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第一章
绪论
作者: 浙江大学邹伯敏教授
自动控制理论
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
1/25/2018
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第一章绪论
第一节自动控制理论发展史简述
自动控制是一门年轻的学科,它在20世纪40年代末才形成。
自动控制理论
18世纪中叶由瓦特研制的世界上最早的自动控制系统器——蒸汽发动机速度的调节。
1932年奈奎斯特针对反馈放大器提出了几何稳定判据。
1945年博德提出来了反馈放大器的一般设计方法,并编著了《网络分析与反馈放大器的设计》一书。
1947年美国出版了当时世界上第一本控制方面的教材《伺服机原理》。
1948年美国麻省理工学院的辐射研究所完成了雷达自动跟踪、火炮指挥仪和数控车床等一系列的自动控制实践工程。
同年,埃文斯工程师提出了一种很实用的控制系统的分析与设计方法—根轨迹法
美国数学家维纳把那时发表的有关控制方面的理论称为“控制论”。
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第一章绪论
20世纪60年代前的控制理论----经典控制理论。经典控制理论研究的是单输入—
单输出线性定常系统的分析与设计,所用的数学工具是常微分方程和复变函数。
20世纪60年代后所提出的控制理论---现代控制理论。用这种理论能分析与设计
多输入—多输出,高精度和参数时变系统的分析与设计,其内容有状态空间分析
法,最优控制原理最优估计、系统辨识、大系统理论、模糊控制与预测控制、智
能控制等,它们所研究的问题和所用的数学工具也各不相同。
控制理论发展历程:机械化——电气化——自动化——信息化和智能化。由此可
见,经典控制理论是基础,它友爱卓有成效地解决单输入—单输出线性定常系统的
分析与设计,是解决一般工程问题的基本方法。经典控制理论的一些基本概念
有助于研究现代控制理论相关的内容。因此本教材主要介绍经典控制理论的相关
内容。
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第一章绪论
第二节自动控制系统的一般概念
自动控制就是要人不直接参与的条件下,利用控制器使被控制的对象
(如生产设备、生产过程)的某些物理量(或工作状态)能自动地按规定的
规律变化(或运行)。如:
图1-1水池液面控制系统
一、液位控制系统
水池液面控制如图1-1所示。
电网的电压与频率自动地保持不变
金属切割机床的速度在电压变化或负载变化时能自动保持不变
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人工控制
测量实际液面的高度h0
-------用眼
实际液面高度h1与希望液面高度h0相比较
-------用脑
按比较的结果,即液面高度偏差的正负去决定控制动作
-------用手
液面人工控制系统的方框图如图1-2所示。
图1-2 液面人工控制系统的方框图
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第一章绪论
自动控制
人工控制中有三种职能作用:测量、比较和执行,而在自动控制系统中也必须有这三种,如图1-3所示。
图1-3 液面自动控制系统
被控对象-----水池
测量元件-----浮子
比较机构-----浮子的希望位置与实际位置之差
放大机构-----提高系统的控制精度
执行元件-----驱动被控对象,以改变被控制的量
液位控制系统由以下五部分组成:
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第一章绪论
图1-5 液面自动控制系统的方框图
为了控制系统的表示简单明了,控制工程中一般用方框图表示系统的各个组件,组件的基本组成单元如图1-4所示,其中图a)为引出点,图 b)为比较点,图 c)部件的框图。
图1-4 控制系统框图的基本组成单元
故液位自动控制系统也可用图1-5来表示。
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直流随动如图1-6所示。
二、随动控制系统
图1-6 直流随动系统的原理图
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图1-7 直流随动系统的方框图
图1-6直流随动系统是用一对电位器作为位置的检测元件,它们分别把系统的输入与输出的位置信号转换成与之成比例的电信号,并进行比较。其控制系统的方框图如图1-7所示。
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第三节开环控制与闭环控制
自动控制框图的一般形式
自动控制系统的框图
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