清華大學(xué)精儀系001-控制工程基礎(chǔ)-緒論

1、2021-8-1第一講 緒論1 控制工程基礎(chǔ) 第一講：緒論 清華大學(xué)清華大學(xué) 朱志明朱志明 2021-8-1第一講 緒論 2 主要內(nèi)容 l引言 l控制系統(tǒng)的工作原理和組成 l自動控制系統(tǒng)的基本類型 l對自動控制系統(tǒng)的基本要求 l自動控制理論的發(fā)展簡史 l小結(jié) l教學(xué)大綱 2021-8-1第一講 緒論 3 引言（1） l自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝 置，使生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程（被控制對象）的某些物理 量自動地按照預(yù)定的（恒定或變動的）規(guī)律運(yùn)行。 l電冰箱恒溫控制：電冰箱恒溫控制：由于冰箱內(nèi)儲物量的增減，開啟和關(guān)由于冰箱內(nèi)儲物量的增減，開啟和關(guān) 閉冰箱門的次數(shù)不同，外界溫度的變化

2、等，都會影響冰閉冰箱門的次數(shù)不同，外界溫度的變化等，都會影響冰 箱內(nèi)的溫度，若希望維持冰箱內(nèi)溫度恒定不變，則需要箱內(nèi)的溫度，若希望維持冰箱內(nèi)溫度恒定不變，則需要 有控制裝置對冰箱內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。有控制裝置對冰箱內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。 2021-8-1第一講 緒論 4 引言（2） l宇宙飛船宇宙飛船在茫茫太空中要按預(yù)定的軌道飛行，并保持一在茫茫太空中要按預(yù)定的軌道飛行，并保持一 定的姿態(tài)，但太空中有千變?nèi)f化的因素對它產(chǎn)生影響，定的姿態(tài)，但太空中有千變?nèi)f化的因素對它產(chǎn)生影響， 需要有高性能的控制裝置對它進(jìn)行控制。需要有高性能的控制裝置對它進(jìn)行控制。 l人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星能夠發(fā)射到預(yù)定軌道并能準(zhǔn)

3、確回收。能夠發(fā)射到預(yù)定軌道并能準(zhǔn)確回收。 l無人駕駛飛機(jī)無人駕駛飛機(jī)能按預(yù)定航行線自動飛行。能按預(yù)定航行線自動飛行。 l跟蹤雷達(dá)和指揮儀所組成的防空系統(tǒng)能使跟蹤雷達(dá)和指揮儀所組成的防空系統(tǒng)能使火炮火炮自動地瞄自動地瞄 準(zhǔn)目標(biāo)。準(zhǔn)目標(biāo)。 2021-8-1第一講 緒論 5 引言（3） l化工生產(chǎn)中化工生產(chǎn)中反應(yīng)塔的溫度和壓力反應(yīng)塔的溫度和壓力能夠自動維持恒定不變。能夠自動維持恒定不變。 l程序控制機(jī)床程序控制機(jī)床能夠按預(yù)先排定的工藝程序自動地進(jìn)行切削，能夠按預(yù)先排定的工藝程序自動地進(jìn)行切削， 加工出預(yù)期的幾何形狀。加工出預(yù)期的幾何形狀。 l在鋼鐵工業(yè)中，在鋼鐵工業(yè)中，初軋機(jī)初軋機(jī)的軋輥來回轉(zhuǎn)動，將

4、鋼錠碾軋至規(guī)的軋輥來回轉(zhuǎn)動，將鋼錠碾軋至規(guī) 定尺寸。為了保證軋制質(zhì)量，要求實(shí)現(xiàn)低速咬鋼、帶鋼升定尺寸。為了保證軋制質(zhì)量，要求實(shí)現(xiàn)低速咬鋼、帶鋼升 速、高速軋制等，這就要求拖動軋機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向速、高速軋制等，這就要求拖動軋機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 按照一定的規(guī)律變化；然而，由于鋼錠尺寸的不同，加熱按照一定的規(guī)律變化；然而，由于鋼錠尺寸的不同，加熱 溫度不同，以及由于鋼錠進(jìn)入軋輥時(shí)對軋輥的沖擊等，都溫度不同，以及由于鋼錠進(jìn)入軋輥時(shí)對軋輥的沖擊等，都 會導(dǎo)致電機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速發(fā)生巨大波動，從而需要有控制會導(dǎo)致電機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速發(fā)生巨大波動，從而需要有控制 裝置對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。裝置對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行

5、控制。 2021-8-1第一講 緒論 6 引言（4） l不同的生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)過程雖然要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)各不相同，但不同的生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)過程雖然要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)各不相同，但 都有一個(gè)共同點(diǎn)，即要求其中的某些物理量（如溫度、速度、都有一個(gè)共同點(diǎn)，即要求其中的某些物理量（如溫度、速度、 位置等）按照特定的規(guī)律變化。位置等）按照特定的規(guī)律變化。（被控制量、輸出量） l現(xiàn)實(shí)世界中存在各種阻礙上述要求實(shí)現(xiàn)的因素（現(xiàn)實(shí)世界中存在各種阻礙上述要求實(shí)現(xiàn)的因素（擾動擾動）；凡）；凡 是由外部作用引起的擾動稱為是由外部作用引起的擾動稱為外擾（如外界溫度、負(fù)載波動、（如外界溫度、負(fù)載波動、 風(fēng)向和風(fēng)力的變化）；由于內(nèi)部元器件特

6、性變化引起的擾動風(fēng)向和風(fēng)力的變化）；由于內(nèi)部元器件特性變化引起的擾動 稱為稱為內(nèi)擾。 l為解決上述矛盾，就要采用控制裝置，對生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過為解決上述矛盾，就要采用控制裝置，對生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過 程的這些物理量進(jìn)行控制。被控制的生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程稱程的這些物理量進(jìn)行控制。被控制的生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程稱 為為被控對象。 l研究自動控制系統(tǒng)的基本理論稱為研究自動控制系統(tǒng)的基本理論稱為自動控制理論。 2021-8-1第一講 緒論 7 引 言（5） l在人類征服自然、改造自然的過程中，自動控制技術(shù)起在人類征服自然、改造自然的過程中，自動控制技術(shù)起 著極其重要的作用。著極其重要的作用。 l自動控制技術(shù)在工業(yè)

7、、農(nóng)業(yè)、國防、交通運(yùn)輸、企業(yè)管自動控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通運(yùn)輸、企業(yè)管 理、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈廣泛。理、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈廣泛。 l自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地提高了勞動生產(chǎn)率， 提高了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了人們的生活水平和勞動條件。提高了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了人們的生活水平和勞動條件。 l隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字計(jì)算機(jī)的迅速隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字計(jì)算機(jī)的迅速 發(fā)展和應(yīng)用，自動控制技術(shù)更顯示了越來越重要的作用發(fā)展和應(yīng)用，自動控制技術(shù)更顯示了越來越重要的作用 和廣闊的前景。和廣闊的前景。 2021-8

8、-1第一講 緒論 8 控制系統(tǒng)的工作原理和組成 l人工控制系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng) 人工控制系統(tǒng) 自動控制系統(tǒng) l開環(huán)控制和閉環(huán)控制 開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) l反饋控制系統(tǒng)的基本組成 基本組成 名詞術(shù)語 l閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)比較 2021-8-1第一講 緒論 9 人工控制系統(tǒng)（1） 恒溫爐爐溫人工控制系統(tǒng)原理圖恒溫爐爐溫人工控制系統(tǒng)原理圖 220V 溫溫 度度 計(jì)計(jì) 眼 手 腦 加熱電阻絲 恒溫爐 調(diào)壓器 2021-8-1第一講 緒論 10 人工控制系統(tǒng)（2） 恒溫爐爐溫人工控制系統(tǒng)職能方塊圖恒溫爐爐溫人工控制系統(tǒng)職能方塊圖 （輸入） (輸出) 期望爐溫 手調(diào)壓器恒溫爐 溫度計(jì)眼 反 饋 擾動

9、實(shí)際爐溫 偏差 腦 2021-8-1第一講 緒論 11 自動控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 12 開環(huán)控制系統(tǒng) l系統(tǒng)的控制器與被控對象之間只有順（前）系統(tǒng)的控制器與被控對象之間只有順（前） 向作用，沒有反（逆）向作用，系統(tǒng)的輸向作用，沒有反（逆）向作用，系統(tǒng)的輸 出量對控制作用沒有影響。出量對控制作用沒有影響。 l直流電機(jī)速度開環(huán)控制系統(tǒng) l開環(huán)控制系統(tǒng)的方塊圖 l開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 2021-8-1第一講 緒論 13 直流電機(jī)速度開環(huán)控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 14 開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖 在開環(huán)控制系統(tǒng)中，只有從輸入端到輸出端的信號作用 路徑，而沒有從輸出端到輸入端的作用

10、路徑。 2021-8-1第一講 緒論 15 開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) l結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)整比較方便。結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)整比較方便。 l當(dāng)因擾動作用（如晶閘管整流裝置特性的變化或負(fù)載當(dāng)因擾動作用（如晶閘管整流裝置特性的變化或負(fù)載 轉(zhuǎn)矩變化等）引起電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離原來校準(zhǔn)的數(shù)值時(shí)，轉(zhuǎn)矩變化等）引起電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離原來校準(zhǔn)的數(shù)值時(shí)， 系統(tǒng)沒有對偏差修正的能力。系統(tǒng)沒有對偏差修正的能力。 l開環(huán)控制系統(tǒng)的精度取決于系統(tǒng)校準(zhǔn)的精度和系統(tǒng)中開環(huán)控制系統(tǒng)的精度取決于系統(tǒng)校準(zhǔn)的精度和系統(tǒng)中 元器件特性的穩(wěn)定程度，從而對其所采用的元器件的元器件特性的穩(wěn)定程度，從而對其所采用的元器件的 精度和穩(wěn)定性提出了較高的要求。精度和穩(wěn)定性

11、提出了較高的要求。 2021-8-1第一講 緒論 16 閉環(huán)控制系統(tǒng) l系統(tǒng)的輸出量或狀態(tài)變量對控制作用有系統(tǒng)的輸出量或狀態(tài)變量對控制作用有 直接影響。直接影響。 l直流電動機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng) l導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng) l閉環(huán)控制系統(tǒng)的方塊圖 l閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 2021-8-1第一講 緒論 17 直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 18 導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 19 閉環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，不僅有從輸入端到輸出端的作用路 徑（前向通道），還有從輸出端到輸入端的信號作用路 徑（反饋通道）。由于引入了反饋，系統(tǒng)的方塊圖形成 了閉環(huán)，構(gòu)成了

12、閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2021-8-1第一講 緒論 20 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1） l負(fù)反饋： 使偏差減小或消除的反饋?zhàn)饔?。?fù)反饋控制系統(tǒng)的使偏差減小或消除的反饋?zhàn)饔谩Ｘ?fù)反饋控制系統(tǒng)的 原理是根據(jù)所檢測偏差進(jìn)行控制，從而抑制或消除原理是根據(jù)所檢測偏差進(jìn)行控制，從而抑制或消除 偏差，即檢測偏差，抑制或消除偏差。反饋控制是偏差，即檢測偏差，抑制或消除偏差。反饋控制是 自動控制的基本原理。自動控制的基本原理。 l閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 采用反饋控制提高了系統(tǒng)的精度。采用反饋控制提高了系統(tǒng)的精度。 2021-8-1第一講 緒論 21 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（2） l由擾動引起的偏差，只要擾動作用點(diǎn)被反饋路徑包圍，

13、都由擾動引起的偏差，只要擾動作用點(diǎn)被反饋路徑包圍，都 能被反饋?zhàn)饔靡种苹蛳Ｒ虼耍到y(tǒng)對這部分元器件內(nèi)能被反饋?zhàn)饔靡种苹蛳Ｒ虼耍到y(tǒng)對這部分元器件內(nèi) 部參數(shù)的變化不敏感，可以用精度不高而成本低的元器件部參數(shù)的變化不敏感，可以用精度不高而成本低的元器件 組成。組成。 l對作用點(diǎn)不被反饋路徑包圍的擾動所引起的偏差，反饋?zhàn)鲗ψ饔命c(diǎn)不被反饋路徑包圍的擾動所引起的偏差，反饋?zhàn)?用無能為力，如給定元件、反饋元件的精度。用無能為力，如給定元件、反饋元件的精度。 l當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)配合不當(dāng)時(shí)，可能引起過調(diào)，當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)配合不當(dāng)時(shí)，可能引起過調(diào)， 造成系統(tǒng)振蕩，甚至不能正常工作。對閉環(huán)

14、系統(tǒng)來說，穩(wěn)造成系統(tǒng)振蕩，甚至不能正常工作。對閉環(huán)系統(tǒng)來說，穩(wěn) 定性是一個(gè)重要問題。定性是一個(gè)重要問題。 2021-8-1第一講 緒論 22 反饋控制系統(tǒng)的基本組成（1） 2021-8-1第一講 緒論 23 反饋控制系統(tǒng)的基本組成（2） l給定環(huán)節(jié)：根據(jù)系統(tǒng)輸出量的期望值，產(chǎn)生系統(tǒng)的給根據(jù)系統(tǒng)輸出量的期望值，產(chǎn)生系統(tǒng)的給 定輸入信號的環(huán)節(jié)。定輸入信號的環(huán)節(jié)。 l反饋環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值進(jìn)行測量，將它轉(zhuǎn)對系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值進(jìn)行測量，將它轉(zhuǎn) 換成反饋信號，并使反饋信號成為與給定信號同類型、換成反饋信號，并使反饋信號成為與給定信號同類型、 同數(shù)量級的物理量。同數(shù)量級的物理量。 l比較器：將給定

15、信號與反饋信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差將給定信號與反饋信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差 信號的環(huán)節(jié)。信號的環(huán)節(jié)。 2021-8-1第一講 緒論 24 反饋控制系統(tǒng)的基本組成（3） l控制器：根據(jù)輸入的偏差信號，按一定的控制規(guī)律，根據(jù)輸入的偏差信號，按一定的控制規(guī)律， 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號的環(huán)節(jié)。產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號的環(huán)節(jié)。 l執(zhí)行環(huán)節(jié)：將控制信號進(jìn)行功率放大，直接推動被控將控制信號進(jìn)行功率放大，直接推動被控 對象，使被控制量發(fā)生變化的環(huán)節(jié)。對象，使被控制量發(fā)生變化的環(huán)節(jié)。 l被控對象：控制系統(tǒng)所要控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程，它控制系統(tǒng)所要控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程，它 的輸出量為被控制量。的輸出量為被控制量。 2021-8-

16、1第一講 緒論 25 反饋控制系統(tǒng)的基本組成（4） 2021-8-1第一講 緒論 26 名詞術(shù)語（1） l輸入信號r(t)：又稱輸入量、控制量、給定量。又稱輸入量、控制量、給定量。 它是控制輸出量變化規(guī)律的信號。往往把輸入到控制系統(tǒng)它是控制輸出量變化規(guī)律的信號。往往把輸入到控制系統(tǒng) 中的信號（包括擾動信號）廣義地叫做輸入量。中的信號（包括擾動信號）廣義地叫做輸入量。 l輸出信號c(t)：又稱輸出量、被控制量、被調(diào)整量。又稱輸出量、被控制量、被調(diào)整量。 它的變化規(guī)律是要加以控制的，應(yīng)保持與輸入信號之間有它的變化規(guī)律是要加以控制的，應(yīng)保持與輸入信號之間有 一定的函數(shù)關(guān)系。一定的函數(shù)關(guān)系。 l擾動信

17、號f(t)：又稱擾動和干擾。又稱擾動和干擾。 除控制信號以外，對系統(tǒng)輸出量產(chǎn)生影響的因素都叫擾動。除控制信號以外，對系統(tǒng)輸出量產(chǎn)生影響的因素都叫擾動。 如果擾動產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部，則稱為如果擾動產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部，則稱為內(nèi)擾內(nèi)擾；產(chǎn)生在系統(tǒng)外部，；產(chǎn)生在系統(tǒng)外部， 則稱為則稱為外擾外擾，外擾動也是系統(tǒng)的一種輸入量。，外擾動也是系統(tǒng)的一種輸入量。 2021-8-1第一講 緒論 27 名詞術(shù)語（2） l反饋信號b(t)：或稱反饋量?；蚍Q反饋量。 從系統(tǒng)（或元件）輸出端取出信號，經(jīng)過變換后加到系統(tǒng)從系統(tǒng)（或元件）輸出端取出信號，經(jīng)過變換后加到系統(tǒng) （或元件）輸入端。（或元件）輸入端。 l正反饋：反饋信號與輸

18、入信號符號相同，能加強(qiáng)輸入信號的反饋信號與輸入信號符號相同，能加強(qiáng)輸入信號的 作用。作用。 l負(fù)反饋：反饋信號與輸入信號符號相反，抵消輸入信號作用。反饋信號與輸入信號符號相反，抵消輸入信號作用。 l主反饋：直接取自系統(tǒng)最終輸出端的反饋。主反饋一定是負(fù)直接取自系統(tǒng)最終輸出端的反饋。主反饋一定是負(fù) 反饋，否則偏差越來越大，直至系統(tǒng)失去控制。反饋，否則偏差越來越大，直至系統(tǒng)失去控制。 l局部反饋：除主反饋外，有的系統(tǒng)還有局部反饋，主要是為除主反饋外，有的系統(tǒng)還有局部反饋，主要是為 系統(tǒng)進(jìn)行校正、補(bǔ)償或線性化而加入的。系統(tǒng)進(jìn)行校正、補(bǔ)償或線性化而加入的。 2021-8-1第一講 緒論 28 名詞術(shù)語（

19、3） l偏差信號(t)：或稱偏差或稱偏差 控制信號與主反饋信號之差。 l誤差信號e(t)：或稱誤差或稱誤差 系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與希望值之差。 l注意誤差與偏差不是同一概念，只有在全反饋 系統(tǒng)中，誤差才等于偏差。 2021-8-1第一講 緒論 29 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)比較（1） l閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因此對外擾動和系閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因此對外擾動和系 統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的變化引起的偏差能夠自動的糾正。這樣就可統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的變化引起的偏差能夠自動的糾正。這樣就可 以采用精度不太高而成本比較低的元件組成一個(gè)精確的以采用精度不太高而成本比較低的元件組成一個(gè)精確的 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 l而

20、開環(huán)控制系統(tǒng)則相反，因?yàn)闆]有反饋，故沒有糾正偏而開環(huán)控制系統(tǒng)則相反，因?yàn)闆]有反饋，故沒有糾正偏 差的能力，外擾動和系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的變化將引起系統(tǒng)的精差的能力，外擾動和系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的變化將引起系統(tǒng)的精 度降低。度降低。 l從穩(wěn)定性的角度看，開環(huán)系統(tǒng)容易解決。而閉環(huán)系統(tǒng)的從穩(wěn)定性的角度看，開環(huán)系統(tǒng)容易解決。而閉環(huán)系統(tǒng)的 穩(wěn)定性始終是一個(gè)關(guān)鍵問題。如果參數(shù)選擇不當(dāng)，就會穩(wěn)定性始終是一個(gè)關(guān)鍵問題。如果參數(shù)選擇不當(dāng)，就會 造成系統(tǒng)振蕩，甚至使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，完全失去控制。造成系統(tǒng)振蕩，甚至使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，完全失去控制。 2021-8-1第一講 緒論 30 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)比較（2） l開環(huán)系統(tǒng)容易建造，結(jié)構(gòu)簡

21、單，成本低，工作穩(wěn)定。一般開環(huán)系統(tǒng)容易建造，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定。一般 來說，當(dāng)系統(tǒng)控制量的變化規(guī)律能預(yù)先知道，并且不存在來說，當(dāng)系統(tǒng)控制量的變化規(guī)律能預(yù)先知道，并且不存在 外部擾動（或有辦法抑制）時(shí)，采用開環(huán)控制較好。特別外部擾動（或有辦法抑制）時(shí)，采用開環(huán)控制較好。特別 是被控制量很難進(jìn)行測量時(shí)更是如此。是被控制量很難進(jìn)行測量時(shí)更是如此。 l如果系統(tǒng)的控制量和干擾量均無法事先預(yù)知時(shí)，或系統(tǒng)中如果系統(tǒng)的控制量和干擾量均無法事先預(yù)知時(shí)，或系統(tǒng)中 元件參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，采用閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)就顯得特別突出。元件參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，采用閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)就顯得特別突出。 l若要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而準(zhǔn)確度較高的控制任務(wù)

22、，則可將開環(huán)控若要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而準(zhǔn)確度較高的控制任務(wù)，則可將開環(huán)控 制與閉環(huán)控制結(jié)合起來一起作用，組成一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)而又制與閉環(huán)控制結(jié)合起來一起作用，組成一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)而又 性能較好的復(fù)合控制系統(tǒng)。性能較好的復(fù)合控制系統(tǒng)。 2021-8-1第一講 緒論 31 自動控制系統(tǒng)的基本類型 l按給定變化規(guī)律分類按給定變化規(guī)律分類 恒值控制系統(tǒng)（恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)）恒值控制系統(tǒng)（恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) l線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)和和非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) l連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和和離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 32 恒值控制系統(tǒng)（恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)） l在這種系統(tǒng)中，在這種系統(tǒng)中，

23、系統(tǒng)的給定輸入量是恒值系統(tǒng)的給定輸入量是恒值，在，在 擾動存在的情況下，要求輸出量保持恒定。擾動存在的情況下，要求輸出量保持恒定。其其 分析設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要求系統(tǒng)具有良好的抗干擾分析設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要求系統(tǒng)具有良好的抗干擾 性能。性能。 l直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng) l電爐溫度控制系統(tǒng)電爐溫度控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 33 直流電動機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 34 電爐溫度控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 35 隨動系統(tǒng) l在反饋控制系統(tǒng)中，若給定在反饋控制系統(tǒng)中，若給定輸入信號是預(yù)先未知的隨時(shí)間輸入信號是預(yù)先未知的隨時(shí)間 變化的函數(shù)變

24、化的函數(shù)，這種系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。，這種系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。 l國防工業(yè)的火炮跟蹤系統(tǒng)、雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)、機(jī)械加工設(shè)備國防工業(yè)的火炮跟蹤系統(tǒng)、雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)、機(jī)械加工設(shè)備 的伺服機(jī)構(gòu)、天文望遠(yuǎn)鏡的跟蹤系統(tǒng)。的伺服機(jī)構(gòu)、天文望遠(yuǎn)鏡的跟蹤系統(tǒng)。 l在導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng)中，給定信號是目標(biāo)機(jī)的方位和速在導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng)中，給定信號是目標(biāo)機(jī)的方位和速 度，這些信號是隨時(shí)間變化的未知函數(shù)。度，這些信號是隨時(shí)間變化的未知函數(shù)。 l位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)：控制目的是使輸出軸的轉(zhuǎn)角迅速準(zhǔn)確地跟控制目的是使輸出軸的轉(zhuǎn)角迅速準(zhǔn)確地跟 隨輸入軸的轉(zhuǎn)角變化。隨輸入軸的轉(zhuǎn)角變化。 l對對隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)來說，輸入信號是隨機(jī)的，

25、要求輸出能迅速而來說，輸入信號是隨機(jī)的，要求輸出能迅速而 準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化，其分析和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究其分析和設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究 系統(tǒng)的跟隨性能。系統(tǒng)的跟隨性能。 2021-8-1第一講 緒論 36 位置控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 37 程序控制系統(tǒng) l當(dāng)當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入信號是已知的時(shí)間函數(shù)控制系統(tǒng)的輸入信號是已知的時(shí)間函數(shù)時(shí)，稱這類系統(tǒng)時(shí)，稱這類系統(tǒng) 為程序控制系統(tǒng)。為程序控制系統(tǒng)。 l程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)相似，只是輸入信號的變化規(guī)律程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)相似，只是輸入信號的變化規(guī)律 是預(yù)先確定的。是預(yù)先確定的。 l程序控制系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可

26、以是閉環(huán)系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可以是閉環(huán)系統(tǒng)。 l應(yīng)用實(shí)例：仿形銑床、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手控制系統(tǒng)。應(yīng)用實(shí)例：仿形銑床、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手控制系統(tǒng)。 l數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 38 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng) 2021-8-1第一講 緒論 39 線性系統(tǒng) l線性系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入輸出特性都是線性組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入輸出特性都是線性 的，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用線性微分方程描述。在線性微的，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用線性微分方程描述。在線性微 分方程中，只含輸入量或輸出量各階導(dǎo)數(shù)的一次項(xiàng)。分方程中，只含輸入量或輸出量各階導(dǎo)數(shù)的一次項(xiàng)。 l線性定常系統(tǒng)：

27、線性系統(tǒng)元件的參數(shù)是集中的且不隨時(shí)間線性系統(tǒng)元件的參數(shù)是集中的且不隨時(shí)間 變化。變化。 l線性時(shí)變系統(tǒng)：系統(tǒng)元件的參數(shù)是隨時(shí)間變化的，即系統(tǒng)系統(tǒng)元件的參數(shù)是隨時(shí)間變化的，即系統(tǒng) 微分方程的系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。例如：宇宙飛船隨著燃料微分方程的系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。例如：宇宙飛船隨著燃料 的消耗其質(zhì)量不斷變化；帶鋼卷筒由于卷徑變化其轉(zhuǎn)動慣的消耗其質(zhì)量不斷變化；帶鋼卷筒由于卷徑變化其轉(zhuǎn)動慣 量也不是恒定的。量也不是恒定的。 2021-8-1第一講 緒論 40 線性系統(tǒng)的重要特性 l線性系統(tǒng)的兩個(gè)重要特性：比例性和疊加性。比例性和疊加性。 l比例性：當(dāng)系統(tǒng)的輸入量增大當(dāng)系統(tǒng)的輸入量增大K倍時(shí)，系統(tǒng)的輸出量也

28、相倍時(shí)，系統(tǒng)的輸出量也相 應(yīng)增大應(yīng)增大K倍。倍。 l疊加性：當(dāng)多個(gè)輸入量作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總響應(yīng)等于各當(dāng)多個(gè)輸入量作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總響應(yīng)等于各 個(gè)輸入量分別作用于系統(tǒng)的響應(yīng)之和。個(gè)輸入量分別作用于系統(tǒng)的響應(yīng)之和。 2021-8-1第一講 緒論 41 非線性系統(tǒng) l非線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中有一個(gè)以上的元件的特性是非線性的系統(tǒng)中有一個(gè)以上的元件的特性是非線性的 系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型要用非線性微分方程描述。系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型要用非線性微分方程描述。 l非線性微分方程：某些項(xiàng)的系數(shù)與變量有關(guān)，即方程中含某些項(xiàng)的系數(shù)與變量有關(guān)，即方程中含 有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次項(xiàng)或乘積項(xiàng)。有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次項(xiàng)

29、或乘積項(xiàng)。 wttrtysin)()( )()()()( 2)2( trtytyty 2021-8-1第一講 緒論 42 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng) l連續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號都系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號都 是連續(xù)時(shí)間的函數(shù)。是連續(xù)時(shí)間的函數(shù)。 l離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中有一處或數(shù)處的信號是以脈沖序列系統(tǒng)中有一處或數(shù)處的信號是以脈沖序列 或數(shù)字編碼形式出現(xiàn)的。離散系統(tǒng)包括采樣控制系統(tǒng)或數(shù)字編碼形式出現(xiàn)的。離散系統(tǒng)包括采樣控制系統(tǒng) 和數(shù)字控制系統(tǒng)。和數(shù)字控制系統(tǒng)。 l采樣控制系統(tǒng)采樣控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中的連續(xù)信號被采樣成脈沖序列。系統(tǒng)中的連續(xù)信號被采樣成脈沖序列。 l數(shù)字控制系統(tǒng)

30、數(shù)字控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中的連續(xù)信號被采樣后量化成數(shù)系統(tǒng)中的連續(xù)信號被采樣后量化成數(shù) 字信號。字信號。 2021-8-1第一講 緒論 43 數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)例 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)示意圖數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)示意圖 2021-8-1第一講 緒論 44 對自動控制系統(tǒng)的基本要求 l對自動控制系統(tǒng)的基本要求 l穩(wěn)定性穩(wěn)定性 l穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)精度 l動態(tài)品質(zhì)動態(tài)品質(zhì) l魯棒性（穩(wěn)健性）魯棒性（穩(wěn)健性） l自動控制理論主要研究的問題 l分析分析 l綜合綜合 2021-8-1第一講 緒論 45 穩(wěn)定性 l穩(wěn)定性是指系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動作用穩(wěn)定性是指系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動作用 后，系統(tǒng)恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力。后

31、，系統(tǒng)恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力。 l穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的前提。為了使系統(tǒng)在環(huán)境穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的前提。為了使系統(tǒng)在環(huán)境 或參數(shù)變化時(shí)還能保持穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)時(shí)還要留有或參數(shù)變化時(shí)還能保持穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)時(shí)還要留有 一定的穩(wěn)定裕量。一定的穩(wěn)定裕量。 2021-8-1第一講 緒論 46 穩(wěn)態(tài)精度 l穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)是指穩(wěn)定的系統(tǒng)在過渡過程（暫態(tài)）結(jié)束后所處是指穩(wěn)定的系統(tǒng)在過渡過程（暫態(tài)）結(jié)束后所處 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 l穩(wěn)態(tài)精度穩(wěn)態(tài)精度常以穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。穩(wěn)態(tài)誤差是指穩(wěn)態(tài)時(shí)常以穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。穩(wěn)態(tài)誤差是指穩(wěn)態(tài)時(shí) 系統(tǒng)期望輸出量和實(shí)際輸出量之差。系統(tǒng)期望輸出量和實(shí)際輸出量之差。 l系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)希望穩(wěn)態(tài)誤差要小。系統(tǒng)設(shè)計(jì)

32、時(shí)希望穩(wěn)態(tài)誤差要小。 在恒值調(diào)速系統(tǒng)中，希望因負(fù)載擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤 差的變動要盡量小； 在隨動系統(tǒng)中，希望輸出信號與輸入信號盡量一致。 2021-8-1第一講 緒論 47 動態(tài)品質(zhì) l動態(tài)品質(zhì)通常用動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來衡量。動態(tài)品質(zhì)通常用動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來衡量。 l動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)是系統(tǒng)在單位階躍輸入及零初始條件下是系統(tǒng)在單位階躍輸入及零初始條件下 的一些指標(biāo)，如調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩次數(shù)等，它的一些指標(biāo)，如調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩次數(shù)等，它 們反映系統(tǒng)過渡過程性能的優(yōu)劣。們反映系統(tǒng)過渡過程性能的優(yōu)劣。 調(diào)節(jié)時(shí)間即過渡過程時(shí)間。 超調(diào)量即動態(tài)響應(yīng)最大值超出穩(wěn)態(tài)值的部分相對于穩(wěn)態(tài)值的 百分?jǐn)?shù)。 振蕩

33、次數(shù)即過渡過程中系統(tǒng)振蕩的次數(shù)。 l調(diào)節(jié)時(shí)間反映系統(tǒng)動態(tài)過程的快速性；超調(diào)量和振蕩調(diào)節(jié)時(shí)間反映系統(tǒng)動態(tài)過程的快速性；超調(diào)量和振蕩 次數(shù)反映系統(tǒng)過渡過程的平穩(wěn)性。次數(shù)反映系統(tǒng)過渡過程的平穩(wěn)性。 2021-8-1第一講 緒論 48 魯棒性（1） l魯棒性是指系統(tǒng)特性抵御各種攝動因素影響的能力。如魯棒性是指系統(tǒng)特性抵御各種攝動因素影響的能力。如 對抗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不確定性、參數(shù)不確定性以及外界干擾的對抗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不確定性、參數(shù)不確定性以及外界干擾的 能力。能力。 l引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變異或參數(shù)攝動的原因是多方面的，如由引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變異或參數(shù)攝動的原因是多方面的，如由 于對象的建模誤差、制造公差、元器件老化、零部件

34、磨于對象的建模誤差、制造公差、元器件老化、零部件磨 損和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的變化等。損和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的變化等。 l系統(tǒng)性能受參數(shù)攝動影響的屬性稱為系統(tǒng)的系統(tǒng)性能受參數(shù)攝動影響的屬性稱為系統(tǒng)的靈敏度靈敏度。如。如 果一個(gè)控制系統(tǒng)的靈敏度低，抗干擾性好，則稱該系統(tǒng)果一個(gè)控制系統(tǒng)的靈敏度低，抗干擾性好，則稱該系統(tǒng) 的魯棒性好。的魯棒性好。 2021-8-1第一講 緒論 49 魯棒性（2） l在多變量控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，往往采用在多變量控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，往往采用 綜合性的性能指標(biāo)。綜合性的性能指標(biāo)。 l根據(jù)不同系統(tǒng)的任務(wù)，選取的性能指標(biāo)形式也不同。根據(jù)不同系統(tǒng)的任務(wù)，選取的性能指標(biāo)形式也不

35、同。 l例如：在宇航技術(shù)中，不僅要求快速而準(zhǔn)確地將運(yùn)例如：在宇航技術(shù)中，不僅要求快速而準(zhǔn)確地將運(yùn) 載火箭送入新軌道，并且燃料消耗要最少，在性能載火箭送入新軌道，并且燃料消耗要最少，在性能 指標(biāo)中就應(yīng)包含對輸出誤差和對控制能量的要求。指標(biāo)中就應(yīng)包含對輸出誤差和對控制能量的要求。 2021-8-1第一講 緒論 50 自動控制理論主要研究的問題 l分析分析：在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)已經(jīng)確定的在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)已經(jīng)確定的 條件下，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，并提條件下，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，并提 出改善性能的途徑。出改善性能的途徑。 l綜合綜合：根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，給出穩(wěn)根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，給出穩(wěn) 態(tài)和動態(tài)性

36、能指標(biāo)，要求組成一個(gè)系統(tǒng)，態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)，要求組成一個(gè)系統(tǒng)， 并確定適當(dāng)?shù)膮?shù)，使系統(tǒng)滿足給定的并確定適當(dāng)?shù)膮?shù)，使系統(tǒng)滿足給定的 性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。 2021-8-1第一講 緒論 51 自動控制理論的發(fā)展簡史（自動控制理論的發(fā)展簡史（1） l人類對反饋這一基本原理早有認(rèn)識，并利用它創(chuàng)造了許多裝人類對反饋這一基本原理早有認(rèn)識，并利用它創(chuàng)造了許多裝 置，如孵卵器、水利及風(fēng)力磨坊的速度調(diào)節(jié)器等。置，如孵卵器、水利及風(fēng)力磨坊的速度調(diào)節(jié)器等。 l1788年，年，James Watt發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器是最早的自發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器是最早的自 動控制系統(tǒng)。動控制系統(tǒng)。 l隨后，隨后，G. B.

37、Airy發(fā)現(xiàn)并首先討論了控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定問題。發(fā)現(xiàn)并首先討論了控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定問題。 l1868年，麥克斯威爾（年，麥克斯威爾（James Clerk Maxwell）發(fā)表了）發(fā)表了論論 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器一文，系統(tǒng)研究了反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。一文，系統(tǒng)研究了反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 l1877年勞斯（年勞斯（E. J. Routh）及）及1895年胡爾維茨（年胡爾維茨（A. Hurwitz)分別獨(dú)立地提出了穩(wěn)定性判據(jù)。分別獨(dú)立地提出了穩(wěn)定性判據(jù)。 2021-8-1第一講 緒論 52 自動控制理論的發(fā)展簡史（自動控制理論的發(fā)展簡史（2） l18771880年，俄國科學(xué)家發(fā)明了火炮隨動系統(tǒng)和飛行

38、器年，俄國科學(xué)家發(fā)明了火炮隨動系統(tǒng)和飛行器 駕駛系統(tǒng)。駕駛系統(tǒng)。 l1892年，李雅普諾夫（年，李雅普諾夫（A. M. Lyapunov）發(fā)表了）發(fā)表了論運(yùn)動論運(yùn)動 穩(wěn)定性的一般問題穩(wěn)定性的一般問題，全面論述了穩(wěn)定性問題，并為狀態(tài)變，全面論述了穩(wěn)定性問題，并為狀態(tài)變 量法控制理論打下了基礎(chǔ)。量法控制理論打下了基礎(chǔ)。 l1934年，海森（年，海森（H. L. Hazen)發(fā)表了發(fā)表了侍服機(jī)構(gòu)理論侍服機(jī)構(gòu)理論的重的重 要論文，第一次提出了自動控制系統(tǒng)的精確理論。要論文，第一次提出了自動控制系統(tǒng)的精確理論。 l主要研究和解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度問題。主要研究和解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度問題。 2021-8

39、-1第一講 緒論 53 自動控制理論的發(fā)展簡史（自動控制理論的發(fā)展簡史（3） l隨著武器的進(jìn)化，要求控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確跟蹤變化的目標(biāo)，從隨著武器的進(jìn)化，要求控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確跟蹤變化的目標(biāo)，從 而對自動控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能提出了要求。而設(shè)計(jì)具有高動而對自動控制系統(tǒng)的瞬態(tài)性能提出了要求。而設(shè)計(jì)具有高動 態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度的控制系統(tǒng)所需的理論已在通訊工程領(lǐng)域態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度的控制系統(tǒng)所需的理論已在通訊工程領(lǐng)域 中得到發(fā)展。中得到發(fā)展。 l為解決遠(yuǎn)距離通訊的失真問題，為解決遠(yuǎn)距離通訊的失真問題，1927年布萊克（年布萊克（H. S. Black） 發(fā)明了負(fù)反饋放大器，并發(fā)現(xiàn)了反饋系統(tǒng)的重要特性。發(fā)明了負(fù)反饋放大

40、器，并發(fā)現(xiàn)了反饋系統(tǒng)的重要特性。 l1932年，乃奎斯特（年，乃奎斯特（H. Nyquist）提出了乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，）提出了乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)， 為頻率法奠定了基礎(chǔ)。為頻率法奠定了基礎(chǔ)。 l伯德（伯德（H. W. Bode）完善了分析控制系統(tǒng)的圖解法即頻率法。）完善了分析控制系統(tǒng)的圖解法即頻率法。 2021-8-1第一講 緒論 54 自動控制理論的發(fā)展簡史（自動控制理論的發(fā)展簡史（4） l1947年，美國麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室的詹姆斯年，美國麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室的詹姆斯 （James）、尼柯爾斯（）、尼柯爾斯（Nichols）和菲利普斯（）和菲利普斯（Philips） 將反饋放大器理論、過程

41、的將反饋放大器理論、過程的PID控制和隨機(jī)過程理論結(jié)合起控制和隨機(jī)過程理論結(jié)合起 來，形成一套侍服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。來，形成一套侍服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。 l1948年，伊萬斯（年，伊萬斯（W. R. Evans）又提出了根軌跡法。至此，）又提出了根軌跡法。至此， 控制理論的第一發(fā)展階段基本完成?？刂评碚摰牡谝话l(fā)展階段基本完成。 l以頻率法和根軌跡法為核心的控制理論稱為經(jīng)典控制理論。以頻率法和根軌跡法為核心的控制理論稱為經(jīng)典控制理論。 它特別適用于單輸入單輸出（它特別適用于單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng)（僅有一個(gè)輸入）系統(tǒng)（僅有一個(gè)輸入 量和一個(gè)輸出量的系統(tǒng)），至今仍被廣泛而成功地應(yīng)用于控量和一個(gè)輸出量的系

42、統(tǒng)），至今仍被廣泛而成功地應(yīng)用于控 制領(lǐng)域中。制領(lǐng)域中。 2021-8-1第一講 緒論 55 自動控制理論的發(fā)展簡史（自動控制理論的發(fā)展簡史（5） l20世紀(jì)世紀(jì)60年代，由于宇航、軍工及過程控制方面的發(fā)展，出現(xiàn)年代，由于宇航、軍工及過程控制方面的發(fā)展，出現(xiàn) 了許多的多輸入多輸出（了許多的多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)，它們具有變量多、變）系統(tǒng)，它們具有變量多、變 量相互間有耦合的特點(diǎn)，還具有非線性、時(shí)變特性，并且往往量相互間有耦合的特點(diǎn)，還具有非線性、時(shí)變特性，并且往往 要求系統(tǒng)能在一定的控制約束條件下達(dá)到性能指標(biāo)最優(yōu)。要求系統(tǒng)能在一定的控制約束條件下達(dá)到性能指標(biāo)最優(yōu)。 l對多輸入多輸出系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論顯得無能為力。然而現(xiàn)代對多輸入多輸出系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論顯得無能為力。然而現(xiàn)代 數(shù)學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為控制理論的進(jìn)一步發(fā)展準(zhǔn)備了數(shù)學(xué)基數(shù)學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為控制理論的進(jìn)一步發(fā)展準(zhǔn)備了數(shù)學(xué)基 礎(chǔ)和計(jì)算工具，從而促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展。礎(chǔ)和計(jì)算工具，從而促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的形成和發(fā)展。 l現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容有：美國貝爾曼（現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容有：美國貝爾曼（Bellman）等人提）等人提 出的狀態(tài)空