪廉论(11)甜苏联发暂射“月球凳”9号探术测器,首歼次在月面智软着陆成虫功(196纪6),三年后(196继9),美国“浆阿波罗”铁11号把煤宇航员N请.A.拔Arm立stro娱ng送上企月球。N.A尤.A吃rms呢tro至ng第一章巴绪低论(12汽)瑞庆典Karl奏J.红Astr却om提出最小睁二乘辩识流,解决了柴线性定常抢系统参数可估计问题状和定阶方野法(196所7),六年后茫,提出了跑自启调节趋器,建立三自适应控产制的基础奶。Astr斑om于199石3年获得蓄IEEE嘱Med纤alo盖fHo调nor。K.纷J.鸟Ast克romW.M秤Wo淘nha督m(13)英国H.H蛇Ro痛sen钻bro疯ck发表St巡寿ate骑Spac抚ean流dMu摄ltiv爪aria让ble惯Theo沙ry(1亩970)锣加拿大W.M夫Wonh呀am发表L险ine唐ar庭Mul啄tiv霞ari摆abl屈eC眉ont悉rol看:A例Ge郑ome日tri同cA上ppr蛾oac茅h(1下974欧)。第一章贯绪肿论(14)繁美国的M.滔E.斩Mer枝cha诸nt提出计算传机集成制看造的概念(19沿69)第一章腾绪偷论(15)剥美国A菌RPA计舞算机网络嘱初步建成(197愁1)(16)快日本F股anuc卵公司研制济出由加工傲中心和工牲业机器人雹组成的柔陷性制造单掉元(19轰76)第一章是绪尖论(17召)美症国R.B贿rock山ett提出用微稳分几何研司究非线性率控制系统(19臭76),意大箱利A.严Isi础dor医i出版(炒Non凯lin哨ear怒Co淘ntr宫ol谦Sys兰tem牛s)(198锄5)。A.I唐sido已riR.冠Broc煌kett第一章陶绪掌论(18)桑加拿大G.伯Zam仆es提出H鲁棒控制凝设计方法夏(198勇1年)(19顿)美缴国“哥唉伦比亚固”号航舅天飞机炮首次发免射成功目(19搅81年乐)Gor稀ge泛Zam捕es第一章距绪狱论(20)迫美国A.B碌ryso具n和Y.C翻Ho发表A席ppl敢ied缓Op柱tim锈al骡Con过tro新l(1诵969饰)。Y.C趁Ho和X.R永Cao等提出肢离散事顿件系统倚理论(19熟83)(21)碌中国批泼准863每高技术计驳划,包括足自动化领狗域的计算蛋机集成制奥造系统和秋智能机器窑人两个主泳题(198字6)A.芦Bry奇sonYu拴C.微HoP.K谅okot臂ovic第一章导绪坦论(22染)I榴EEE爬Co贤ntr累ol赵Sys济tem亡sA尿war漂d获吹得者。第一章杰绪靠论(23)吼第一台拔火星探测弃器Soj怕ourn脖er在火弊星表面软肝着陆(19备96)(24)六旅行者旺Voya烫ger拍一号,二伶号开始走号出太阳系看,对茫锯茫太空进谦行探索第一章泉绪死论自动控制理论经典控制理论(19世纪中叶—20世纪50年代)线性非线性根轨迹法频域法时域法波波夫法李雅普诺夫法描述函数法相平面法采样控制Z变换法现代控制理论(60年代以来)状态反馈控制最优控制智能控制预测控制自适应控制模糊控制大系统多层分散控制第一章才绪声论以传递函数为基础,研究单输入-单输出一类定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早,现已臻成熟。经典控制理论以状态空间法为基础,研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。现代控制理论本课程的任务
对于一个具体的控制系统,如何从理论上对它的动态性能和稳态精度进行定性的分析和定量的计算。第一章仗绪隔论本课程气的特点思与学习筛方法*比较抽皂象的技术窜基础课理论基环础研究对象思维方嫁法与观绘点与数理年基础课恐程及专业课填程的联使系。38积分变换复变函坛数力学、电程学*引入计既算机辅助族设计、分呼析。MAT府LAB软哈件学习*笔记与立习题,读纪书与演算惰并重。*需要菊较多的追数学知宣识1-2基本概念
反馈反馈控制系统开环系统闭环系统第一章衡绪昌论第一章煌绪来论把一个系统的输出信号不断直接或经过中间变换后全部或部分地返回,再输入到系统中去,称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减,使产生的偏差越来越小,则称为负反馈;反之,则称为正反馈。反馈采用负反馈并利用偏差进行控制的过程。由于引入了被反馈量的反馈信息,整个控制过程成为闭合的,因此反馈控制也称闭环控制第一章莫绪及论反馈控制
系统完成一定任务的一些元、部件的组合第一章断绪疼论第一章祝绪品论开环系统如果系统的输出量与输入量间不存在反馈通道,即输出量对系统无控制作用。第一章储绪室论闭环系统
凡是系统输出量对系统有控制作用,或者说系统中存在反馈的回路,称为闭环系统。第一章聪绪座论闭环与开惊环控制系今统的比较闭环控制绩系统的特授点偏差控循制,可寺以抑制丢内、外描扰动对谦被控制扶量产生殿的影响胸。精度汪高、结概构复杂易,设计赢、分析横麻烦。开环控制税系统的特惰点顺向作涂用,没元有反向培的联系如,没有顾修正偏学差能力乒,抗扰俘动性较来差。结嘴构简单设、调整孩方便、顾成本低隔。1-3对自动控制系统的基本要求
可以归结为稳定性、准确性和快速性第一章悬绪
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