自动控制原理第一章自动控制的基本概念

自动控制原理第一章自动控制的基本概念第一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

什么是控制？什么是控制理论？

我们汉字中的“控”和“制”都含有“对某种对象按照某种要求进行操纵”的含义。因此，人类从远古时代就开始了“控制（control）”。几乎所有的能“动”的人造物，都是被控制的。当然，控制的思想不仅存在于人造物，已渗透到我们的日常生活中。例如：人们的关系。你让某人完成某项工作，你动用了某些手段，使某人很好的完成了工作，就可以说你“控制”了对方。因此，“控制”是非常广义的，“控制理论”就是研究那些渗透于“控制”中的，具有普遍意义的控制原理。引言第二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二工业机器人第十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二什么是自动控制?无须人的直接参与，通过控制装置，使机器、设备、生产过程等按照预定的规律运行，完成要求的任务，就叫自动控制。第十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二第十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

为了解决生产实际中的问题，推动了控制论的形成和发展。随着科技的进步，她所起的作用也越来越大。试问：没有自动控制，现在的社会会是一个什么样子？

《自动控制原理》课程的基本任务:

获得自动控制系统的基本理论掌握系统的基本分析方法为设计自动控制系统打下一定的基础为进一步的学习和研究控制理论创造条件本课程是自动化类学生的一门专业基础课，是一门理论性和工程应用性都很强的技术基础课，也是后续专业课的桥梁，因此具有非常重要的地位。必须学好该课程的理由：5学分！保研、奖学金，考研，学位、毕业等！第十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二现实当中，由于存在希望和要求，比如：要求某些物理量维持在一个特定的标准上，但往往由于种种原因，实现起来并不是很容易，于是需要“控制”。

当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。水箱流出流入h图1.1水箱液面

例如：下面的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。1.1.1自动控制问题的提出1.1自控控制的基本知识第一章自动控制的基本概念第十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发生的。这便使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现。

所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。下面是人工控制的例子。

这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。水箱流出流入h图1.2液面人工控制

不能满足复杂、快速和精确的要求，不利于减轻劳动强度。第十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.1.2自动控制的定义及基本职能元件1.自动控制的定义

自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（或状态）自动地按预先给定的规律去运行。

当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。水箱流出流入h控制器浮子图1.3液面自动控制第十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2.自动控制的基本职能元件

自动控制,实际上就是由自动控制装置来代替人的基本功能来实现的。水箱流出流入h水箱流出流入h控制器浮子

眼睛浮子大脑自动控制器肌肉、手执行元件第十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

比较两图可以看出，用自动控制实现人工控制的功能，必存在三种职能基本元件代替人的相应功能。图1－4控制功能框图（a）人工控制(b)自动控制肌肉和阀门希望液位实际液位大脑水箱(a)气动阀门希望液位实际液位浮子控制器水箱(b)画出以上人工控制与自动控制的功能方框图进行对照。第二十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

测量元件与变送器（代替眼睛）；

自动控制器（代替大脑）；

执行元件（代替肌肉、手）。

这些基本元件与被控对象用有向线段（信息流）相连接，一起构成一个自动控制系统。图1.5是典型控制系统方框图。执行元件参考输入输出测量变送元件控制器对象扰动输入图1－5控制系统典型方框图单片机原理及应用，PLC原理及应用自控原理，现代控制理论自动检测技术电机与拖动，电力电子技术，现代交流调速，生产实习等第二十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.1.3自动控制中的一些术语及方框图1.常用术语

控制对象：被控设备或物体，也可是被控过程（炉温）。

控制器：使被控对象具有所要求的性能或状态的控制设备。接收输入或偏差信号按控制规律给出操作量，送到控制对象。

系统：一个整体，是一些部件的组合，完成一定任务。

系统输出：被控制的量，称对输入的响应。操作量：由控制器改变的量值或状态，也称控制量。真正起控制作用的量！

参考输入：给定，使系统具有预定输出或性能的激发信号。代表输出的希望值；又称给定输入，指令输入，期望输出等。

扰动：干扰和破坏系统具有预定性能和输出的干扰信号，分内部和外部扰动（输入量）。

特性：输入与输出之间的关系，分动态和静态，可用特性曲线直观描述。

静态特性：系统稳定后，IN&OUT;d(参数和信号)=0;静态放大倍数。

动态特性：IN和OUT处在变化过程中所表现的特性；过渡过程-平衡-另一个平衡；第二十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2.系统方框图

将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上文字或代号，根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息。

突出了系统中各环节输入与输出的关系及各环节之间的相互影响，便于定性和定量分析。执行元件参考输入输出测量变送元件控制器对象扰动输入图1－5控制系统典型方框图控制量第二十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放大器激磁回路激磁电流电枢电压人所起的三个作用:(1)观察电机的转速;(2)将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较;(3)根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.第二十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二测速发电机基本概念:自动控制就是应用控制装置自动地有目的地控制或操纵机器设备或过程,使之具有一定的状态和性能.被控制的机器设备或物体,叫被控对象,如直流电动机.所用的控制装置常称为控制器,如运算器.(4)控制器和被控对象的组合称为自动控制系统.直流电动机激磁回路激磁电流电枢电压运算器执行元件参考输入输出测量变送元件控制器对象扰动输入控制系统典型方框图控制量第二十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.2.1开环控制

开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给出开环控制的一般定义：

定义：若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称为开环控制系统。

特点是：控制量与被控制量之间只有前向通道而没有反向通道,信息的传递路径不是闭合的，故称开环。开环控制系统的典型方框图如图所示。1.2自动控制的基本控制方式控制器被制对象输入量输出量

例子：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动生产线，数控车床等等。按输入信号的不同，可分为按给定控制和按扰动控制两种常见形式。

自动控制的形式多种多样，采取何种控制手段，视具体用途和目的而定，本节介绍两种常见形式：开环和闭环控制。第二十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.按给定控制

图1－6是一个直流电动机转速控制系统。

当调节电位器滑臂位置时，改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来。

M功率放大器电动机负载电位器图1－6直流电动机转速开环控制图1－7直流电动机转速控制方框图电动机转速滑臂位置功率放大器电位器

控制精度取决于所用元件性能的优劣及校准的精度！系统本身无法保证。任何的干扰都会使输出改变。优点：结构简单，调整方便缺点：精度差，抗干扰性差第二十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2.按扰动控制图1－8是一个按扰动控制的直流电动机转速控制系统。电压放大器M功率放大器负载++-Ri+图1－8按扰动控制直流电机转速

如果扰动可量测，可把它作为一种输入，施加相应的控制，对系统的输出产生影响。“防患未然”，起到抗干扰的作用。负载↑→i↓→电压↓→功放输出↑第二十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

把负载变化视为外部扰动输入，对输出转速产生影响及控制补偿作用，分别沿箭头的方向从输入端传送到输出端，作用的路径也是单向的，不闭合的。有时我们称按扰动控制为顺馈控制。控制过程可用方框图表示成如图1.9所示的形式。电动机转速给定不变功率放大器电位器++扰动电压放大器检测电阻图1.9按扰动控制方框图信号汇合点，+代表加，-代表减第二十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二开环控制的特点：（1）结构简单、调整方便、成本低。

（2）给定一个输入，有相应的一个输出。

（3）在系统方框图中，作用信号是单方向传递的，形成开环。（4）输出不影响输入。

（5）若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差。“致命”缺点！第三十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.2.2闭环控制

定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统。

在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用(控制器输出)，若部分或全部取自被控量的反馈信息，这种控制原理称为反馈控制原理。正是由于引入了反馈信息，使整个控制过程成为闭合的。

因此，按反馈原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统。在闭环控制系统中，其控制量是被控量与给定值之间的偏差。控制装置控制对象反馈元件输入输出/被控量+-偏差图1-13闭环控制系统方框图第三十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2023/6/632手顶着一根棍子的杂技动作生活中的自动化人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现了闭环控制的原理。第三十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二打乒乓球的机器人第三十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二图1.11是直流电动机转速闭环控制的例子。M功率放大器电动机负载电位器F测速发动机图1-11直流电动机转速闭环控制系统电动机转速给定位置功率放大器电位器+-负载扰动测速发动机ufureua图1-12直流电动机转速闭环控制方框图第三十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

闭环控制的特点：

①控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏差信号，由偏差产生对系统被控量的控制；

②信息的传递路径为一个闭合的环路，称为闭环。③控制精度高，抗干扰能力强。

闭环控制系统的典型方框图：

控制器控制对象反馈元件输入输出+-偏差图1-13闭环控制系统方框图第三十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二热电偶输出的是毫伏信号，变送器是把这个毫伏信号放大处理成你需要的4-20mA或者0-10信号。热电阻输出的是电阻值，变送器是把电阻变成你需要的电信号第三十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.2.3开环与闭环控制系统的比较

闭环系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均相当不敏感。这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精密的控制系统。在开环情况下，就不可能做到这一点。

从稳定性的观点出发，开环控制系统比较容易建造，因为对开环系统来说，不存在稳定性的问题。但是在闭环系统中，稳定性则始终是一个重要问题。因为闭环系统可能引起过调误差，从而导致系统做等幅振荡或变幅振荡。

工程上常采用的复合控制方法，就是把两者结合起来使用。复合控制实质上是在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号（给定或扰动）的顺馈通路，对该信号实行加强或补偿，以达到精确的控制效果。常见的方式有以下两种：第三十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.附加给定输入补偿

通常，附加的补偿装置可提供一个顺馈控制信号，与原输入信号一起对被控对象进行控制，以提高系统的跟踪能力。控制器控制对象补偿装置输入输出+-图1-14附加输入给定补偿微分环节，超前控制，快速控制第三十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2.附加扰动输入补偿

该种复合控制方框图。附加的补偿装置所提供的控制作用，主要起到对扰动影响“防患未然”的效果。控制器控制对象补偿装置输入输出+-+扰动图1-15附加扰动输入补偿

附加的顺馈回路相当于开环控制，对补偿装置稳定性的要求较高，否则会减弱补偿效果。但对闭环性能影响不大，特别对稳定性无影响，却能大大提高控制精度，获得广泛应用。第三十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.3自动控制系统的分类及基本组成

自动控制系统有多种分类方法。例如，按信号传递路径，可分为开环，闭环等控制系统；按系统元件的属性可分为机械，电气，液压和气动控制系统。按功率大小分为……都是按系统明显的结构特征来分的。分类的目的在于应用上的方便，从研究自控系统的动态性能，运动规律和设计方法的理论角度，除按系统信号传递路径分外，还可以用如下四种分类方式。1.3.1按给定信号的特征划分

给定信号是系统的指令信息。它代表了系统希望的输出值，反映了控制系统要完成的基本任务和职能。

1.恒值控制系统：给定输入维持不变，希望输出维持在某一特定值上。液位控制系统，直流电动机调速系统等等。

2.随动控制系统：给定信号是预先不知道的随机信号。要求系统的输出快速、准确地跟随给定值的变化。NO.1跟随性，NO.2抗干扰性。跟踪卫星的雷达天线系统，自动导航系统，自动测量仪器等。

3.程序控制系统：给定值按预先给定的规律变化的控制系统。比随动系统的设计有针对性，数控机床，加热炉温度自动控制等。第四十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.3.2按系统的数学描述划分

1.线性系统

当系统各元件输入输出特性都是线性特性，系统的状态和性能可以用线性微分（或差分）方程来描述时，则称这种系统为线性系统。

所谓线性特性是指元件的静特性是一条过原点的直线，也称其为线性元件。因此，由线性元件组成的系统则必是线性系统。线性系统的一个突出特点就是满足叠加原理，可运用叠加原理的两个性质（叠加性和齐次性），作为鉴别系统是否为线性系统的依据。可细分为线性定常系统和线性时变系统。

2.非线性系统

系统中只要存在一个非线性特性的元件，系统就由非线性方程来描述，这种系统称为非线性系统。图1-16常见非线性特性（a）饱和特性（b）继电特性（c）死区特性INOUT本质非线性非本质非线性非本质非线性第四十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.3.3按信号传递的连续性划分

1.连续系统

连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数。这类系统的运动状态是用微分方程来描述的。连续系统中各元件传输的信息在工程上称为模拟量，多数实际物理系统都属于这一类，其输入输出一般用r(t)和c(t)表示。r(t)

t

0c(t)

t

0

图1-17模拟量的输入输出模拟元件r(t)c(t)第四十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二2.离散系统

控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一般用差分方程来描述。实际物理系统中，信息的表现形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要，人为地将连续信号离散化，我们称其为采样。c(t)

t

0c(t)c*(t)c*(t)

t

0图1-18采样过程A/D计算机D/A放大器对象检测元件+-r(t)e(t)e*(t)数字控制器c(t)图1-19计算机控制系统第四十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.3.4按系统的输入与输出信号的数量划分

1.单变量系统（SISO）（P13图1-20）

外部特性是只有一个输入，一个输出，但内部可以是多回路，多变量。经典控制理论的主要研究对象，工具：传递函数；本课程讲授的内容。

2.多变量系统（MIMO）（P13图1-21）

有多个输入量，多个输出量。

现代控制理论的主要研究对象，工具：状态空间法；讨论多参数、多变量、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析和设计。随着科技的发展，系统越来越复杂，计算机的使用，使复杂系统的精确控制成为可能。并使得现控向纵深发展，最佳控制，自适应，自学习，鲁棒，控制等得到充分的研究。并扩充到非工程领域，如经济，生物，社会经济系统等。第四十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二40~50年代：经典控制理论（频域法或复频域法）核心：传递函数，稳定性、稳定裕度等特点：图形方法，直观简便，设置参数少，（以简单控制结构获取相对满意的性能）适用范围：单输入单输出（SISO）系统数学基础：复变函数，积分变换1.4自动控制理论的发展概括第四十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二标志性事件(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(4)

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。第四十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(5)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(SampledDataSystem)(6)

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第四十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二50年代开始，由于空间技术的发展，各种高速、高性能的飞行器相继出现，要求高精度地处理多变量、非线性、时变和自适应等控制问题，60年代初又形成了现代控制理论。现代控制理论的基础是：1956年庞特里亚金提出了极大值原理，1957年贝尔曼（R.Bellman）提出了动态规划，1960年卡尔曼（R.E.Kalman）提出了最优滤波理论以及状态空间方法的应用。从60年代至今40多年来，现代控制理论又有巨大的发展，并形成了若干学科分支，如线性控制理论、最优控制理论、动态系统辨识、自适应控制、大系统理论等。存在问题：

限于线性定常系统

限于单输入单输出系统

设计综合系统时要用试探法，不能一次得出满意的结果。第四十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二60~70年代：现代控制理论（状态空间法）核心：状态变量的能控、能观性，系统性能的最优化特点：时域法，统一处理SISO、MIMO系统，有完整的理论体系数学基础：线性代数，矩阵理论缺点：对系统的数学模型精度要求高，实际性能达不到设计的最优，所需状态反馈难以直接实现第四十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二现代控制(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，制导及跟踪)，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)。第五十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(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第五十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(4)

世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957)Sputnik1wasthefirstartificialsatellitelaunchedintospace1957.Laika.Sputnik2第五十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(5)

美国GeorgeDevol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的JosephEngelberger创立了第一家机器人公司--Unimation(6)

美籍匈牙利人R.E.Kalman发表“OntheGeneralTheoryofControlSystems”等论文，引入状态空间法分析系统，提出能控性，能观测性，最佳调节器和kalman滤波等概念，奠定了现代控制理论的基础(1960)R.E.Kalman第五十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(7)

苏联东方-１号飞船载着加加林进入人造地球卫星轨道，人类宇航时代开始了(1961)1961,attheageof27,Gagarinlefttheearth.ItwasAprilthe12th,9.07Moscowtime(launch-site,Baikonur).108minuteslater,hewasback.Theperiodoforbitalrevolutionwas89:34minutes(thisfigurewas"calculatedbyelectroniccomputers").Themissionsmaximumflightaltitudewas327000meters.Themaximumspeedreachedwas28260kilometersperhour.宇宙哥伦布-加加林AstampissuedbyRussiatomemorizeY.GagarinCapsuleusedinfirstmannedorbitofearthIn1961,thefirsthumantopilotaspacecraft,YuriGagarin,waslaunchedbytheSovietUnionaboardVostokI.第五十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(8)1963年,美国的LoftiZadeh与C.Desoer发表LinearSystems-AStateSpaceApproach。1965年，Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念(9)美国的E.I.Jury

发表“数字控制系统”(Sampled-DataControlSystem)

，建立了数字控制及数字信号处理的基础(1958)

C.Desoer第五十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(10)

苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着陆成功(1966)，三年后(1969)，美国“阿波罗”11号把宇航员N.A.Armstrong（1930-2012）送上月球。N.A.Armstrong第五十六页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(11)

瑞典KarlJ.Astrom提出最小二乘辩识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法(1967)，六年后，提出了自启调节器，建立自适应控制的基础。Astrom于1993年获得IEEEMedalofHonor。K.J.Astrom(12)

英国H.HRosenbrock

发表StateSpaceandMultivariableTheory(1970)。加拿大W.MWonham

发表LinearMultivariableControl:AGeometric几何Approach(1974)。W.MWonham第五十七页，共七十五页，编辑于2023年，星期二70年代~现在

多种新型控制理论多变量频域控制理论①经典SISO→MIMO；②基于互质分解的全新的频域优化理论鲁棒控制（robustcontrol）鲁棒性（robustness）：系统存在模型误差或受到扰动时仍能保持良好性能的能力。鲁棒控制：使系统具有良好鲁棒性的控制智能控制（intelligentcontrol）控制系统具有拟人智能（学习、记忆、判断、推理等）大系统控制、复杂系统控制等

被控系统具有高维数、强关联、多约束、多目标、不确定性、分散性、非线性、大时滞、难建模等特征，如电力系统、城市交通系统、网络系统、制造系统、经济系统等第五十八页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(1)

美国的M.E.Merchant提出计算机集成制造的概念(CIMS)(1969)无人工厂，个性化生产第五十九页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(2)

美国ARPA计算机网络初步建成(1971)(16)

日本Fanuc(法兰克/富士通)公司研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(1976)第六十页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(3)

美国R.Brockett提出用微分几何研究非线性控制系统(1976)，意大利A.Isidori出版(NonlinearControlSystems)(1985)。A.IsidoriR.Brockett第六十一页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(4)

加拿大G.Zames提出H∞

鲁棒控制设计方法(1981年)(5)

美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功(1981年)GorgeZames第六十二页，共七十五页，编辑于2023年，星期二(6)

美国A.Bryson

和Y.CHo

发表AppliedOptimalControl(1969)。Y.CHo

和X.RCao等提出离散事件系统理论(1983)(7)

中国批准863高技术计划，包括自动化领域的计算机集成制造系统CIMS和智能机器人两个主题(1986)A.BrysonYuC.HoP.Kokotovic第六十三页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.5自动控制系统的基本组成在形形色色的自动控制系统中，反馈控制是最基本的控制方式之一。一个典型的反馈控制系统总是由控制对象和各种结构不同的职能元件组成的。除控制对象外，其他各部分可统称为控制装置。每一部分各司其职，共同完成控制任务。下面给出这些职能元件的种类和各自的职能。

给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。

测量元件：其职能是检测被控量，如果测出的物理量属于非电量，大多情况下要把它转换成电量，以便利用电的手段加以处理。输出输入放大元件+-测量变送元件给定元件执行元件串联校正元件+-对象反馈校正元件图1-22反馈控制系统基本组成第六十四页，共七十五页，编辑于2023年，星期二

比较元件：其职能是把测量元件检测到的实际输出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。

放大元件：其职能是将过于微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。

执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。

校正元件：为改善或提高系统的性能，在系统基本结构基础上附加参数可灵活调整的元件。工程上称为调节器。常用串联或反馈的方式连接在系统中。输出输入放大元件+-测量变送元件给定元件执行元件串联校正元件+-对象反馈校正元件图1-22反馈控制系统基本组成第六十五页，共七十五页，编辑于2023年，星期二1.6对控制系统的要求和分析设计1.6.1对系统的要求

各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备以下两个方面的性能：（1）使系统的输出快速准确地按输入信号要求的期望输出值变化。快速性（2）使系统的输出尽量不受任何扰动的影响。抗干扰

这是对所有控制系统提出的基本要求。如果要精确的保持被控量等于期望值，任何时候都相等，毫无延迟，实现起来很难，只能近似实现。在实际系统中，由于总是存在着不同性质的储能元件(惯性)。并且也由于能源功率的限制，使得系统放大能力必然有限。因而使相应的运动加速度不会太大，速度和位移不会瞬间变化，而要经历一段时间，即系统运动必然有