自動(dòng)控制技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用-課件

共57頁第1頁自動(dòng)控制技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

控制理論是關(guān)于個(gè)中系統(tǒng)的一般性控制規(guī)律的科學(xué)。它研究如何通過信號(hào)反饋來修正動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的行為和性能，以達(dá)到預(yù)期的控制目的。實(shí)際系統(tǒng)往往含有許多未知的不確定性因素，為了對(duì)它進(jìn)行有效的控制，就要對(duì)它進(jìn)行辨識(shí)、建模或跟蹤，對(duì)量測(cè)信號(hào)進(jìn)行包括濾波、預(yù)測(cè)、狀態(tài)估計(jì)在內(nèi)的各種學(xué)科處理，然后設(shè)計(jì)反饋控制規(guī)律，使系統(tǒng)的某些性能達(dá)到預(yù)期的最優(yōu)指標(biāo)。共57頁第2頁

中國(guó)古代能工巧匠發(fā)明許多原始的自動(dòng)裝置，以滿足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要。其中比較著名有下述的幾種：

(1)指南車(2)銅壺滴漏(3)浮子式閥門

(4)飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)(5)計(jì)里鼓車

(6)漏水轉(zhuǎn)渾天儀

(7)候風(fēng)地動(dòng)儀(8)水運(yùn)儀象臺(tái)第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第3頁西漢千章銅漏1、水鐘第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)一、古代自動(dòng)裝置共57頁第4頁2、沙漏第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第5頁3、指南車指南車第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第6頁

指南車實(shí)際是中國(guó)古代用來指示方向的一種具有能自動(dòng)離合的齒輪系裝置的車輛。

齒輪系車身木人方向車輛轉(zhuǎn)彎第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第7頁指南車復(fù)原模型第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第8頁4、銅壺滴漏第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第9頁5、飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié)，計(jì)里鼓車飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié)

計(jì)里鼓車(復(fù)原模型)及原理

第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第10頁6、漏水轉(zhuǎn)渾天儀

它是一種用漏水推動(dòng)的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動(dòng)仿真。張衡水力天文儀器中齒輪系推想圖第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第11頁

7、候風(fēng)地動(dòng)儀圖

候風(fēng)地動(dòng)儀圖(復(fù)原模型)及剖面圖第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第12頁8、水運(yùn)儀象臺(tái)第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第13頁水運(yùn)儀象臺(tái)樞輪和天衡裝置示意圖第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第14頁9、離心調(diào)速器

為了保持蒸汽機(jī)的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，瓦特把一個(gè)離心調(diào)速器連接在進(jìn)汽活門上，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。這種裝置是最早在技術(shù)上使用的自動(dòng)控制器。離心調(diào)速器示意圖蒸汽機(jī)－自動(dòng)化的開端第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第15頁二、自動(dòng)化技術(shù)形成時(shí)期

（18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代）

公元1788年J.瓦特將離心式調(diào)速器與蒸汽機(jī)的閥門連接起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第16頁三、自動(dòng)控制理論的誕生

自動(dòng)化技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，它的發(fā)展始終沒有離開武器裝備的需要。自動(dòng)化技術(shù)在抗擊德軍空中飛機(jī)轟炸、水下潛艇的攻擊等方面發(fā)揮了巨大作用，為二戰(zhàn)的最后勝利做出了巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中得到不斷發(fā)展，逐步走向了理論化和系統(tǒng)化

第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第17頁

控制論“控制論”這個(gè)名詞來源于古希臘，原意是“舵手”第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第18頁

《控制論》是在現(xiàn)代數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)、神經(jīng)生理學(xué)諸學(xué)科基礎(chǔ)上相互滲透，由維納等科學(xué)家的精煉和提純而形成的邊緣科學(xué)。它主要研究信息的傳遞、加工、控制的一般規(guī)律，并將其理論用于人類活動(dòng)的各個(gè)方面。第一節(jié)自動(dòng)化技術(shù)共57頁第19頁第二節(jié)自動(dòng)化的基本概念與結(jié)構(gòu)賽伯（自動(dòng)化）原理1、自動(dòng)化控制過程2、什么是自動(dòng)化3、自動(dòng)化的作用

第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第20頁什么是自動(dòng)化？

(a)手動(dòng)控制(b)自動(dòng)控制水溫的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的示意圖第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第21頁自動(dòng)化的作用加速社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革和社會(huì)信息化的進(jìn)程1.提高社會(huì)生產(chǎn)率和工作效率，2.節(jié)約能源和原材料消耗，3.保證產(chǎn)品質(zhì)量，4.改善勞動(dòng)條件，減輕體力、腦力勞動(dòng)，5.改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理體制。第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第22頁取杯過程圖第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第23頁自動(dòng)控制分析

一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都是由下面幾部分組成：

第一，檢測(cè)比較裝置。

第二，控制器。

第三，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

第四，控制量。第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第24頁

二、自動(dòng)控制定義1、受控對(duì)象2、控制器3、傳感器4、執(zhí)行器5、穩(wěn)定性6、極點(diǎn)7、魯棒性第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第25頁人工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)圖第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第26頁壓力傳感器溫度傳感器第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第27頁電動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第28頁不穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第30頁復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖

第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第31頁航天技術(shù)軍事領(lǐng)域A、應(yīng)用領(lǐng)域第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第32頁機(jī)器人技術(shù)資源開發(fā)A、應(yīng)用領(lǐng)域第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第33頁環(huán)境監(jiān)測(cè)海洋探測(cè)安全保衛(wèi)A、應(yīng)用領(lǐng)域第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第34頁醫(yī)療診斷交通運(yùn)輸家用電器A、應(yīng)用領(lǐng)域第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第35頁現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容

本質(zhì)：“時(shí)域法”引入了“狀態(tài)”的概念，用“狀態(tài)變量”（系統(tǒng)內(nèi)部變量）及“狀態(tài)方程”描述系統(tǒng)。

第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第36頁（一）線性系統(tǒng)理論1．系統(tǒng)辨識(shí)2．最優(yōu)控制3．自適應(yīng)控制

模型參考自適應(yīng)控制（ModelReferenceAdaptiveControl）

自校正適應(yīng)控制（Self-TurningAdaptiveControl）

第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第37頁（二）非線性系統(tǒng)理論

主要的研究手段，包括Lyapunov函數(shù)、微分流形及微分動(dòng)力學(xué)等工具并結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真研究第二節(jié)自動(dòng)控制理論的基本概念與結(jié)構(gòu)共57頁第38頁第三節(jié)智能控制一、概念二、特點(diǎn)

1、分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)在智能機(jī)模型

2、智能控制的核心是高層控制

3、智能控制為四元結(jié)構(gòu)。

4、智能控制是新興的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。共57頁第39頁智能控制結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能控制共57頁第40頁智能控制結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能控制共57頁第41頁3、分類

1．遞階智能控制2．專家智能控制3．模糊控制4．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制第三節(jié)智能控制共57頁第42頁遞階智能控制第三節(jié)智能控制共57頁第43頁專家智能控制第三節(jié)智能控制共57頁第44頁模糊控制第三節(jié)智能控制共57頁第45頁神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制第三節(jié)智能控制共57頁第46頁智能控制技術(shù)的應(yīng)用

（1）在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用包括石油化工、冶金、化工等方面。（2）在分散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程控制器（PLC）中的應(yīng)用。（3）在故障診斷及其他方面的應(yīng)用。第三節(jié)智能控制共57頁第47頁第四節(jié)現(xiàn)代控制技術(shù)在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用1、線性最優(yōu)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用2、自適應(yīng)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用3、變結(jié)構(gòu)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用5、專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用共57頁第48頁自適應(yīng)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第四節(jié)現(xiàn)代控制技術(shù)在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用共57頁第49頁變結(jié)構(gòu)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第四節(jié)現(xiàn)代控制技術(shù)在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用共57頁第50頁人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第四節(jié)現(xiàn)代控制技術(shù)在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用共57頁第51頁專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第四節(jié)現(xiàn)代控制技術(shù)在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用共57頁第52頁第五節(jié)自動(dòng)控制在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）控制理論受到高科技需求的推動(dòng)。

（2）控制理論的發(fā)展與數(shù)學(xué)共存。（3）控制理論與其他領(lǐng)域廣泛交叉。（4）復(fù)雜系統(tǒng)控制理論問題引起人們的重視。

共57頁第53頁自動(dòng)控制在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)第五節(jié)自動(dòng)控制技在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)共57頁第54頁自動(dòng)控制在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)第五節(jié)自動(dòng)控制技在21世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)共57頁第55頁自動(dòng)控制在21世紀(jì)的發(fā)展