自动控制原理课件胡寿松

自动控制原理课件胡寿松•自动控制概述•控制系统稳定性分析•控制系统的性能指标•控制系统的设计方法目录•控制系统的校正与补偿•控制系统的应用实例contents01自动控制概述定义与分类定义自动控制是利用控制装置，使被控对象按照预设规律自动运行的系统分类开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统等自动控制系统的组成控制器被控对象执行器测量元件根据设定值和实际输出根据控制器发出的控制检测被控对象的输出量，值的偏差，按照一定的需要控制的设备或系统信号，驱动被控对象执并将其转换为可测量的控制规律计算出控制量行相应的动作电信号自动控制系统的工作原理设定值与实际输出值的偏差控制器通过比较设定值和实际输出值，计算出差值控制规律的运算控制器根据差值，按照预定的控制规律进行运算，得出控制量控制信号的输出控制器将控制量输出给执行器，执行器根据控制信号驱动被控对象执行相应的动作反馈调节通过测量元件检测被控对象的输出量，并将其反馈给控制器，控制器根据反馈信号进行调节，使被控对象的输出量逐渐接近设定值02控制系统稳定性分析稳定性定义稳定性定义稳定性的分类一个控制系统被称为稳定的，如果对根据系统对初始条件和外部扰动的响于任意初始条件，当时间趋于无穷时，应，稳定性可以分为大范围稳定和小系统的状态趋于某一平衡状态范围稳定平衡状态系统的一种状态，在这种状态下，系统的输出或响应不再随时间变化，即输出达到稳定值稳定性判据劳斯-赫尔维茨判据一种用于判断线性时不变系统稳定性的方法，通过计算系统的特征根的实部和虚部来判断系统的稳定性奈奎斯特判据一种通过分析系统的频率响应来判断系统稳定性的方法，通过绘制系统的极坐标图来判断系统的稳定性伯德判据一种通过分析系统的极点和零点位置来判断系统稳定性的方法，通过绘制系统的伯德图来判断系统的稳定性稳定性分析方法频域分析法一种通过分析系统的频率响应来分析系统稳定性的方法，主要通过绘制系统的频率响应曲线来分析系统的稳定性时域分析法一种通过直接求解系统的状态方程来分析系统稳定性的方法，主要通过求解系统的状态响应来分析系统的稳定性03控制系统的性能指标时域性能指标01020304峰值时间调节时间上升时间稳态误差控制系统达到其最大超调量的控制系统从设定值开始达到并控制系统从设定值上升到最大在稳定状态下，控制系统输出时间保持在允许误差范围内的所需值所需的时间与设定值之间的偏差时间频域性能指标幅值裕度带宽频率系统开环频率响应幅值在临界系统开环幅频特性等于

0.707时频率处的值与1之间的差值的频率相位裕度剪切频率系统开环频率响应相位在临界系统开环幅频特性等于

0.707时频率处的值与180度之间的差值的频率稳定性与性能的关系稳定性是控制系统的重要性能指系统的稳定性与其性能指标密切在设计控制系统时，需要综合考标，它决定了系统能否正常工作相关，如系统的超调量、调节时虑稳定性与性能指标之间的关系，间和稳态误差等以获得最佳的系统性能04控制系统的设计方法经典控制理论设计方法010203传递函数法根轨迹法频率响应法通过系统传递函数进行系通过绘制系统开环传递函通过分析系统的频率特性，统分析和设计，主要应用数的极坐标图，分析系统研究系统的稳定性、带宽于线性定常系统的稳定性和阻尼特性现代控制理论设计方法状态空间法01基于系统的状态方程进行系统分析和设计，适用于线性时变系统和非线性系统线性二次型最优控制02通过优化性能指标，设计最优控制律，适用于多输入多输出系统滑模控制03设计滑模面和滑模控制器，使得系统状态在滑模面上滑动，适用于非线性系统和不确定性系统最优控制理论设计方法极大值原理动态规划线性二次型调节器通过求解最优控制问题，将最优控制问题分解为一通过优化二次型性能指标，得到最优控制律和最优轨系列子问题，通过求解子设计线性状态反馈控制器，迹问题得到最优控制律适用于线性系统05控制系统的校正与补偿控制系统的校正方法并联校正在系统开环传递函数的输入端加入串联校正一个并联校正装置，对系统开环传递函数进行整体平移，改善系统静在系统开环传递函数的输出端加态性能入一个串联校正装置，改变系统开环增益，提高系统动态性能复合校正串联校正和并联校正的结合使用，同时改善系统的动态和静态性能控制系统的补偿方法前馈补偿反馈补偿自适应补偿通过引入前馈控制器，对系统输通过引入反馈控制器，对系统输利用自适应算法，根据系统运行入进行预处理，减小或消除系统出进行补偿，减小或消除系统误过程中获得的信息自动调整控制干扰和不确定性对系统输出的影差器参数，以适应系统参数的变化响和不确定性控制系统的优化设计最小方差优化以系统输出方差最小化为目标，设计最优控制器，使系统输出尽可能稳定极点配置优化通过配置系统极点，优化系统动态性能，使系统快速稳定并减小超调状态反馈优化利用系统状态变量信息，设计最优状态反馈控制器，使系统状态跟踪误差最小化06控制系统的应用实例航空航天控制系统的应用无人机飞行控制无人机飞行控制系统通过自动控制算法，实现无人机的稳定飞行和精确控制卫星姿态控制卫星姿态控制系统通过传感器和执行机构，实现卫星的稳定指向和精确姿态调整航空发动机控制航空发动机控制系统通过调节燃油流量和点火时间等参数，实现发动机的稳定运行和性能优化工业自动化控制系统的应用智能制造智能制造系统通过自动化设备和传感器，实现生产过程的自动化控制和优化工业机器人工业机器人系统通过运动控制器和传感器，实现机器人的精确运动和作业能源控制能源控制系统通过调节能源的供应和需求，实现能源的高效利用和节约智能家居控制系统的应用智能照明智能照明系统通过光线传感器和执行机构，实现灯光的自动调节和节能控制智能安防智能安防系统通过视频监控和报警装置，实现家庭的安全监控和报警智能环境控制智能环境控制系统通过调节温度和湿度等参数，实现家庭环境的舒适和节能控制THANKSFORWATCHING感谢您的观看。