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经典控制理论与现代控制理论比较
项目
经典控制理论
现代控制理论
研究对象 描述方法 研究办法
线性定常系统 （单输入、单输出）
传递函数 （输入、输出描述）
根轨迹法和频率法
线性、非线性、定常、 时变系统
（多输入、多输出） 向量空间
（状态空间描述）
状态空间法
研究目标
系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律，实
例1.1 热力系统
通过调节蒸汽阀门，使流出的 热水 保持一定的温度。如果由手 工控制，就要求控制者观测温度计 的指示值，调节阀门开关的开度。 调节方法为：如果温度计的指示值 蒸汽 高于期望值，则关小阀门，降低热
冷水
水温度；否则，开大阀门，升高热 水温度，从而使流出的热水保持设 定的温度。
温度计 热水
采样控制理论
3. 现代控制理论 4. 大系统理论 5. 智能控制理论
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1.胚胎萌芽期（1945年以前）
•十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定问题
➢ 1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器 ➢ 1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器 ➢ 1877年产生了古氏判据和劳斯稳定判据 ➢ 1892俄国李雅普诺夫“论运动稳定性的一般问题”论文
•十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机
➢ 促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技
术的发展
•十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机
➢ 促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服
控制和过程控制
•二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展很快
➢ 飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术12，
控制的物理量。
输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有
预定功能或预定输出的物理量。
扰动：所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因
素，称为干扰量或扰动量。
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1－2 自动控制理论的发展
一.控制系统的发展史
自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。
开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘 度自动控制
T T KTΦIa Ia
入) 。
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上述两个系统都是由人工控制的，可以看出，人在控 制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值； （2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数 据相比较，并进行判断，根据给定的控制规律给出控 制量； （3）执行：根据控制量用手具体调节，如调节阀门开 度、改变触点位置。 人工控制的缺点：精度不高，速度慢，有些场合人不 能参与（高温，有放射性）
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1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
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2、经典控制理论 （1940-1960）
➢1945年美国人Bode “网络分析与放大器的设计”，奠定了 控制理论的基础。 ➢1945年美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲提出了《系统论》 ➢1948年美国数学家维纳提出了著名的《控制论》形成了完 整的经典控制理论（以传递函数为基础）。 ➢研究的主要对象是单输入、单输出——单变量系统。 ➢如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车 的运动轨迹等。
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在自动控制中，用控制装置代替人来完成上述功能。 例如，自动控制热力系统如图1.4所示。
给定水温 实际水温 放大器 电动阀门
蒸汽
温度检测 热水
冷水 排水
图1.4 自动控制热力系统
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直流电动机自动调速系统如图1.5所示。
U
Ug
U 放大器 U d
D
I f 常数
Uf +
测速发电机
图1.5 直流电动机速度自动控制系统
Ud
D
I f 常数
转速表
图1.3 直流电动机速度控制系统
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转矩平衡过程
当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动 机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自 动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。
例：设外加电枢电压 U 一定，T=T2 (平衡)，此时，
若T2突然增加，则调整过程为
T2
n E KEΦn E
《自动控制原理》
河池学院物电系
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《自动控制原理》教材
1.《自动控制原理》 科学出版社 胡寿松
(推荐教材)
2.《控制理论基础》
科学出版社
王显正等
3.《自动控制系统》
高教出版社
汪小帆等
4.《Automatic Control System》Benjamin C. Kuo
（高教出版社 ）
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1－1 概述
因此所谓自动控制是在没有人参与的情况下，利用 控制装置使被控制对象和过程自动地按预定规律变化 的控制过程。具有自动控制功能的系统称为自动控制 系统。
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控制器：对被控对象起控制作用装置的总体. 被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。 被控量：被控对象的工作状态. 输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动
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3、现代控制理论 （ 50年代末-60年代初）
➢空间技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、 人造卫星和宇宙飞船上。 ➢匈牙利数学家Kalman “控制系统的一般理论”奠定了 现代控制理论的基础 ➢研究的主要对象是多输入、多输出——多变量系统。 ➢如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏 板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。 ➢计算机科学地发展，极大地促进了控制科学地发展
后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导 弹、卫星、宇宙飞船自动控制
目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等 生物学系统：生物控制论、人造器官。 经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论
五个阶段:
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1－2 自动控制理论的发展
1.胚胎萌芽期
线性控制理论 2. 经典控制理论非线性控制理论
排水 图1.2 热力系统
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例1.2 直流电动机速度控制系统
控制目标是使电动机稳定在要求的转速上运行。 从图中可见，对应滑动电阻器的触点的某一位置，有 一给定电压，经过放大器放大为，即为电动机电枢电 压。在没有任何扰动的情况下，对应滑动电阻器的触 点的某一位置，则有一电机转速与之对应。
➢U
Ug
放大器
输出情况下的系统综 现在一定意义下的最优控
合
制与设计
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1－2 自动控制理论的发展
4、大系统控制理论（ 70年代）
➢ 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系 统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综 合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、 多干扰、多变量的系统。