自動(dòng)化學(xué)科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略究與自動(dòng)化學(xué)科專業(yè)規(guī)范課題工作匯報(bào)課件

《自動(dòng)控制原理》

上海交通大學(xué)電信學(xué)院韓正之zzhan@1《自動(dòng)控制原理》

上海交通大學(xué)電信學(xué)院1開場(chǎng)白1.關(guān)于教師：韓正之，博士、教授、博士生導(dǎo)師

研究興趣：非線性控制、智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制2.關(guān)于教材：《工程控制基礎(chǔ)》田作華等編著，清華大學(xué)出版社版（07版）3.關(guān)于教學(xué)內(nèi)容：經(jīng)典控制理論。概述、模型、分析、設(shè)計(jì)4.關(guān)于教學(xué)方法：傳統(tǒng)式：講授、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、考試?？刂剖剑悍答仯琁nteractivity

2開場(chǎng)白1.關(guān)于教師：韓正之，博士、教授、博士生導(dǎo)師21.自動(dòng)控制控制：使被控者按照控制者的愿望行事。自動(dòng)控制：運(yùn)行過(guò)程中不需要人參與的控制。自動(dòng)：man-free，human-free第一章導(dǎo)論自動(dòng)化（Automation或Automatization）1.1引言一?？刂坪涂刂葡到y(tǒng)31.自動(dòng)控制第一章導(dǎo)論自動(dòng)化（Automation2.自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。3.

自動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的組成1）控制目標(biāo)（輸入信號(hào)）2）控制器3）控制（執(zhí)行）信號(hào) 4）控制對(duì)象5）輸出信號(hào)1.1引言輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)42.自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1引言輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)1.1引言1。一個(gè)例子a.溫控系統(tǒng)——人工控制設(shè)定溫度人調(diào)壓器調(diào)壓器實(shí)際溫度二?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)控制系統(tǒng)，但不是自動(dòng)控制系統(tǒng)！51.1引言1。一個(gè)例子a.溫控系統(tǒng)——人工控制設(shè)定溫度人例1.b.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)（時(shí)間）控制1.1引言O(shè)FFSTART設(shè)定溫度時(shí)間控制規(guī)律調(diào)壓器電爐實(shí)際溫度控制對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)，信號(hào)順序傳遞，因果關(guān)系確定。自動(dòng)開環(huán)控制系統(tǒng)！6例1.b.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)（時(shí)間）控制1.1引言O(shè)FFS例1.c.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)(反饋)控制1.1引言設(shè)定溫度比較器電動(dòng)機(jī)電爐實(shí)際溫度控制對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)，存在信號(hào)環(huán)路，互為因果關(guān)系。自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)！7例1.c.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)(反饋)控制1.1引言設(shè)定溫1.1引言開環(huán)（控制）系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)器比較器偏差信號(hào)反饋信號(hào)偏差信號(hào)=輸入信號(hào)-反饋信號(hào)81.1引言開環(huán)（控制）系統(tǒng)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)三、自動(dòng)控制的發(fā)展歷史

古代：指南車1.1引言9三、自動(dòng)控制的發(fā)展歷史1.1引言9近代：1788年英國(guó)Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

1.1引言10近代：1788年英國(guó)Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速1.1引言111.1引言111.1引言121.1引言121-2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類一、反饋控制原理產(chǎn)生偏差、利用偏差、修正偏差注意：反饋系統(tǒng)必定存在信號(hào)回路。Weiner認(rèn)為反饋原理是自然界運(yùn)行的基本原則之一。131-2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類一、反饋控制原理131.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類二、控制系統(tǒng)分類恒值控制系統(tǒng)141.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類二、控制系統(tǒng)分類141.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類程序（過(guò)程）控制系統(tǒng)151.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類程序（過(guò)程）控制系統(tǒng)151.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類隨動(dòng)控制系統(tǒng)161.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類隨動(dòng)控制系統(tǒng)161。典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類171。典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類11）恒值控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：輸出信號(hào)跟蹤一個(gè)恒定的數(shù)值。工業(yè)生產(chǎn)中的位置系統(tǒng)、恒值等自動(dòng)控制系統(tǒng)都屬于這一類型。

2）過(guò)程控制系統(tǒng)（程序控制系統(tǒng)）

特點(diǎn)：輸出信號(hào)跟蹤一個(gè)已知的函數(shù)。系統(tǒng)的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類2。按系統(tǒng)的控制作用來(lái)分類181）恒值控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類2。按系統(tǒng)的控1）開環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)順序傳遞。控制按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行。簡(jiǎn)單，精度差。

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：存在信號(hào)回路?？刂聘鶕?jù)誤差進(jìn)行。精度高，容易產(chǎn)生震蕩。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類3。按信號(hào)的傳遞來(lái)分類191）開環(huán)控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類3。按信號(hào)的傳1）連續(xù)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。例如火炮系統(tǒng)

2）離散控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)為序列。例如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類4。按信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類201）連續(xù)控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類4。按信號(hào)的特1）線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)滿足疊加原理。簡(jiǎn)單，精度差。

2）非線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)不滿足疊加原理。精度高，設(shè)計(jì)困難。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類5。按系統(tǒng)的性質(zhì)來(lái)分類211）線性控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類5。按系統(tǒng)的性三、控制理論的分類1、經(jīng)典控制理論

研究的主要對(duì)象是單輸入、單輸出——單變量系統(tǒng)。如：調(diào)節(jié)電壓改變電機(jī)的速度；調(diào)整方向盤改變汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡等。2、現(xiàn)代控制理論

研究的主要對(duì)象是多輸入、多輸出——多變量系統(tǒng)。如:汽車看成是一個(gè)具有兩個(gè)輸入（駕駛盤和加速踏板）和兩個(gè)輸出（方向和速度）的控制系統(tǒng)。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類22三、控制理論的分類1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類22開環(huán)控制與閉環(huán)控制，反饋控制原理控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)能夠作控制系統(tǒng)功能方框圖步驟：確定基本信號(hào)，細(xì)分物理部分作業(yè)：A-4第一章小結(jié)23開環(huán)控制與閉環(huán)控制，反饋控制原理第一章小結(jié)23《自動(dòng)控制原理》

上海交通大學(xué)電信學(xué)院韓正之zzhan@24《自動(dòng)控制原理》

上海交通大學(xué)電信學(xué)院1開場(chǎng)白1.關(guān)于教師：韓正之，博士、教授、博士生導(dǎo)師

研究興趣：非線性控制、智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制2.關(guān)于教材：《工程控制基礎(chǔ)》田作華等編著，清華大學(xué)出版社版（07版）3.關(guān)于教學(xué)內(nèi)容：經(jīng)典控制理論。概述、模型、分析、設(shè)計(jì)4.關(guān)于教學(xué)方法：傳統(tǒng)式：講授、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、考試?？刂剖剑悍答?，Interactivity

25開場(chǎng)白1.關(guān)于教師：韓正之，博士、教授、博士生導(dǎo)師21.自動(dòng)控制控制：使被控者按照控制者的愿望行事。自動(dòng)控制：運(yùn)行過(guò)程中不需要人參與的控制。自動(dòng)：man-free，human-free第一章導(dǎo)論自動(dòng)化（Automation或Automatization）1.1引言一?？刂坪涂刂葡到y(tǒng)261.自動(dòng)控制第一章導(dǎo)論自動(dòng)化（Automation2.自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。3.

自動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的組成1）控制目標(biāo)（輸入信號(hào)）2）控制器3）控制（執(zhí)行）信號(hào) 4）控制對(duì)象5）輸出信號(hào)1.1引言輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)272.自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1引言輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)1.1引言1。一個(gè)例子a.溫控系統(tǒng)——人工控制設(shè)定溫度人調(diào)壓器調(diào)壓器實(shí)際溫度二?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)控制系統(tǒng)，但不是自動(dòng)控制系統(tǒng)！281.1引言1。一個(gè)例子a.溫控系統(tǒng)——人工控制設(shè)定溫度人例1.b.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)（時(shí)間）控制1.1引言O(shè)FFSTART設(shè)定溫度時(shí)間控制規(guī)律調(diào)壓器電爐實(shí)際溫度控制對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)，信號(hào)順序傳遞，因果關(guān)系確定。自動(dòng)開環(huán)控制系統(tǒng)！29例1.b.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)（時(shí)間）控制1.1引言O(shè)FFS例1.c.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)(反饋)控制1.1引言設(shè)定溫度比較器電動(dòng)機(jī)電爐實(shí)際溫度控制對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)，存在信號(hào)環(huán)路，互為因果關(guān)系。自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)！30例1.c.溫控系統(tǒng)——自動(dòng)(反饋)控制1.1引言設(shè)定溫1.1引言開環(huán)（控制）系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)器比較器偏差信號(hào)反饋信號(hào)偏差信號(hào)=輸入信號(hào)-反饋信號(hào)311.1引言開環(huán)（控制）系統(tǒng)輸入信號(hào)控制器控制對(duì)象輸出信號(hào)執(zhí)三、自動(dòng)控制的發(fā)展歷史

古代：指南車1.1引言32三、自動(dòng)控制的發(fā)展歷史1.1引言9近代：1788年英國(guó)Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速器

1.1引言33近代：1788年英國(guó)Watt發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的離心式調(diào)速1.1引言341.1引言111.1引言351.1引言121-2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類一、反饋控制原理產(chǎn)生偏差、利用偏差、修正偏差注意：反饋系統(tǒng)必定存在信號(hào)回路。Weiner認(rèn)為反饋原理是自然界運(yùn)行的基本原則之一。361-2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類一、反饋控制原理131.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類二、控制系統(tǒng)分類恒值控制系統(tǒng)371.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類二、控制系統(tǒng)分類141.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類程序（過(guò)程）控制系統(tǒng)381.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類程序（過(guò)程）控制系統(tǒng)151.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類隨動(dòng)控制系統(tǒng)391.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類隨動(dòng)控制系統(tǒng)161。典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類401。典型的反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類11）恒值控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：輸出信號(hào)跟蹤一個(gè)恒定的數(shù)值。工業(yè)生產(chǎn)中的位置系統(tǒng)、恒值等自動(dòng)控制系統(tǒng)都屬于這一類型。

2）過(guò)程控制系統(tǒng)（程序控制系統(tǒng)）

特點(diǎn)：輸出信號(hào)跟蹤一個(gè)已知的函數(shù)。系統(tǒng)的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類2。按系統(tǒng)的控制作用來(lái)分類411）恒值控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類2。按系統(tǒng)的控1）開環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)順序傳遞?？刂瓢凑疹A(yù)定規(guī)律進(jìn)行。簡(jiǎn)單，精度差。

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：存在信號(hào)回路?？刂聘鶕?jù)誤差進(jìn)行。精度高，容易產(chǎn)生震蕩。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類3。按信號(hào)的傳遞來(lái)分類421）開環(huán)控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類3。按信號(hào)的傳1）連續(xù)控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。例如火炮系統(tǒng)

2）離散控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：信號(hào)為序列。例如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類4。按信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類431）連續(xù)控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類4。按信號(hào)的特1）線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)滿足疊加原理。簡(jiǎn)單，精度差。

2）非線性控制系統(tǒng)

特點(diǎn)：系統(tǒng)不滿足疊加原理。精度高，設(shè)計(jì)困難。1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類5。按系統(tǒng)的性質(zhì)來(lái)分類441）線性控制系統(tǒng)1.2自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)分類5。按系統(tǒng)的性三、控制理論的分類1、經(jīng)典控制理論

研究的主要對(duì)象是單輸入、單輸出——單變量系統(tǒng)。