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1、 现 现代代控控制工程 制工程 代代控控 交流联系方式交流联系方式交流联系方式交流联系方式 授课人授课人 那靖授课人授课人 那靖 办公室办公室 机电楼楼428室 通讯方式通讯方式 1375913846013759138460通讯方式通讯方式 EMAIL najing25 EMAIL ajg 5 63 co 研究生学位课研究生学位课课程性质课程性质 研究生学位课研究生学位课课程性质课程性质 服务对象服务对象 专业型硕士专业型硕士 课程特点 课程特点 学时少 学时少 36学时 学时 紧密联系实际紧密联系实际紧密联系实际紧密联系实际 应用非常广泛应用非常广泛 前导课程前导课程 线性代数 复变函数 电
2、路理论 模电 机械技术 线性代数 复变函数 电路理论 模电 机械技术 基础基础 控制工程基础控制工程基础基础基础 控制工程基础控制工程基础 主要教学环节主要教学环节 紧跟老师讲课思路紧跟老师讲课思路 搞清基本概念搞清基本概念 注意解注意解 课堂教学课堂教学 习习 题题 紧跟老师讲课思路紧跟老师讲课思路 搞清基本概念搞清基本概念 注意解注意解 题方法和技巧 题方法和技巧 习习 题题 独立完成作业 按时交作业 独立完成作业 按时交作业 实实 验验 实实 验验 注意理论联系实际 掌握软件编制的方法 注意理论联系实际 掌握软件编制的方法 仿真调试与物理实验验证相结合 仿真调试与物理实验验证相结合 课外
3、补充课外补充课外补充课外补充 Matlab编程 编程 课程成绩确定方法 课程成绩确定方法 本课程成绩本课程成绩主主要由平时成绩和考试成绩要由平时成绩和考试成绩组组成成 每每本课程成绩要由平时成绩和考试成绩成本课程成绩要由平时成绩和考试成绩成每每 项说明如下项说明如下 1 平时成绩平时成绩 到课率到课率 作业作业 回答问题等回答问题等1 平时成绩平时成绩 到课率到课率 作业作业 回答问题等回答问题等 2 考试考试 闭卷 卷面考试成绩 闭卷 卷面考试成绩 最终成绩的给定按如下公式得到最终成绩的给定按如下公式得到最终成绩的给定按如下公式得到最终成绩的给定按如下公式得到 平时成绩平时成绩 考试成绩考试
4、成绩 实验 实验 二者比重大约分别为 二者比重大约分别为 30 70 3 实实验 验 实实验准备及平时做验准备及平时做实实验的完成情况验的完成情况实实实实实实 上课将会有提问 点名 课堂练习 课后将会有作业 记入平时成绩 上课将会有提问 点名 课堂练习 课后将会有作业 记入平时成绩 课程教材及参考书课程教材及参考书 教材 教材 现代控制理论及其现代控制理论及其现代控制理论及其现代控制理论及其MATLABMATLAB实践实践实践实践 方水良编著方水良编著浙江大学浙江大学方水良编著方水良编著浙江大学浙江大学 现代控制理论及其现代控制理论及其现代控制理论及其现代控制理论及其MATLABMATLAB实
5、践实践实践实践 方水良编著方水良编著 浙江大学浙江大学 方水良编著方水良编著 浙江大学浙江大学 出版社 出版社 出版社 出版社 20052005 参考书参考书参考书参考书 1 现代控制理论现代控制理论 第第3版版 刘豹 刘豹 唐万生主编唐万生主编 机械工业出版社机械工业出版社 2 2 胡寿松胡寿松胡寿松胡寿松等编等编 自动控制原理自动控制原理自动控制原理自动控制原理 国防工业出版社国防工业出版社国防工业出版社国防工业出版社2 2 胡寿松胡寿松胡寿松胡寿松等编等编 自动控制原理自动控制原理自动控制原理自动控制原理 国防工业出版社国防工业出版社 国防工业出版社国防工业出版社 3 R Dorf R
6、Bishop主编 现代控制系统 高等教育出版社主编 现代控制系统 高等教育出版社 第一章 绪论第一章 绪论 1 1 控制系统概述1 1 控制系统概述 1 2 自动控制发展历史1 2 自动控制发展历史 1 3 现代控制理论的应用1 3 现代控制理论的应用 1 41 4 课程结构及内容课程结构及内容1 1 4 4 课程结构及内容课程结构及内容 控制示例控制示例 a 人人工工控制控制 b 自动控制自动控制 人控制人控制 自动控制自动控制 图 液面控制图 液面控制 1 1 1 1 控制系统概述控制系统概述控制系统概述控制系统概述 控制 控制 对对象施加某种操作 使其产生对对象施加某种操作 使其产生 所
7、期望的行为所期望的行为 控制示例控制示例 所期望的行为所期望的行为 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况 下 利用控制装置使被控对象 如机器 设备或生产过程 的一个或数个物理量 如电压 电流 速度 位置 温度 流量化学成分等 自动的按照预定的流量 化学成分等 自动的按照预定的 规律运行 或变化 自动控制系统自动控制系统是指能够对被控对象的工自动控制系统自动控制系统是指能够对被控对象的 作状态进行自动控制的系统 图离心调速器图离心调速器 控制论关于控制原理和控制方法的学科研究事物变化和发展的控制论 关于控制原理和控制方法的学科 研究事物变化和发展的一 般规律 控制三要素 被控对象 控制目标
8、 控制装置 控制三要素 被控对象 控制目标 控制装置 反馈及控制系统结构反馈及控制系统结构反馈及控制系统结构反馈及控制系统结构 1 开环控制与闭环控制1 开环控制与闭环控制 1 开环控制 控制是指系统的被控制量输出量受控开环控制是指系统的被控制量 输出量 只受控 于控制作用 而对控制作用不能反施任何影响的 控制方式采用环控制的系统称为环控制系控制方式 采用开环控制的系统称为开环控制系 统 液位控制系统液位控制系统 开环系统输出量对控制作用没有任何影响或者说开环系统输出量对控制作用没有任何影响 或者说 控制器与控制对象之间只有单向作用而没有反向作 用的控制系统称为开环控制系统用的控制系统称为开环
9、控制系统 控制装置控制装置被控对象被控对象 输入量输入量 输出量输出量 控制装置控制装置被控对象被控对象 输出量输出量 开环控制系统方框图 开环控制的特点 开环控制的特点 控制装置只按照给定的输入信号对被控制量 进行单向控制 而不对控制量进行测量并反向影响控制作用 制制并制作 开环系统主要问题开环系统主要问题 不具有修正由于扰动 使被控制量偏离 希望值的因素 而出现的被控制量与希望值之间偏差的能力 希望值的因素 而出现的被控制量与希望值之间偏差的能力 无法自动减小或消除由于扰动而产生的 实际液位与设定液位 之间 误差 2 闭环控制闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量 输出量 与控制闭环控制是指
10、系统的被控制量 输出量 与控制 作用之间存在着反馈的控制方式 采用闭环控制的系 统称为闭环控制系统或反馈控制系统统称为闭环控制系统或反馈控制系统 闭环控制是一切生物控制自身运动的基本规律 人本身就是一个具有高度复 杂控制能力的闭环系统 手是被控对象 手的位置为被控量 控制系统的输出量对系统的控制作用有影响控制系统的输出量对系统的控制作用有影响 控制系统的输出量对系统的控制作用有影响控制系统的输出量对系统的控制作用有影响 闭环系统特点 控制的是控制对象的输出量 测量 的是输出量与给定值之间的偏差 只要出现偏差 就能的是输出量与给定值之间的偏差 只要出现偏差 就能 自动纠偏 用它可以实现准确的控制
11、 是自动控制系统 工作的主要方式 前向通道前向通道前向通道前向通道 反向通道反向通道 可以看到 控制器与控制对象之间既有前向作用又有反向控制器与控制对象之间既有前向作用又有反向可以看到 控制器与控制对象之间既有前向作用又有反向控制器与控制对象之间既有前向作用又有反向 联系 说明的是 联系 说明的是 输出量对系统的控制作用的影响称为 称为 反馈反馈 反馈反馈 2 反馈反馈2 反馈反馈 系统的输出不断地 直接或间接地 全部系统的输出不断地 直接或间接地 全部 或部分地返回或部分地返回 并作用于系统并作用于系统或部分地返回或部分地返回 并作用于系统并作用于系统 例1 2 发动机离心调速系统例1 2
12、发动机离心调速系统 控制原理控制原理 如果负载变化使如果负载变化使 增加增加控制原理控制原理 如果负载变化使如果负载变化使 增加增加 离心机构滑套上移 液压滑阀上移 动力活塞下 离心机构滑套上移 液压滑阀上移 动力活塞下 移 油门关小移 油门关小 减小 直到滑阀回复中位 减小 直到滑阀回复中位 回到设定值回到设定值 通过检测系统的实际输出值 并与设 定值进行比较 反过来作用于系统 形成反 馈 进而调节系统的输出 通过检测系统的实际输出值 并与设 定值进行比较 反过来作用于系统 形成反 馈 进而调节系统的输出 反馈反馈实质上是信息的传递与交互 本例中的 反馈表现为 实质上是信息的传递与交互 本例
13、中的 反馈表现为 变化所引起的信息传递与交互 变化所引起的信息传递与交互 图1 5 例1 2中的发动机离心调速系统图1 5 例1 2中的发动机离心调速系统 3 反馈控制系统结构反馈控制系统结构 反馈控制系统名词术语反馈控制系统名词术语 参考 给定 输入r参考 给定 输入r 输入到控制系统中的指令信号 反馈控制系统名词术语反馈控制系统名词术语 反馈b反馈b 与输出成正比或某种函数关系的反馈信号 偏差偏差e e 参考输入与主反馈之差即e r b 偏差偏差e e 参考输入与主反馈之差 即e r b 控制量u控制量u 从控制器输出并作用于被控制对象的信号 扰动n扰动n 来自系统内部或外部 对系统输出产
14、生影响的信号 输出输出c c 反馈控制系统的被控制量即被控制对象的输出量 输出输出c c 反馈控制系统的被控制量 即被控制对象的输出量 1 2 自动控制发展历史1 2 自动控制发展历史 I 启蒙期启蒙期 中国 埃及和巴比伦出现中国 埃及和巴比伦出现自动计时自动计时 漏壶漏壶 漏壶漏壶 1400B C 1100B C 1400B C 1100B C 秦昭王时 秦昭王时 李冰李冰主持修筑主持修筑都江堰都江堰体 现的系统观念和实践 体 现的系统观念和实践 300B C 300B C 亚历山大的亚历山大的希罗希罗发明开闭庙门和分发圣水等自 动装置 发明开闭庙门和分发圣水等自 动装置 100年 100年
15、 中国中国张衡张衡发明水运浑象 研制出自动测量地震的发明水运浑象 研制出自动测量地震的候风地候风地 动仪动仪 132 132年年 动仪动仪 132 132年年 中国中国马钧马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南指南 车车 235235年年 车车 年年 中国明代中国明代宋应星宋应星所著 天工开物 记载有程序控制思想 CNC 的 所著 天工开物 记载有程序控制思想 CNC 的提花织提花织 机机结构图结构图 年年 机机结构图结构图 16371637年年 II 形成和发展期形成和发展期 英国英国J WattJ Watt用用离心式调速器离心式调速器控制蒸汽机的速度控制蒸
16、汽机的速度 1 88 1 88年年 1 17 78888年年 英国英国J C MaxwellJ C Maxwell发表 发表 论调速器论调速器 On Governors 论 On Governors 论 文文 1868 1868年年 提出了简单的稳定性代数判据提出了简单的稳定性代数判据 文文 1868 1868年年 提出了简单的稳定性代数判据提出了简单的稳定性代数判据 RouthRouth判据判据 1875 1875年年 劳斯和赫尔维茨各自提出了劳斯和赫尔维茨各自提出了RouthRouth判据判据 1875 1875年年 劳斯和赫尔维茨各自提出了劳斯和赫尔维茨各自提出了 两个著名的稳定性判据两个著名的稳定性判据 劳斯判据劳斯判据 赫尔维茨判据赫尔维茨判据 俄国俄国A M LyapunovA M Lyapunov博士论文博士论文 论运动稳定性的论运动稳定性的一一般问题般问题 俄国俄国A M A M LyapunovLyapunov博士论文博士论文论运动稳定性的般问题论运动稳定性的般问题 1892年 1892年 英国英国JMGrayJMGray设计出第设计出第一一艘全自动蒸汽轮船艘全自动蒸
