自動控制系統(tǒng)的工作原理-資料下載頁
2025-01-05 16:13本頁面
【正文】 + u0 n ua ue ut R i電壓 放大 ?功率 放大 ?負載 SM TG 44 自動控制理論的發(fā)展簡史 ? 人類對控制系統(tǒng)的基本原理（反饋）早有認識，并利用它創(chuàng)造許多裝置。如 2021年前，羅馬人：水位控制系統(tǒng)（淋浴） ，神廟（開關門）英雄裝置。中國能工巧匠（ 技師、工程師 、科學家 ）：張衡的地震方向測定儀，蘇頌的水運儀象臺。 ?1932年， Nyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應 (對穩(wěn)態(tài)正弦輸入 )，確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。 ?1868年，英國 麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。 1892年李雅普諾夫用嚴格的數(shù)學分析方法論述了穩(wěn)定性問題，至今仍然是分析穩(wěn)定性的重要方法。 ?1787年， James Watt 為控制蒸汽機速度設計的離心調節(jié)器，是自動控制領域的第一項重大成果。 45 ?從 1980－現(xiàn)在，智能控制理論集中于 3C控制 系統(tǒng) 及其相關課題。 ?20世紀 40年代，頻率響應法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供了一種可行方法， Evans提出并完善了根軌跡法。 ?1948年，美國數(shù)學家 《 Cyberics》 是一個控制科學里程碑。 《 控制論 》 的副標題是關于人、動物及其通訊的科學。 ?20世紀 50年代末，控制系統(tǒng)設計問題的重點從設計許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉到設計在某種意義上的最佳系統(tǒng)。 ?20世紀 60年代，數(shù)字計算機的出現(xiàn)為復雜系統(tǒng)的基于時域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。 ?從 1960－ 1980，確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)的最佳控制，及復雜系統(tǒng)的自適應和學習控制，都得到充分的研究。 46 ? 古典（經典）控制理論 （ 1787— 1960） 主要解決單輸入－單輸出定?？刂葡到y(tǒng)分析設計問題。 主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌跡為基礎的頻域分析方法。 此階段所研究的系統(tǒng)大多是線性定常系統(tǒng)，對非線性系統(tǒng)，分析時采用的相平面法一般也不超過兩個變量，經典控制理論能夠較好地解決生產過程中的單輸入單輸出問題。 這一時期的主要代表人物有伯德和伊文思。伯德于 1945年提出了簡便而實用的伯德圖法。 1948年，伊文思提出了直觀而又形象的根軌跡法。 47 ?現(xiàn)代（近代）控制理論（ 1960—— 1980） 經典控制理論中的高階常微分方程可轉化為一階微分方程組，用以描述系統(tǒng)的動態(tài)過程，即所謂狀態(tài)空間法。 這種方法可以解決多輸入多輸出問題，系統(tǒng)既可以是線性的、定常的，也可以是非線性的、時變的。 系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。 這一時期的主要代表人物有龐特里亞金、貝爾曼（ Bellman）及卡爾曼（ ， 1930～）等人。龐特里亞金于 1961年發(fā)表了極大值原理；貝爾曼在 1957年提出了動態(tài)規(guī)化原則；1959年，卡爾曼和布西發(fā)表了關于線性濾波器和估計器的論文，即所謂著名的卡爾曼濾波。 48 ?智能控制理論（ 1980—— ） 以人工智能為基礎，研究復雜對象 (車間、工廠、集 團 )、復雜任務、復雜環(huán)境。是控制理論在深度上的挖掘。 智能控制是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研究具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)。 管理和控制一體化 :計算機集成制造系統(tǒng)，復雜控制系統(tǒng)。 49 控制系統(tǒng)的計算機輔助設計 ?控制系統(tǒng)的計算機輔助設計發(fā)展概況 第一階段： 60～ 70年代，采用一個或者幾個控制系統(tǒng)計算程序組成的控制系統(tǒng)計算機輔助設計軟件包。 第二階段： 70～ 80年代，功能齊全的用于多變量系統(tǒng)設計的計算機輔助設計軟件包。 第三階段： 80中期開始，產生 仿真軟件 MATLAB— 控制系統(tǒng)計算機輔助設計仿真系統(tǒng)。 ?控制系統(tǒng)計算機輔助設計的主要內容 計算機輔助建立系統(tǒng)模型 數(shù)學模型表示方式之間的相互轉換 計算機輔助分析和設計控制系統(tǒng) 50 數(shù)字仿真實驗采用目前世界上最為流行的計算機仿真軟件 MATLAB。 它是一個功能十分強大的系統(tǒng) ， 是集數(shù)值計算 、 圖形管理 、 程序開發(fā)為一體的環(huán)境 ， 已經成為一種實用的全新計算機高級編程語言 。 在歐美大學里 ， 諸如應用代數(shù) 、 數(shù)理統(tǒng)計 、 自動控制 、 數(shù)字信號處理 、 模擬與數(shù)字通信 、 時間序列分析 、 動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為內容 。 MATLAB更是研究和解決工程計算問題的一種標準軟件 ， 被用來解決一些實際課題和數(shù)學模型問題 。 MATLAB仿真軟件 51 ?本課程的主要任務是用 1. 時域法 2. 根軌跡法 3. 頻率分析法 來研究古典控制理論中的以下問題 1. 穩(wěn)定性 2. 動態(tài)過程 3. 穩(wěn)態(tài)誤差 作業(yè)： 52 53
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