自动控制技术在电气工程中的应用-课件

共57页第1页自动控制技术在电气工程中的应用

控制理论是关于个中系统的一般性控制规律的科学。它研究如何通过信号反馈来修正动态系统的行为和性能，以达到预期的控制目的。实际系统往往含有许多未知的不确定性因素，为了对它进行有效的控制，就要对它进行辨识、建模或跟踪，对量测信号进行包括滤波、预测、状态估计在内的各种学科处理，然后设计反馈控制规律，使系统的某些性能达到预期的最优指标。共57页第2页

中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：

(1)指南车(2)铜壶滴漏(3)浮子式阀门

(4)饮酒速度的自动调节(5)计里鼓车

(6)漏水转浑天仪

(7)候风地动仪(8)水运仪象台第一节自动化技术共57页第3页西汉千章铜漏1、水钟第一节自动化技术一、古代自动装置共57页第4页2、沙漏第一节自动化技术共57页第5页3、指南车指南车第一节自动化技术共57页第6页

指南车实际是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。

齿轮系车身木人方向车辆转弯第一节自动化技术共57页第7页指南车复原模型第一节自动化技术共57页第8页4、铜壶滴漏第一节自动化技术共57页第9页5、饮酒速度自动调节，计里鼓车饮酒速度自动调节

计里鼓车(复原模型)及原理

第一节自动化技术共57页第10页6、漏水转浑天仪

它是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动仿真。张衡水力天文仪器中齿轮系推想图第一节自动化技术共57页第11页

7、候风地动仪图

候风地动仪图(复原模型)及剖面图第一节自动化技术共57页第12页8、水运仪象台第一节自动化技术共57页第13页水运仪象台枢轮和天衡装置示意图第一节自动化技术共57页第14页9、离心调速器

为了保持蒸汽机的匀速运转，瓦特把一个离心调速器连接在进汽活门上，使其自动调节进汽量。这种装置是最早在技术上使用的自动控制器。离心调速器示意图蒸汽机－自动化的开端第一节自动化技术共57页第15页二、自动化技术形成时期

（18世纪末至20世纪30年代）

公元1788年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统第一节自动化技术共57页第16页三、自动控制理论的诞生

自动化技术从产生到现在，它的发展始终没有离开武器装备的需要。自动化技术在抗击德军空中飞机轰炸、水下潜艇的攻击等方面发挥了巨大作用，为二战的最后胜利做出了巨大贡献。同时，自动化技术在实际应用中得到不断发展，逐步走向了理论化和系统化

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控制论“控制论”这个名词来源于古希腊，原意是“舵手”第一节自动化技术共57页第18页

《控制论》是在现代数学、自动控制技术、通讯技术、电子计算机、神经生理学诸学科基础上相互渗透，由维纳等科学家的精炼和提纯而形成的边缘科学。它主要研究信息的传递、加工、控制的一般规律，并将其理论用于人类活动的各个方面。第一节自动化技术共57页第19页第二节自动化的基本概念与结构赛伯（自动化）原理1、自动化控制过程2、什么是自动化3、自动化的作用

第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第20页什么是自动化？

(a)手动控制(b)自动控制水温的手动控制和自动控制的示意图第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第21页自动化的作用加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程1.提高社会生产率和工作效率，2.节约能源和原材料消耗，3.保证产品质量，4.改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动，5.改进生产工艺和管理体制。第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第22页取杯过程图第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第23页自动控制分析

一个自动化系统无论结构多么复杂都是由下面几部分组成：

第一，检测比较装置。

第二，控制器。

第三，执行机构。

第四，控制量。第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第24页

二、自动控制定义1、受控对象2、控制器3、传感器4、执行器5、稳定性6、极点7、鲁棒性第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第25页人工控制系统结构图自动控制系统结构图控制系统一般结构图第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第26页压力传感器温度传感器第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第27页电动执行器气动执行器第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第28页不稳定系统稳定系统第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第30页复合控制系统原理框图

第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第31页航天技术军事领域A、应用领域第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第32页机器人技术资源开发A、应用领域第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第33页环境监测海洋探测安全保卫A、应用领域第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第34页医疗诊断交通运输家用电器A、应用领域第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第35页现代控制理论的基本内容

本质：“时域法”引入了“状态”的概念，用“状态变量”（系统内部变量）及“状态方程”描述系统。

第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第36页（一）线性系统理论1．系统辨识2．最优控制3．自适应控制

模型参考自适应控制（ModelReferenceAdaptiveControl）

自校正适应控制（Self-TurningAdaptiveControl）

第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第37页（二）非线性系统理论

主要的研究手段，包括Lyapunov函数、微分流形及微分动力学等工具并结合计算机仿真研究第二节自动控制理论的基本概念与结构共57页第38页第三节智能控制一、概念二、特点

1、分析和设计控制系统的重点在智能机模型

2、智能控制的核心是高层控制

3、智能控制为四元结构。

4、智能控制是新兴的研究和应用领域。共57页第39页智能控制结构第三节智能控制共57页第40页智能控制结构第三节智能控制共57页第41页3、分类

1．递阶智能控制2．专家智能控制3．模糊控制4．神经网络智能控制第三节智能控制共57页第42页递阶智能控制第三节智能控制共57页第43页专家智能控制第三节智能控制共57页第44页模糊控制第三节智能控制共57页第45页神经网络智能控制第三节智能控制共57页第46页智能控制技术的应用

（1）在工业过程控制中的应用包括石油化工、冶金、化工等方面。（2）在分散控制系统（DCS）和可编程控制器（PLC）中的应用。（3）在故障诊断及其他方面的应用。第三节智能控制共57页第47页第四节现代控制技术在电力系统控制中的应用1、线性最优控制在电力系统中的应用2、自适应控制在电力系统中的应用3、变结构控制在电力系统中的应用4、人工神经网络在电力系统中的应用5、专家系统在电力系统中的应用共57页第48页自适应控制在电力系统中的应用第四节现代控制技术在电力系统控制中的应用共57页第49页变结构控制在电力系统中的应用第四节现代控制技术在电力系统控制中的应用共57页第50页人工神经网络在电力系统中的应用第四节现代控制技术在电力系统控制中的应用共57页第51页专家系统在电力系统中的应用第四节现代控制技术在电力系统控制中的应用共57页第52页第五节自动控制在21世纪的发展趋势

（1）控制理论受到高科技需求的推动。

（2）控制理论的发展与数学共存。（3）控制理论与其他领域广泛交叉。（4）复杂系统控制理论问题引起人们的重视。

共57页第53页自动控制在21世纪的发展趋势第五节自动控制技在21世纪的发展趋势共57页第54页自动控制在21世纪的发展趋势第五节自动控制技在21世纪的发展趋势共57页第55页自动控制在21世纪的发展