自动化技术与应用论文

出版社，1965 [5]自动控制理论及原理课程课件
由 Matlab 仿真阶跃响应曲线，可得 调节时间：ts=9.85s 超调量σ%：σ%=20% 实验分析与结论：
1） 从阶跃响应曲线中可以看到，超前校正可以提高系统的快速性和稳 定性，改善系统的动态性能。
2） 从频率响应伯德图可以看到，两种校正方式都增大了相角裕度，提 高了系统的相对稳定性；但是超前校正会削弱系统的抗干扰能力， 滞后校正使系统的动态性能变得极差。故为了提高系统整体的性能， 可以用滞后—超前校正。
随着社会的需要，自动控制理论也在急剧地发展。目前已进入了第四阶段。其 主要发展方向有：稳定性、最优化、定性结构、计算机与控制。 自动控制理论 目前还在向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研 究方法上都产生了实质性的飞跃，在信息与控制学科研究中注入了蓬勃的生命力， 启发并扩展了人的思维方式，引导人们去探讨自然界更为深刻的运动机理。控制 理论的深入发展，必将有力地推动社会生产力的发展，提高人民的生活水平，促 进人类社会的向前发展。我认为未来智能控制（intelligent controls）将是 未来发展的趋势。智能控制是在无人干预的情况下自主的驱动智能机器实现快速， 精准控制目标的自动控制技术。控制理论发展至今有 100 多年的历史，经历了“金 典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已步入“大系统理论”和“智能 控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上都 扩展。20 世纪 80 年代以来，信息技术计算机技术的快速发展及其他学科的快速 发展和相互渗透，也推动了控制科学工程研究的不断深入控制系统向智能控制系 统的发展已成为一种趋势。
系统加超前校正的波特图：
③ 统加滞后校正的阶跃响应曲线：
系统加滞后校正的波特图：
理论计算幅值裕度、相角裕度，调节时间、超调量： ① 统不加校正时
幅值裕度：令
，
,则ω→∞,故 度：令
则ωc=1.879129818rad/s， 故
由 Matlab 仿真阶跃响应曲线，可得 调节时间：ts=8.3s 超调量σ%：σ%=45%。
大系统理论，是指规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严重、信息不完备的 信息与控制系统。60 年代初期，Smith 提出采用性能模式识别器来学习最优控制 法以解决复杂系统的控制问题。1965 年 Zadeh 创立模糊集和论，未解决负载系 统的控制问题提供了强有力的数学工具。 1966 年,Mendel 提出了“人工智能控 制”的概念。1967 年，Leondes 和 Mendel 正式使用“智能控制”，标志着智能控 制思路已经形成。70 年代初期，傅京孙、Gloriso 和 Saridis 提出分级递阶智能 控制。并成功应用于核反应、城市交通控制领域。70 年代中期，Mamdani 创立基 于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，并成功用于工业控制。 80 年代以来 专家系统、神经网络理论及应用对智能控制器着促进作用 随着社会生产技术的 不断提高和要求，自动控制理论日益向更新的高度挺进。 二、自动控制理论的发展趋势
参考文献: [1] 杨 位 钦 , 谢 锡 祺 . 自 动 控 制 理 论 基 础 ,3-5. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版
社,1991 [2]《中国大百科全书.自动控制与系统工程》.北京：中国大百科全书出版社，
1991 [3]贝尔 E T.数学精英. 徐源译. 宋蜀碧校. 北京：商务印书馆，1991 [4]布斯 A D[英]. 自动化与计算技术. 吴怡，莫莎译. 北京：国防工业
时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包 括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它 所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和 构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。 3）系统理论和智能控制理论阶段（八十年代兴起至今）
② 统加超前校正时 幅值裕度：系统传递函数为
令
则ω→∞，
故 相角裕度： 令
则ωc=2.376283612rad/s 故
由 Matlab 仿真阶跃响应曲线，可得
相角裕
调节时间：ts=4s 超调量σ%：σ%=25% ③ 统加滞后校正时
幅值裕度：系统传递函数为
令
则ω→∞， 故
相角裕度：令 则ωc=0.4485656140rad 故
2）现代控制论阶段（50 年代末期至 70 年代初期） 50 年代开始，由于空间技术的发展，各种高速、高性能的飞行器相继出现， 要求高精度地处理多变量、非线性、时变和自适应等控制问题，60 年代初又形 成了现代控制理论。现代控制理论的基础是：1956 年庞特里亚金提出了极大值 原理，1957 年贝尔曼（R.Bellman）提出了动态规划，1960 年卡尔曼（R.E.Kalman） 提出了最优滤波理论以及状态空间方法的应用。从 60 年代至今 40 多年来，现代 控制理论又有巨大的发展，并形成了若干学科分支，如线性控制理论、最优控制 理论、动态系统辨识、自适应控制、大系统理论等。在现代控制理论中，对控制 系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是
3） 搭建的实物模拟运算电路系统与理论系统的实验结果一致，验证了 校正环节对于系统性能的影响。
二、自动控制理论的发展
摘要
自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制无须人的直接参与，通过控 制装置，使机器、设备、生产过程等按照预定的规律运行，完成要求的任务，近 几十年来，自动控制技术正在迅猛的发展，并在工农业生产、交通运输、国防建 设和航空航天事业等领域中获得广泛应用。自动控制经过数十年世界范围的发展， 极大地提高了劳动生产率和产品质量，推动了现代工农业的巨大发展。这些年， 自动控制理论在各领域都有着极广泛的应用。本文旨在对自动控制理论的发展及 趋势进行纲领性分析和探讨，加深对自动控制理论的了解与进一步认识。 关键字：自动控制理论 发展 趋势 一、自动控制理论的发展概况：
经典控制理论也就是自动控制原理，是 20 世纪 40 年代到 50 年代形成的一门 独立学科。早期的控制 系统较为简单，只要列出微分方程并求解之，就可以用 时域法分析他们的性能。第二次世界大战前后，由于生产和军事的需要，各国均 在大力研制新型武器，于是出现了较复杂的控制系统，这些控制系统通常是用高 阶微分方程来描述的。由于高阶微分方程求解的困难，各种控制系统的理论研究 和分析方法就应运而生。1932 年奈奎斯特（H.Nyquist）在研究负反馈放大器时 创立了有名的稳定性判据，并提出了稳定裕量的概念。
随着自动控制技术的广泛应用和迅猛发展，出现了许多新问题，这些问题要求 从理论上加以解决。自动控制理论正是在解决这些实际技术问题的过程中逐步形 成和发展起来的，它是研究自动控制技术的基础理论，是研究自动控制共同规律 的技术科学。按其发展的不同阶段，可把自动控制理论分为三个不同的阶段。 1）经典控制论阶段（20 世纪 50 年代末期以前）
在此基础上，1945 年伯德（H.W.Bode）提出 了分析控制系统的一种图解 方法即频率法，致使研究控制系统的方法由初期的时域分析转到频域分析。随后， 1948 年伊文斯（W.R.Evans）又创立了另一种图解法即有名的根轨迹法。追溯到 1877 年，劳斯（E.Routh）和 1895 年赫尔维茨（A.Hurwitz）分别独立地提出了 关于判断控制系统稳定性的代数判据。这些都是经典控制理论的重要组成部分。 50 年代中期，经典控制理论又添加了非线性系统理论和离散控制理论，从而形 成了完整的理论体系。 因此，以传递函数作为描述系统的数学模型,以时域分析 法、根轨迹法和频域分析法为主要分析设计工具,构成了经典控制理论的基本框 架。到 20 世纪 50 年代,经典控制理论发展到相当成熟的地步，形成了相对完整 的理论体系，为指导当时的控制工程实践发挥了极大的作用。
自动化技术与应用课程试卷
一、控制系统的串联校正
Matlab 伯德图仿真程序 W=logspace(-3,3,200) Num=[] Den=[] G=tf(Num,Den)
[x,y,w]=bode(G,w) Margin(x,y,w)
① 统不加校正的阶跃响应曲线:
应曲线：