《控制系统设计》PPT课件

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前言
• 什么是自动控制？
自动控制是指机器或装置在无人干预情况下自动进行操作，它是 围绕着工业生产的需要而形成和发展起来的，已广泛应用于人类 社会的各个方面。 控制系统是指这样一种装置，它通过计算和反馈去修改一个系统 的行为。
• 自动控制技术的发展离不开背景对象。 • 技术的进步是不断推动控制学科发展的动力。
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六柱六自由度摇摆转台
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减摇水舱二自由度摇摆台
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下左图：三轴多功能模拟转台。主要用于惯导系统的位置、速 率与摇摆等试验。
下右图：三轴多功能转台。具有位置、速率、摇摆、伺服等功 能，惯性系统及惯性元器件测试。
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下图：双轴伺服转台，该转台具有位 置、速率、自动阶跃翻滚等功能，主 要用于高精度测试各种二自由度陀螺 漂移。
控制系统设计
课程性质：专业主干课 学时/学分：54/3 授课时间：第七学期
授课专业：自动化
先修课程：自动控制原理、电机与拖动、微机原理、电路基础、 模拟与数字电路、液压传动与控制、自动控制元件
课程目的与任务：
本课程是一门基础与工程实践密切相结合的专业课程。其特点是 所涉及的知识面宽、实践性强。通过本课程的学习，使学生了解 和掌握一般反馈控制系统的设计方法、步骤，了解和掌握控制系 统的调试、试验研究知识，使学生获得分析、解决实际控制系统 设计问题的能力。
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自动控制技术的发展历程
反馈控制系统
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瓦特离心调速器
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百度文库
火炮随动系统
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59式100毫米高炮配用59-01型指挥仪和瞄5型雷达， 主要用于对付12千米以内的水陆空目标。火炮有自 动、手动瞄准方式。
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左图 可遥控的自动驾驶仪的波音777飞机
考试形式：闭卷考试或完成答辩形式的课程设计
选用教材： 现代伺服系统设计 哈尔滨工程大学出版社 刘胜、彭侠夫 2001年
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自动控制技术的发展历程 及未来发展方向
厦门大学信息科学与技术学院 彭侠夫
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报告内容
前言 自动控制技术的发展历程 自动控制技术未来发展方向 结束语
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教学基本要求： 掌握分析控制系统误差的方法，并且能够熟练进行系统误差分配； 能够熟练地进行典型伺服系统负载分析与计算； 合理选择控制方案、伺服电机、检测装置、功率放大及减速装置； 熟悉掌握伺服系统的工程建模方法； 掌握伺服系统动态综合设计方法； 了解PWM直流伺服系统的组成、控制电路、功率转换电路的选择与 保护、开关频率选择和动态设计； 熟练掌握伺服系统调试与试验方法。
下一代系统将把逻辑操作与连续量结合起来。当 今的理论对这样的系统，特别是我们大型系统测 量没被处理调谐得很好。
2、高级协调和自治
反馈正在越来越多地设计到企业的决策系统中， 这包括提供一系列管理与后勤、领空管理与空中 交通管制，以及军事指挥与控制系统。鲁棒控制 系统的分析、设计过程必须扩展到这些更高水平 的决策系统。
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上图：双轴艇体摇 摆台，主要用于艇 体摇摆仿真实验。
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下图：三轴跟踪转台，与成像制导信 息处理器配接，由信息处理输出为目 标方位、俯仰误差信号，驱动转台跟 踪指定目标。可以作测滚运动，模拟 导弹在空中飞行的姿态变化。
上图：三轴飞行仿真转台。主 要用于惯测系统的标定、检测 与实验，具设有位置、速率、 摇摆、仿真等功能。
4、通信系统的控制，包括电话系统、移动电话、及互联网； 控制系统调节在发射机与中继器中的信号功率电平，管理 （操纵）网络邮件路由设备的信息包缓冲器，并且提供适 合的噪声消除，对传输线特性的变化作出反应。
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自动控制技术未来发展方向
从研究手段、方法和途径的角度看
1、对符号和连续动力学两者兼具的系统控制
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成就及影响
1、适合于运载器的控制系统，包括飞机、舰船、导弹、运 载火箭和人造卫星；这些控制系统提供了在大的环境情况 下和系统不确定的情况下稳定的跟踪。
2、制造业中的控制系统，从汽车到集成电路；计算机控制 的机器提供高质量、高成品率要求的部件和产品精确的定 位和装配.
3、工业过程控制系统，尤其在碳氢化合物和化学加工工业 方面；这些系统通过监控数以千计传感器信号，并对数以 百计的阀门、加热器、泵及其它的传动装置做出相应的调 节，以保持高的产品质量。
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• 鲁里叶研究具有非线性的控制问题
• 波波夫提出稳定性理论 • 庞特里亚金提出极大值原理——最优控制 • 60年代，状态空间法诞生——现代控制理论 • 70年代，现代频域法——螺旋式发展 • 80年代，提出控制的鲁棒性——现代后控制理论 • 90年代，控制理论发展呈现多元化格局
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右图 硬盘驱动系统
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下图 无缆水下机器人
上图 我国第一艘深潜打捞
救生器
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某型猎雷声纳稳定平台系统
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仿真技术
多自由度平台
1)可以作为航空飞行模拟器，能够在地面条件下复现模拟 控制飞行的各种状态。 2)可以作为机器人的模拟运动机构，能够完成普通机器人 不易完成或不能完成的某些运动。 3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机，诸如UFO，航空航 海旅行模拟器等。 4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器 设备的试验。多自由度转台可以展现各类运载器的摇摆、 回转和平移等运动。
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自动控制理论的发展
• 麦克斯维尔引入微分方程开始对系统进行研究 • 维斯聂格拉斯基结合蒸汽机的特性，指出正确选
择参数，可以保证系统稳定
• 劳斯提出代数稳定判据 • 胡尔维茨是第一个用理论指导和实现控制系统设
计的人
• 布莱克首次应用负反馈概念实现控制系统设计 • 尼可尔斯提出PID的整定方法
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3、分布式的、异步的、网络环境中的控制
遍布于多个计算元的控制，通过基于信息包的通 讯相互连接，为保证稳定性，效能及鲁棒性将要 求新的形式。
4、 控制运算法的自动综合，带有综合证实与验证 未来的工程系统将需要迅速地设计、重新设计， 以及执行控制软件的能力。研究人员需要研发更 强有力的设计工具使整个控制设计过程从模型到 回路硬件仿真，包括系统级软件的验证与确认， 全部自动化 。