控制原理实验指导书第三版chapter1(2011).ppt

1、Automatic Control Theory,College of Information Science and Technology Beijing University of Chemical Technology,Juan Chen ,北京化工大学信息科学技术学院,Learning Hours Distribution,48Hrs This semester ：48 Learning hours（Chapter 1,2,3,5),6 Learning hours on Computer 40 Learning hours on Lecture 2 Discussion,北京化工大学

2、信息科学技术学院,控制原理网站：202.4.136.248,Automatic Control Theory Website,北京化工大学 本科生教育（教务处） Eyou用户 默认 登录 10. 自动控制原理A2（王晶） 下载专区 ppt课件, 教材勘误表，MATLAB学习演示，讨论等,北京化工大学信息科学技术学院,References,李中华等译 自动控制原理与设计, 人民邮电出版社， 2007年 厉玉鸣等主编 自动控制原理 北京化工大学 ，化学工业 出版社，2009年 胡寿松主编自动控制原理（第四版），国防工业出版社。2002年,北京化工大学信息科学技术学院,胡寿松主编自动控制原理习题集国

3、防工业出版社,Lab Instruction Book,本校自动化系编自动控制原理实验指导书,Lab Software,MATLAB,Lab Software References,薛定宇主编反馈控制系统设计与分析- MATLAB语言应用，清华大学出版社，2000年 孙亮主编MATLAB 语言与控制系统仿真北京工 业大学出版社,北京化工大学信息科学技术学院,Courses Nature,Examination,Academic Credit(学分）,2,25% Homework Assignments and discussion 15% Lab 60% Final Exam,Grading,

4、北京化工大学信息科学技术学院,This course features,专业基础理论课，理论性创新性强,研究控制系统的一般规律,设计和分析自动控制系统,Arrangement and description 课程安排与说明,教材兼顾国内外情况 有关MATLAB部分自学 专业英语的学习,北京化工大学信息科学技术学院,Knowledge 应具备的知识：,Mathematical knowledge 数学知识：,线性代数 矩阵计算 ，矩阵加、减、乘法。,（2）矩阵行列式 3维,拉普拉斯变换、反变换,微分方程求解,复变函数留数定理（求部分分式展开）,北京化工大学信息科学技术学院,（3）矩阵求秩,Con

5、tents of the Course,An Overview and Brief History of Feedback Control. (Basic Concepts,Basic Structures of Feedback Systems) System Dynamic Models(modeling and Simulink) System Dynamic Response (Time-Domain Analysis) The Frequency-Response Design Method Control System Desgin,北京化工大学信息科学技术学院,Chapter 1

6、An Overview and Brief History of Feedback Control,Introduction of Control System A Brief History of Feedback Control The Principle of Feedback Control Basic Forms of Control System Basic Components of Closed-loop system Basic Requirements (Performance) Classification of Control System,北京化工大学信息科学技术学院

7、,l自动控制：,l A Control System：,在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）的某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。,An interconnection of components forming a system configuration that will provide a desired system response.,1.1 Introduction of Control System,北京化工大学信息科学技术学院,自动控制理论 是研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论 是研究自动控制过程共同规律的技术

8、学科.,automatic control theory It is a theory that is to study the composition of the control system and to analysis and design system. It is a technical disciplines that is to study the common law of automatic control process,北京化工大学信息科学技术学院,1.2 A Brief History of Classical Control,北京化工大学信息科学技术学院,An O

9、verview and brief history of automatic control theory,Classical control theory (The early 19th century) Time-Domain Analysis Complex frequency domain Analysis(Root locus method) Frequency domain Analysis( Frequency-Response Design Method ),Intelligent Control Theory(The 70 years of the 20th century)

10、 (Post-modern control theory) large system Expert System Hcontrol Fuzzy control Neural network control Genetic algorithm SVM(support vecter machine),Modern Control Theory (The 60 years of the 20th century) Linear system control Optimal Control and best estimate System Identification Adaptive control

11、 Robust Control Fault-tolerant control Complex systems control,Brief History Chart,爱趣无趣,Industry Agriculture Textile (纺织） Sociological（社会学） Biological Ecological（生态） Economic Systems Medical Science,It is Widely Applied to the Field of Control Theory,北京化工大学信息科学技术学院,Increased productivity Improved pe

12、rformance or product quality Improve working conditions Waste and emission minimization Environmental protection Reduce costs Higher safety,Significance of Automation,北京化工大学信息科学技术学院,Old idea of Feedback Control,1940s The World War- Independent discipline,Fly-ball governor by James Watt the first imp

13、ortant outcome in Control (1788),Ancient invention in China,First, electronic communication to get amazing achievements in the engineering,北京化工大学信息科学技术学院,Classical Control,Application,Early Historical Control ofLiquid Level and Flow,Float valve,北京化工大学信息科学技术学院,Fly-ball Governor Invented by James Watt

14、 （1769）,北京化工大学信息科学技术学院,Fly-ball Governor,北京化工大学信息科学技术学院,Electronic Communications Engineering,北京化工大学信息科学技术学院,Norbert Wiener（ 1894-1964 ）,Famous Scholars,Father of Cybernetics ,美国数学家，控制论的创始人。先后涉足哲学、数学、物理学和工程学，最后转向生物学，在各个领域中都取得了丰硕成果，称得上是恩格斯颂扬过的、本世纪多才多艺和学识渊博的科学巨人。,北京化工大学信息科学技术学院,主要成绩：,一生发表论文240多篇，著作14本

15、。他的主要著作有控制论(1948)、维纳选集(1964)和维纳数学论文集(1980)。维纳还有两本自传昔日神童和我是一个数学家。,北京化工大学信息科学技术学院,钱学森：1911-2009,1934年毕业于西安交通大学机械工程系 。是人类航天科技的重要开创者和主要奠基人之一，是航空领域的世界级权威、空气动力学科的第三代挚旗人。,中国航天之父,北京化工大学信息科学技术学院,主要成绩,“两弹一星功勋奖章”；国家杰出贡献科学家；中国绿色贡献终身成就奖。,代表作品,工程控制论、物理力学讲义、星际航行概论、论系统工程 。,北京化工大学信息科学技术学院,北京化工大学信息科学技术学院,Lotfi A. Zad

16、eh(1921),美国自动控制专家，美国工程科学院院士，被誉为模糊系统理论的创始人、模糊数学之父。1921年2月生于苏联巴库，1949年获哥伦比亚大学电机工程博士，现任美国伯克利加利福尼亚大学电机工程与计算机科学系教授。因发展模糊集理论的先驱性工作而获电气与电子工程师学会(IEEE)的教育勋章。,Father of Fuzzy Logic Control,主要贡献,他在博士论文中引入的时变变换函数的概念，成为线性时变系统分析的工具。推广了维纳预测理论，发展的采样控制系统的Z变换逼近。给出一种设计非线性滤波器的新的逼近方法。,线性系统的状态空间理论是该领域的经典著作。,模糊控制理论,代表作品,在

17、信息与控制杂志第8期上发表模糊集的论文,引起了各国数学家和自动控制专家们的注意。,北京化工大学信息科学技术学院,Classical Control Math Tools,Linear Differential Equations; Transfer Function Based on the Laplace Transform .,The Object of Study,Sigle-input-Sigle-output Linear Time-unvarying System,The limitation of Classical Control Theory,Mainly used for

18、Linear time-invariant System,Only for single-input single-output system,Mathematical model is an external description Only discuss the relationship between input and output of Systemn. Thereby ignoring the intrinsic properties of the system.,It can not provide optimal control features,北京化工大学信息科学技术学院

19、,（Narrow ！),Three Analysis Methods of Classical Control Theory,Time-Domain Analysis,北京化工大学信息科学技术学院,Root-locus Method,Frequency-Domain Analysis,The task of classical control theory courses and Curriculum system Structure,Curriculum system Structure,北京化工大学信息科学技术学院,北京化工大学信息科学技术学院,1970s Stimulated by th

20、e space exploration,The development depends on a powerful tool-Computer.,State-space design method,Linear and nonlinear systems, Multi-input Multi-output System, Time-unvarying System. Time-varying Systems.,Modern Control,The Object of Study,Math Tools,Linear Algebra ; Matrix Analysis,Analysis Metho

21、d,New problems,北京化工大学信息科学技术学院,Depends on the mathematical model of control object,Not suitable for uncertain object,Study hot spot,Robust Control,IMC(internal model control),Nonlinear Control,Predictive Control,Multivariable Decoupling Control,北京化工大学信息科学技术学院,Intelligent Control,The Object of Study,S

22、tudy Method,Problems in control theory at present,The Serious Separation Between Theory Study and Practical Application,1.3 Control System Basic Form,1.Open-loop control,2. Closed-loop control,北京化工大学信息科学技术学院,3. Composite control,北京化工大学信息科学技术学院,Open-loop Control,Feature,Shortcomings, The simplest Con

23、trol mode, Simple structure, easy maintain, low cost, No close loop for signal transmission, Output make no effects on Controlling variable, Low control accuracy, Poor anti-disturbance performance, High requirements to elements,北京化工大学信息科学技术学院,Close-loop Control,- Feedback Control,Feedback path,Close

24、 loop for Signal Transmission,北京化工大学信息科学技术学院,Composite Control,- Feedback Control,- Feed-forward Control,Feedback path,Feed-forward path,Close loop for Signal Transmission,4. Negative and Positive Feedback（负反馈和正反馈）,Negative feedback is often used for control system,Deviation signal: e=u-v,Negative f

25、eedback,Positive feedback,Deviation signal: e=u+v,北京化工大学信息科学技术学院,1.4 The Structure of Automatic Control System,北京化工大学信息科学技术学院,北京化工大学信息科学技术学院,Some Terms in Control System,北京化工大学信息科学技术学院,Case 1: Water Level control system in Lab,set point,Water Flow,Water Level 1,Water Level 2,Controller,Valve,Tank1,T

26、ank2,Senor Transmitter,Block diagram for water level control system,Case 2: Temperature Control System in Reactor,Crafts flow chart,TT,TC,z,y0,YoutTemperature,Cold water,Thermometer,Casing,Blender,Reaction product,Yin: Temperature,q: Flow,北京化工大学信息科学技术学院,Block diagram for temperature control system,北京化工大学信息科学技术学院,北京化工大学信息科学技术学院,Case 3: Teaching Process of Control Theory,1.5 Classification of control systems,1. By the form of the given signal,北京化工大学信息科学技术学院,Settings unchanged system（定值系统）,Servo System （随动系统）,Applications Field,Applicat