控制工程概述課件

控制工程基礎(chǔ)李艷機(jī)械學(xué)院4079辦公室liyanly@本演示文稿可能包含觀眾討論和即席反應(yīng)。使用PowerPoint可以跟蹤演示時(shí)的即席反應(yīng)，在幻燈片放映中，右鍵單擊鼠標(biāo)請(qǐng)選擇“會(huì)議記錄”選擇“即席反應(yīng)”選項(xiàng)卡必要時(shí)輸入即席反應(yīng)單擊“確定”撤消此框此動(dòng)作將自動(dòng)在演示文稿末尾創(chuàng)建一張即席反應(yīng)幻燈片，包括您的觀點(diǎn)。

7/31/20231控制工程基礎(chǔ)李艷7/29/202311概述什么是控制，自動(dòng)控制控制理論與應(yīng)用的發(fā)展控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成控制系統(tǒng)的基本要求本課程主要內(nèi)容及安排7/31/202321概述什么是控制，自動(dòng)控制控制理論與應(yīng)用的發(fā)展控制系統(tǒng)的基1概述什么是控制？一般意義下，控制，control，動(dòng)詞：是掌握住對(duì)象,不使任意活動(dòng)或超出范圍；使其按控制者的意愿活動(dòng)；必要的時(shí)候及時(shí)采取矯正措施。7/31/202331概述什么是控制？一般意義下，7/29/202331概述什么是控制？控制理論意義下，控制，cybernetics：為改善對(duì)象的性能，要通過(guò)獲得信息，并使用信息，對(duì)受控對(duì)象產(chǎn)生的作用，叫做控制?？刂频幕A(chǔ)是信息和信息傳遞；控制依賴于信息反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)。7/31/202341概述什么是控制？控制理論意義下，控制的基礎(chǔ)是信息和信息1概述什么是控制？信息反饋是控制論的一個(gè)極其重要的概念；將信息作用到對(duì)象系統(tǒng)中，又把其作用結(jié)果返送回來(lái)；并對(duì)信息進(jìn)行修正，再對(duì)對(duì)象發(fā)生影響，起到控制的作用，以達(dá)到預(yù)定的目的；控制的本質(zhì)是反饋。反饋，以提高性能。7/31/202351概述什么是控制？信息反饋7/29/202351概述什么是自動(dòng)控制？在沒(méi)有人直接參與的情況下；利用外加的設(shè)備或裝置控制裝置，控制器；使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。舉例：化學(xué)反應(yīng)爐的溫度或壓力自動(dòng)維持恒定；數(shù)控車(chē)床按照預(yù)定程序自動(dòng)切削工件；無(wú)人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行；人造衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收。7/31/202361概述什么是自動(dòng)控制？在沒(méi)有人直接參與的情況下；舉例：7/1概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展控制論的奠基人，維納發(fā)表《控制論》，并發(fā)明名詞控制論，英文cybernetics。國(guó)際著名學(xué)術(shù)雜志System,ManandCybernetics(系統(tǒng)，人與控制論)

戰(zhàn)爭(zhēng)中自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展；20世紀(jì)50年代開(kāi)始，在控制理論的指導(dǎo)下，火炮及導(dǎo)彈控制技術(shù)極大地發(fā)展，數(shù)控、電力、冶金自動(dòng)化技術(shù)突飛猛進(jìn)；在自動(dòng)控制裝備的需求和發(fā)展基礎(chǔ)上，控制理論不斷發(fā)展。理論與實(shí)際應(yīng)用相互促進(jìn)。7/31/202371概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展控制論的奠基人，維納發(fā)表《控制論1概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展自動(dòng)控制理論根據(jù)內(nèi)容和發(fā)展的不同階段，分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論研究單輸入單輸出系統(tǒng)；現(xiàn)代控制理論研究多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、分布參數(shù)、隨機(jī)參數(shù)、非線性等系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展：最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波、系統(tǒng)辨識(shí)、自適應(yīng)控制，人工智能控制等。智能控制又發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊邏輯，進(jìn)化算法，專家系統(tǒng)，魯棒控制與控制等技術(shù)。無(wú)論任何一種控制理論或方法，（經(jīng)典的，現(xiàn)代的，傳統(tǒng)的，智能的），最基本的還是信息反饋。7/31/202381概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展自動(dòng)控制理論根據(jù)內(nèi)容和發(fā)展的不1概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展控制理論滲透到各個(gè)領(lǐng)域：工程控制論、生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論，并伴隨其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了世界。7/31/202391概述控制理論與應(yīng)用的發(fā)展7/29/20239控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理1概述舉例1：人取桌上的書(shū)。人用眼睛目測(cè)與書(shū)的距離；人向著書(shū)走過(guò)去；重復(fù)上述動(dòng)作，直到手能碰到書(shū)；人用手將書(shū)拿起。7/31/202310控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理1概述舉例1：人取桌上的書(shū)。人1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的控制描述：首先測(cè)量人與書(shū)的初始距離；根據(jù)距離，人決定采用的動(dòng)作是：走近書(shū)，減小人與書(shū)的距離；再測(cè)量人與書(shū)的距離，決定如何動(dòng)作：繼續(xù)走還是用手拿；重復(fù)上步，直到手能拿到書(shū)；拿書(shū)。這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)；7/31/2023111概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的控制描述：這是一1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)方塊圖7/31/2023121概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)方塊1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)

輸入量為書(shū)的位置；

測(cè)量元件是眼睛，測(cè)量人與書(shū)的距離；

控制器為大腦，決定人的動(dòng)作；

執(zhí)行元件為腿，手臂和手，以完成控制任務(wù)；

輸出（動(dòng)作結(jié)果）為手的位置；反饋元件是眼睛，再次測(cè)量人與書(shū)的距離；重復(fù)3-6，直到書(shū)與手的距離為零，即能拿到書(shū)；拿書(shū)。7/31/2023131概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理人取書(shū)的反饋控制系統(tǒng)輸1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫控制系統(tǒng)圖1-1人工控制的恒溫箱通過(guò)輸入電壓，對(duì)電阻絲進(jìn)行加熱；通過(guò)溫度計(jì)測(cè)量箱內(nèi)溫度；通過(guò)人眼觀察，比較測(cè)量溫度與給定溫度；根據(jù)溫度偏差，手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使偏差減小，重復(fù)上步，直至偏差為零。人工控制恒溫箱缺點(diǎn)：系統(tǒng)響應(yīng)慢，動(dòng)作誤差大，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。7/31/2023141概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫控制系統(tǒng)圖11概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)圖1-2輸入測(cè)量元件比較電路放大電路執(zhí)行元件輸出電壓反饋元件7/31/2023151概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入：給定電壓u1；測(cè)量元件：熱點(diǎn)偶將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；放大元件：電壓、功率放大；執(zhí)行元件：執(zhí)行電機(jī)、減速器和調(diào)壓器；輸出：電壓信號(hào)，提供給電阻絲。反饋元件：熱電偶將轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)通過(guò)比較電路與給定電壓進(jìn)行比較；比較元件：比較電路。7/31/2023161概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖1-37/31/2023171概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理舉例2：恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)1概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理控制系統(tǒng)是按偏差進(jìn)行控制的；使被控量按照給定量的變化規(guī)律進(jìn)行變化；控制系統(tǒng)要解決的兩個(gè)問(wèn)題：分析給定系統(tǒng)的工作原理、動(dòng)態(tài)特性；分析其穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性和快速性；根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。7/31/2023181概述控制系統(tǒng)的基本概念及工作原理控制系統(tǒng)是按偏差進(jìn)行控制1概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成按有無(wú)反饋：開(kāi)環(huán)控制：沒(méi)有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)?？刂破髦桓鶕?jù)輸入指令工作，對(duì)控制對(duì)象產(chǎn)生控制作用；沒(méi)有反饋，是開(kāi)路。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；精度低，易受干擾。閉環(huán)控制：采用反饋原理，輸出反饋到輸入端，根據(jù)偏差向控制器發(fā)指令，以控制受控對(duì)象。形成閉環(huán)回路。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高，抗干擾能力強(qiáng)。需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂破?，否則系統(tǒng)易不穩(wěn)定。7/31/2023191概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成按有無(wú)反饋：閉環(huán)控制：采1概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成按采用信號(hào)處理技術(shù)的不同模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)；按給定量是否變化恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)；變量是否連續(xù)連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)；是否線形方程描述線形控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。7/31/2023201概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成按采用信號(hào)處理技術(shù)的不同1概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成基本組成：產(chǎn)生輸入信號(hào)，給定信號(hào)測(cè)量輸出量，并將其反饋到輸入比較輸入和反饋，產(chǎn)生偏差信號(hào)對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大，以匹配執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行操作的元件控制信號(hào)施加的對(duì)象校正裝置，以穩(wěn)定系統(tǒng)，提高性能7/31/2023211概述控制系統(tǒng)的基本類型及基本組成基本組成：產(chǎn)生輸入信號(hào)，1概述控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性：系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的振蕩傾向，以及系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡的能力。即初始偏差應(yīng)隨時(shí)間逐漸減小或趨于0。快速性：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)偏差，或偏差超出要求范圍時(shí)，消除偏差的時(shí)間長(zhǎng)短，速度快慢。準(zhǔn)確性：對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行調(diào)整后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的偏差值。即穩(wěn)態(tài)誤差，衡量系統(tǒng)的控制精度。7/31/2023221概述控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性：系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的振蕩傾向1概述本課程主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；時(shí)間域下系統(tǒng)性能的分析；