自动控制原理第一章绪论

Ch9： 非线性 控制系 统
Ch8: 线性离 散控制 系统
Ch7: 控制系 统的 校正
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 自动控制的基本原理
1.3 反馈控制系统的组成 1.4 控制系统的分类 1.5 控制系统应用实例三则 1.6 控制系统的设计概述
1.7 本书内容安排
1.8 小结
两个定义
自动控制 在人不直接参与的情况下，利用自动控制装置使工 作机械或生产过程自动地按照预定规律运行，或使 被控量（工作机械或过程的某个物理参数）按预定 的要求变化。 自动控制系统 由自动控制装置与被控对象以一定结构组成的、能 完成某种控制任务的有机整体。
自动控制原理的课程特点
1、专业基础课，自动化专业承上启下的课程
高等数学 积分变换 其它专业课程 自动控制理论 现代控制理论
2、理论实践相结合
理论性非常强，概念多，内容多，抽象； 实际应用紧密结合。能为解决实际控制问题提供理论和方法
3、自动控制技术是应用非常广泛的技术
电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机 械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、 核反应堆等。
1.1 引言
近代控制理论的逐步形成和发展 古代的自动装置主要是基于相对直观的“因果关系”而 发明的，因而并未产生自动控制理论。 这与18世纪末开始逐渐发展起来的、基于反馈原理的自 动装置有着本质的不同。反馈使“因果关系”进一步发 展成为更加复杂的“因果-果因关系”。 由于反馈形成的回路使“因果”双向相互作用，已不再 是简单的逻辑关系，因此，人们为做到知其所以然地设 计好基于反馈原理的自动装置，必须对反馈控制理论加 以研究，这也是反馈控制理论发展的初始推动力。
本课程学习方法
1、打好基础
高等数学（微积分）、积分变换（拉氏变换）
2、做好预习
讲课的速度较快、了解课程内容
3、听好课
掌握基本理论和基本方法
4、做好习题
应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题
自动控制原理 课程内容
Ch1：自动控 制系统的基本 概念和要求
Ch2：控制系统的 数学模型 Ch3：控制系统的 稳定性及特性 自动控制系统 （定义见1.1节首段） 分析系统 的性能 Ch4: 时域分析 Ch5:根轨迹分析 Ch6:频率特性分析
1.1 引言
近代控制理论的逐步形成和发展 1、用于工业过程的自动反馈 控制器-飞球调速器 1769瓦特发明了飞球调速器， 用来与蒸汽机的进气阀连接 构成蒸汽机转速的闭环自动 调速系统。 2、动态特性研究的开始：英 国剑桥大学的数学和天文学家 艾里在1829-1835系统研究了 天文望远镜的速度控制，根据 倒立摆离心力的原理首次发现 了反馈系统的不稳定性，并利 用微分方程分析了这种系统。
1.1 引言
(来自互联网) 计里鼓车，车中有一套减速齿轮系， 始终与车轮同时转动，其最末一只齿 轮轴在车行一里时正好回转一周，车 子上层的木人车上木人受凸轮牵动， 由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示 里程。这一原理与现代汽车上的里程 表的原理相同。
(来自互联网)
候风地动仪的关键机构，是一根称为 “都柱”的倒立摆，其重心高于摆动 中心。在受地震横波袭击时，由于惯 性力作用，它将倒向震源方向，从而 带动该方向的传动部件，使相应方向 的龙口上额起挠，龙口中的铜丸便掉 落在蟾蜍口中。
9、二战期间及战后10年：美国电信工程 师伊万斯给出控制系统的图解分析法和 根轨迹综合法，创立根轨迹法的完整理 论。 现代PID控制器
1.1 引言
10、1948年美国数学家维纳出版专 著“控制论”。1956年我国科学家 钱学森出版“工程控制论”。 11、20世纪50年代，人造卫星和空 间技术的发展，成为自动控制理论 新的发展推动力。极大值原理、动 态规划理论、状态空间方法、多变 量最优控制和最优滤波理论。 12、20世纪70年代，随着大规模集 成电路数字计算机的发展，推动了 控制器应用高级控制算法的能力。 13、出现若干控制理论分支：系统 辨识、鲁棒控制、协调控制、智能 控制等等。
1.1 引言
1.1.1 自动控制理论发展简史
远古时期的自动装置
刻漏： 最初两个壶,由上壶滴水到下面的受水壶, 液面使浮箭升起以示刻度（即时间）(图 之右)。这里浮箭可看作是检测元件。 保持上壶的水位恒定，则是自动调节的 问题。用互相衔接的多级（3～5级）水 壶解决的。莲华漏(图之左)由4个壶组成。 平水壶向平水小壶供水，平水小壶上有 溢水口，可使多余水泄入减水桶以保持 水面恒定。 在莲华漏中还采用一个浮子式阀门作为 自动切断阀。当受水壶的水位升至满刻 度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平 水小壶的出水小孔，切断水滴。
1.1 引言
5、积分和微分控制的思想：1922年俄裔 美国工程师米诺斯基在分析船舶驾驶控 制系统的稳定性时首次提出。 6、1934年美国麻省理工的赫曾教授创立 了伺服控制理论，首次提出轨迹跟踪在 反馈控制中的重要性； 7、1936年英国工程师考伦德：温度控制 系统的PID控制器；
8、1942年美国工程师：PID参数整定准 则，至今仍适用；
瓦特改良的蒸汽机
瓦特
艾里
1.1 引言
3、反馈调节系统稳定性问题的 研究： 1868英国物理学家麦克斯韦发 表了“论调速器”的论文，首 次论述该问题。 二三阶系统的稳定判据。 1895英国劳斯判据和德国数学 家赫尔维茨的代数稳定条件； 1893李雅普诺夫基于非线性运 李雅普诺夫 动的一般运动稳定问题。 4、反馈控制系统的频率特性研究：20世纪20年代，电子管放 大器以及远距离通话的实现，研究如何减少放大倍数增大而 导致信号失真的问题。美国贝尔电话实验室的工程师和科学 家们逐步建立了反馈控制系统的频率特性分析方法。
(来自互联网)
1.1 引言
Leabharlann Baidu
指南车采用差动齿轮的机械原理：
(来自互联网)
车里面装有多个大小不同的齿轮，直行，小轮悬空；转弯时，一边的小轮在 辕、绳、滑轮的作用下降，与车轮和大轮发生啮合传动。若车子向左转90度， 左轮不动，右轮要转半周。与右轮相连的小齿轮也就转半周（即转过12个 齿），经过小平轮传动到大平轮，则大平轮将以相反的方向转动12个齿，即 1/4周（90度），仙人在和车一起左转90度时，又由于齿轮的啮合传动右转了 90度。其他运动情况的结果可以类推。仙人指向不变。