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文档简介
1、现代教育学家认为:在教学过程中,占中心地位的 应该是“学”而不是教,主张在教师指导下,由学生自己 去“发现”规律、自己去“研究”问题。教师的主要任务在 于启发而不在于讲解,教方法、教思路比一般地教知识、教内容更重要。学生的主要任务在于思考,而不是单纯的记忆,强调理解比单纯记忆更重要。 可以预言,未来的“文盲”将不再是目不识丁的人, 而是一些没有学会学习方法、不会自己钻研问题和没有 预见能力、分析能力的人。,控制工程基础,学习是基础,思考是关键,实践是根本。,武汉理工大学机电工程学院 黄安贻 ,Education and Scholarship Titles,Research Interests
2、:,Test and Control Techniques; DCS/FCS based on Ethernet Cybernetics and Control Engineering Intelligent Instruments 输出为位移、速度或 加速度等机械量。,输入为已知的时间函数; 按已知程序进行控制。,伺服控制实例采用电压比较的电动工作台位置控制系统,控制框图,指令 电位器,反馈 电位器,电放大 Ka,E,Ui,E,-,电压 比较,UP,Ka,工作台,电机,连续控制系统,离散控制系统,控制系统中各部分的信号 均为时间的连续函数;,控制系统中至少有一处信号 为时间的离散函数;,1.
3、3 控制系统的基本类型,1.3 控制系统的基本类型,线性控制系统,非线性控制系统,组成系统的各元件具有线性特性; 具有齐次性; 满足叠加原理。,组成系统的各元件有一个或一个 以上具有非线性特性; 不满足叠加原理。,1.3 控制系统的基本类型,时变控制系统,定常控制系统,控制系统的参数随时间而变化,控制系统的参数不随时间而变化,本课程所涉及主要是线性定常(LTI)控制系统,1.4 对控制系统的基本要求,自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门学科。尽管自动控制系统有不同的类型,对每个系统也都有不同的特殊要求,但对于各类系统来说,在已知系统的结构和参数时,我们感兴趣的都是系统在某种典型输入信号下,
4、其被控量变化的全过程。例如,对恒值控制系统是研究扰动作用引起被控量变化的全过程,对随动系统是研究被控量如何克服扰动影响并跟随参量的变化过程。但是,对每一类系统被控量变化全过程提出的共同基本要求都是一样的,且可以归结为稳定性(Stability) 、快速性(Rapidity) 、准确性(Accuracy)和鲁棒性(Robustness),即稳、准、快、健的要求。,一 瞬态响应和稳态响应,控制系统,系统中有蓄能元件,蓄能元件之间有能 量交换;从信息角度看,系统中存在信 息交换。简言之,由于系统总有惯性, 系统的输出不可能立即跟上输入,输出 要跟上突变的输入需要一定的时间。,动态系统出 现动态过程
5、的原因,系统从一个稳定工作状态到达另一个稳定工作状态的过 程,或受扰动后,重新恢复原来稳定工作状态的过程。,瞬态响应,二 对控制系统的基本要求,系统 稳定性,响应 快速性,控制 准确性,输出量对给定的输入量的偏离随着时间增长逐渐趋近于零的性质。,输出量与给定的输入量之间产生偏差时,消除这种偏差的快慢程度。,瞬态响应结束后,输出量与给定的输入量的误差的大小,描述控制精度。,控制 鲁棒性,鲁棒性是指系统特性抵抗系统内外各种扰动影响的能力。如抗结构参数不确定的能力。,1.5 课程基本内容介绍,控制理论是研究各种控制系统共同存在的控制规律的一门技术科学,它是一门方法论学科、交叉学科。,控制和控制系统的
6、一般概念,系统数学模型及其建模方法,系统性能分析和分析方法,系统综合与校正,课 程 基 本 内 容,基本概念,基本原理,基本方法,基本计算,分析方法和分析内容,分析内容,分析方法,控制理论与控制工程,控制理论是研究各种控制系统共同存在的控制规律的一门技术科学,它是一门方法论学科、交叉学科。 自动控制理论发展初期,是以反馈理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制。第二次世界大战期间,为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其它基于反馈原理的军用装备,进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后,已形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要
7、研究单输入单输出、线性定常系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期,随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机技术的应用,为适应宇航技术的发展,自动控制理论跨入了一个新阶段现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优控制问题,采用的方法是以状态为基础的时域法。目前,自动控制理论还在继续发展,并且已跨越学科界限,正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。,发展历史,1788年,第一个控制系统飞球调节器。不稳定;缺乏严密理论计算。,1868年,第一篇研究论文论调节器。提出了“反馈控制”的概念。,1884年,线性控制系统的稳定性判据Routh判据。,1893年,李
8、亚普诺夫稳定性判据提出,不再局限于线性系统。,1932年,Nyquist提出线性定常系统稳定性的频域分析法和稳定性判据。,1934年,第一部著作Theory of Servo-Mechanisms出版。(美Hazen),1940s中期,Bode图、负反馈控制、随动系统等提出,并成功用于军事。,1947年,Norbert Wiener 控制论(Cybernetics)发表,初步形成自动控制理论体系,并推动第二次工业革命发展。,1948年,Evans提出了根轨迹法,形成了经典控制理论的完整体系。,1954年,钱学森发表工程控制论,推动了控制论的工程应用。,1960s,核能技术和航天技术等对控制系统
9、提出了高速度、高精度等要求,暴露经典控制理论的局限性。Kalman提出状态空间分析法、Pontryagin提出极大值原理、Bellman提出动态规划法构成现代控制理论的基本内容。,控制工程研究的对象与任务,控制工程是以研究各种控制系统共同存在的控制规律为对象的一门科学。它的主要任务是系统分析和综合。,系统分析,系统综合,在系统的结构和参数已经确定的条件下,对系统的性能进行分析,并提出改善性能的途径。,根据系统要实现的任务,给出稳态和动态性能指标,要求组成一个系统,并确定适当的参数,使系统满足给定的性能指标。,具体地说,它研究的是广义动力学系统在一定的外界条件即输入或激励作用下,从系统的一定的初始状态出发,所经历的由其固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系
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