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REPORTING2023WORK SUMMARY《控制理论概要》ppt课件•控制理论概述•控制系统数学模型目录•控制系统稳定性分析•控制系统性能分析CATALOGUE•控制策略与应用•控制工程案例分析PART01控制理论概述控制理论的发展历程古典控制理论20世纪40年代至60年代,主要研究单输入单输出线性定常系统的分析和设计现代控制理论20世纪60年代末至70年代,研究多输入多输出非线性时变系统的最优控制智能控制理论20世纪80年代至今,基于人工智能和运筹学的控制理论和方法控制系统的基本组成控制器接收输入信号,根据系统设定值和实际输出信号1的差值,产生控制信号受控对象接受控制信号并产生输出信号的装置或系统2反馈装置将输出信号反馈给控制器,形成闭环控制3控制系统的分类开环控制系统无反馈环节,输入信号直接作用于受控对象闭环控制系统复合控制系统有反馈环节,输出信号通过反馈装置反馈给同时包含开环和闭环控制系统的控制系统控制器PART02控制系统数学模型线性时不变系统01020304线性时不变系统是控制理论中线性表示系统输入和输出之间时不变性表示系统的特性不随常见的线性时不变系统有RC最基础的系统模型,具有线性的关系是线性的,即输出等于时间变化,即在不同时刻系统电路、RL电路等特性和时不变性输入的常数倍的传递函数相同传递函数与方框图传递函数是描述线性时不变系统动态特性的数学模型,表示输出与输入之间的函数关系方框图是描述系统动态行为的图形表示方法,由一系列的方框和箭头组成,每个方框表示一个环节,箭头表示信号的传递方向通过方框图可以直观地了解系统的组成和信号的传递过程,便于分析和设计控制系统状态空间模型状态空间模型是另一种描述控制系统动态行为的数学模型,它01用状态变量和输入变量描述系统的动态特性状态变量表示系统内部的状态,输入变量表示外部对系统的激02励通过状态方程和输出方程可以描述系统的动态行为,便于进行03系统的分析和设计PART03控制系统稳定性分析稳定性定义稳定性定义如果一个系统受到扰动后能够回到原来的平衡状态,则称该系统是稳定的平衡状态系统在没有受到外部作用力或力矩作用下的静止或匀速运动状态扰动对系统施加的外力或力矩劳斯-赫尔维茨稳定判据劳斯-赫尔维茨稳定判据是它通过计算系统的极点和控制系统稳定性分析中常零点,来判断系统的稳定用的一种方法性如果系统的所有极点都位如果极点位于复平面的右于复平面的左半部分,则半部分或等于零,则系统系统是稳定的是不稳定的奈奎斯特稳定判据如果系统的所有频率响应曲奈奎斯特稳定判据是通过分线都在复平面的左半部分,析系统的频率响应来判定系则系统是稳定的统稳定性的方法它通过计算系统的开环频率如果频率响应曲线穿越虚轴响应,来判断闭环系统的稳或位于复平面的右半部分,定性则系统是不稳定的PART04控制系统性能分析动态响应分析瞬态响应稳态响应描述系统对输入信号的即时反应,包括上升时描述系统达到稳定状态后的输出,与系统的静间、峰值时间、调节时间和超调量等态误差有关动态性能指标如阶跃响应的超调量、调节时间和振荡次数等,用于评估系统的动态性能稳态误差分析定义稳态误差是系统在输入信号作用下,系统输出与参考输入之间的长期偏差产生原因系统增益不足、系统类型(如积分、微分、比例等)和输入信号频率等减小稳态误差的方法增加系统增益、引入适当的控制策略等控制系统设计指标快速性要求系统能够快速地响应输入信号的变化准确性要求系统输出尽可能接近参考输入,减小稳态误差稳定性和可靠性要求系统在各种工作条件下都能保持稳定运行,并具有一定的鲁棒性PART05控制策略与应用经典控制策略PID控制比例-积分-微分控制,通过调整三个参数实现系统控制根轨迹法频率响应法通过绘制系统开环传递函数的根轨迹图,分通过分析系统的频率响应曲线,评估系统的析系统的稳定性稳定性和性能现代控制策略状态空间控制基于系统状态方程的控制方法,通过状态反馈实现系统最优控制鲁棒控制针对不确定性系统设计的控制方法,提高系统对参数变化的适应性自适应控制根据系统参数变化自适应调整控制器参数,实现系统最优控制控制策略比较与选择适用场景控制精度根据被控对象的特性和要求,选择合适的控比较各种控制策略的控制精度,选择最优的制策略控制策略稳定性计算复杂度评估各种控制策略的稳定性,选择稳定可靠考虑控制策略的计算复杂度,选择易于实现的控制策略的控制策略PART06控制工程案例分析案例一温度控制系统总结词温度传感器控制器加热器或冷却器设定值通过温度传感器检测温用于检测温度,将温度接收温度传感器信号,根据控制信号调节开度,人工设定的期望温度值度,控制器根据设定值信号转换为电信号与设定值进行比较,输改变温度与实际值的偏差来调节出控制信号加热器或冷却器的开度,从而控制温度稳定在设定范围内案例二液位控制系统总结词通过液位传感器检测液位高度,控制器根据设定值与实际值的偏差来调节水泵或阀门,从而控制液位稳定在设定范围内设定值液位传感器人工设定的期望液位值用于检测液位高度,将液位信号转换为电信号水泵或阀门控制器根据控制信号调节开关状态,改变液位接收液位传感器信号,与设定值进行比较,输出控制信号案例三电机控制系统0102030405总结词速度传感器控制器电机设定值通过速度传感器检测电机用于检测电机转速,将转接收速度传感器信号,与根据控制信号调节输入电人工设定的期望转速值转速,控制器根据设定值速信号转换为电信号设定值进行比较,输出控压或电流,改变转速与实际值的偏差来调节电制信号机的输入电压或电流,从而控制电机转速在设定范围内。