在科学和工程技术的发展过程中

第一章绪论AutomationControlSchoolofNJUT在科学和工程技术的发展过程中，自动控制技术起着重要的作用。除了在宇宙飞船、导弹发射和飞机驾驶等系统中，自动控制技术具有特别重要的作用之外，它在现代机器制造和工业生产过程中也是不可缺少的重要组成部分。随着自动控制理论和技术的不断发展，给人们提供了获得动态系统最佳性能的方法，提高了产品质量，降低了生产成本，提高了劳动生产率，使人们从繁重的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。本章将对本课程的主要内容作一个简介，使同学们对自动控制理论的内容有一个基本了解，以便更好地学习以后各章节。§1.1自动控制理论发展概述自动控制–是指在人不直接参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、生产过程等）自动地按照预定的规律进行工作。自动控制的发展–自动化装置的出现和应用•1769年Watt发明的飞球式蒸汽机调速器——最早工业应用的自动装–经典控制理论的形成和发展•1927年Bode(波德）提出了对数频率特性的方法；•1932H.Nyquist（奈魁斯特）提出奈氏判据，•1942传递函数•1948W.R.Evans（伊万斯)提出根轨迹法，•1948N.Wiener（维纳）发表著名的《控制论》–现代控制理论•状态空间法被引入到控制理论中来。•Kalman提出了能控性与能观测性。表征系统结构特征的重要概念。•“内部研究”代替了传统的“外部研究”。并使分析与综合过程建立在严格的理论基础之上。–主要分支学科•线性系统理论•最优控制理论•系统辨识与自适应控制•大系统理论和特大系统理论等•一些分支学科还渗透到相邻学科中去，如滤波技术、模式识别与人工智能、建模理论与系统工程等§1.2自动控制系统的组成自动控制系统的组成–有两大组成部分，即被控对象和自动控制装置–自动控制装置又可分为下列几个部分：•测量元件（或测量装置）：用于测量被控量的实际值或对被控量进行物理量变换的装置•比较元件（或比较器）：它将被控量的实际值（常取负号）与被控量的要求值（常取正号）相比较，得到偏差的大小•调节元件：通常包括放大器和校正装置，它能将偏差信号放大，并使输出控制信号与偏差信号之间具有一定的数值运算关系（也称为调节规律或控制算法）•执行元件：接受调节元件的输出控制信号，产生具体的控制效果，使被控制量产生预期的改变–几个术语•被控对象•被控参数（被控量）•给定值（期望值）•干扰–两个实例•液位控制系统•飞机控制系统液位控制系统控制器减速器电动机电位器浮子用水开关Q2Q1cifSM飞机示意图给定电位器反馈电位器给定装置放大器舵机飞机反馈电位器垂直陀螺仪θ0θc扰动俯仰角控制系统方块图飞机方块图§1.3自动控制系统的类型按给定值分类•恒值自动调节系统•随动控制系统•程序控制系统按系统信号的形式来分类•连续控制系统•离散控制系统按系统的特性来分类•线性控制系统•非线性控制系统按结构分类•开环控制系统•闭环控制系统按输入、输出量的个数•单输入、多输出控制系统•多输入、多输出控制系统§1.4对控制系统的基本性能要求稳定性快速性准确性