课程学习要求
按时上课，认真听讲 亲笔手书，完成作业 参与实验，撰写报告 闭卷考试，成绩叠加
自动控制理论概述
自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控 对象的某一物理量自动地按照预定的规律运行。
自动控制系统：能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的 系统。包括被控对象和控制装置。被控制对象是指要求实现自 动控制的机器、设备或生产过程。控制装置则是指对被控对象 起控制作用的设备总体。常见的控制系统可以是只控制一个物 理量，也可以是包括一个企业、机构全部过程的大系统，可以 是一个具体的工程系统，也可以是抽象的社会系统、生态系统 或经济系统等。
自动控制理论概述
控制论：包括工程控制论、生物控制论和经济控制 论。工程控制论主要研究自动控制系统中的信息变 换和传送的一般理论及其在工程设计中的应用。而 自动控制原理仅仅是工程控制论的一个分支，只研 究控制系统分析和设计的一般理论。自动控制原理 相应分为古典控制理论、现代控制理论、智能控制 理论。
本课程限于古典控制理论的部分内容。
自动控制理论概述
开环控制
• 控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没 有反向联系的控制过程，其输出量不对系统 的控制作用发生影响。
• 例如：自动洗衣机、交通信号灯 ……
自动控制理论概述
闭环控制
• 控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又 有反向联系的控制过程。
(a)按输入作用补偿
控制装置
输出量 被控对象
自动控制理论概述
输入信号
扰
补偿装置
动
控制装置
输出量 被控对象
(b)按扰动作用补偿
控制系统分类
按照描述系统的数学模型：线性与非线性、定常与时变； 按照系统传送信号的性质：连续时间与离散时间； 按照系统元件类型：机电、液压、气动、生物…… 按照系统功用：温控、位控…… 按照系统输入信号变化规律：恒值调节系统、程序控制
任课教师介绍
先后讲授“材料加工学科前沿”、“材料加工工艺 学”、“控制工程基础”、“机电系统自动控制原 理”等课程。培养博硕研究生18名。
主持学校211工程项目“计算机集成材料加工技术 研究基地”和985工程项目“测控技术教学实验基 地”的建设。
课程主要内容
自动控制理论概述 控制系统的动态数学模型 时域瞬态分析 控制系统的频率特性 控制系统的稳定性分析 控制系统的误差分析和计算 控制系统的性能分析与校正
任课教师介绍
近年来致力于材料加工复杂过程建模与控制、机器人 技术及应用、现代功率电子系统、先进汽车制造技术 等领域的研究工作。主持和承担国家科技攻关计划课题、 国家863高技术计划项目、国家973基础研究计划项目、 国家自然科学基金资助项目、国家教育部专项经费资助 计划项目、国防工业研究项目等。发表学术论文80余篇， 申请国家发明专利4项，曾两次获得国家教委“科技进步 奖”、国家教育部“高校青年教师奖”、清华“学术新 人奖”暨香港 “新鸿基——优秀青年教授奖”等。
• 输出量送回到输入端并与输入信号比较的过 程称为反馈。反馈信号与输入信号相减而使 偏差值越来越小，则称为负反馈；反之，为 正反馈。
自动控制理论概述
自动控制理论概述
自动控制理论概述
u1
给定信号
u
电压功率 ua
放大器
n
控制电机
u2
a
减速器
调压器
u
恒温箱 （控制对象）
to 温度
(被调量)
热电偶
电加热炉系统方块图
自动控制理论概述
输入信号 眼睛 （书位置）
大脑
人作为闭环系统的方块图
输出量 手臂、手 （手位置） 眼睛
自动控制理论概述
复合控制
是开环控制与闭环控制相结合的一种控制 方式，是在闭环控制回路的基础上，附加 一个输入信号或扰动作用的顺馈通路，来 提高系统的控制精度。
自动控制理论概述
补偿装置
输入信号
系统、随动控制系统
典型反馈控制系统方块图
比较
元件
给定
串联校正
元件
元件
输入 偏差xi 信号eFra bibliotek主反馈信号xb
放大变换 元件
执行 元件
扰 动
被控 输出
对象 x0
并联校正 元件 局部反馈
测量元件
主反馈
对控制系统的基本要求
稳定性：由于惯性等原因，可能会引起系统振荡而使其失 去工作能力。稳定性是指动态过程的振荡倾向和系统能够 恢复平衡状态的能力。输出量偏离平衡状态后应该随时间 收敛并且最后回到初始的平衡状态。稳定性的要求是系统 工作的首要条件。
自动控制理论概述
模型
比较器
参数调整 装置
控制装置
被控对象
模型参考自适应控制系统 C
第一次课外作业
教材， 第 10-11 页，第 1、4、6 题 要求9月19日之前完成并提交助教
谢 谢！
自动控制理论概述
自适应控制 • 当系统特性或元件参数变化或扰动作用很剧烈 时，能自动测量这些变化并自动改变系统结构 和参数，使系统适应环境的变化并始终保持最 优的性能指标。 • 自适应功能：自动辨识、自动判断、自动修正。 • 系统：输入信号的自适应、参数与特性的自适 应、最优自适应、自整定、自学习、自组织、 自修理……
控制工程基础
教师：都东（清华大学机械系） 教材： 董景新《控制工程基础》 参考：胡寿松《自动控制原理》
绪芳胜彦《现代控制工程》
任课教师介绍
1962年出生。1980年进入清华大学本科学习，1985年以 本专业第一名的成绩取得学士学位，1991年取得博士学 位，并获清华大学优秀博士论文奖。
现受聘担任清华大学机械工程系教授和博士生导师，材 料加工工程与自动化研究所副所长，材料加工过程控制 学科方向责任教授，清华汽车工程开发研究院技术委员 会成员。还是中国机械工程学会高级会员，中国焊接学 会机器人及自动化专业委员会学术主任，美国IEEE会员 和SPIE会员等。
快速性：在系统稳定的前提下，输出量与给定输入量之间 产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。
准确性：亦称静态精度，是指在调整过程结束后输出量与 给定的输入量之间的偏差，即稳态误差。
自动控制理论概述
最优控制 • 要求控制系统实现对某种性能标准为最好的控制， 这种性能标准称为性能指标（目标函数）。如时 间最优控制(快速最优控制)。 • 最优控制的一般理论包括极大(小)值原理和动态 规划法。