秋自控绪论_精品文档.pdf

1、清华大学自动化系 陈峰清华大学自动化系 陈峰自动控制理论（1）自动控制理论（1）自动控制的应用领域自动控制的应用领域自动控制理论自动控制理论2美国军方的大狗机器的骑自行车辅助手术自动化牛奶生产线战斧巡航导弹高精度机床自动控制的应用领域自动控制的应用领域自动控制理论自动控制理论3自动控制理论自动控制理论4控制理论是应用基础理论控制理论是应用基础理论具有鲜明的时代性，强调对实践的指导作用总是和社会的重大需求紧密联系在一起的。人们总是把当时最先进的技术用到自动化领域中，这就要求理论必须指导实践。应用数学的许多成就都会被自动化学科所应用。控制理论是系统的理论强调从“系统”（整体）的角度来分析、研究和实

2、现总体目标，而不单单是其中的部件的性能。控制理论具有多学科交叉融合的特征离不开信息技术、电气技术、数学以及被控对象的相关领域知识自动控制理论自动控制理论5学习控制论的重要意义学习控制论的重要意义我国著名的控制论专家、宋健院士在第14届IFAC世界大会报告中指出：控制论的理论、概念和方法在计算机技术的支持下，已经远远超越了40年前主要为工业生产和军事装备的服务范围，广泛应用到政治、军事和社会科学的各领域。过去20年来，经济学家们从控制论中得益而获得新成就是有目共睹的事实。原属于控制论科学中的专业概念和术语，如正负反馈、系统分析、非线性系统、系统工程等已被自然科学、社会科学等各学科所接收和采用，往

3、往能在完全不同的学科中引导出令人意外的新发现。经济学家们从控制科学中受益已是众所周知的。很多大学多把控制理论列为所有工科和部分社会科学学生的必修课。自动控制理论自动控制理论6课程基本情况课程基本情况学时:64信息学院平台课之一，自动化专业必修课，专业基础课教材：(仅供参考，以课件为主)自动控制原理上下册吴麒,王诗宓主编,清华大学出版社，2006自动控制理论自动控制理论7课程基本情况课程基本情况参考书:现代控制工程 绪方胜彦 科学出版社 第三版 2000 自动控制系统 第8版 美Benjamin C.Kuo,汪小帆李翔译 高等教育出版社 自动控制原理（第三版）国防工业出版社 李友善2005 自动

4、控制理论例题习题集 王诗宓,杜继宏,窦曰轩编著,清华大学出版社 2002 有关Matlab的工具书：精通Matlab 6.5版Matlab 6.x符号运算及其应用等自动控制理论自动控制理论8课程基本情况课程基本情况实验：模拟实验2个（控制理论实验室，中央主楼520）指导教师：赵世敏（中央主楼520，62782611520）作业：每章交12次教员：王凌（后4章），陈峰（前4章）考试：17-18周 期末考试（笔试），无期中考试课程基本情况课程基本情况 辅导：王圣尧 负责：自12-自14自12-自14 电话：15001155013 Email: 交作业地址：中主419 郑晓龙 负责：航院全体航院全体

5、 电话：15811247974 Email: 交作业地址：中主419 程强 负责：其他学生其他学生 电话：13488778657 Email:cheng- 交作业地址：中主714自动控制理论自动控制理论9自动控制理论自动控制理论10关于学习的几点建议关于学习的几点建议培养好的学习方法应用数学工具分析解决工程问题科学思维方法 抽象 综合数学工具(如MATLAB)的使用重视实践活动，积极参加 SRT，各类竞赛活动关注学术活动IFAC中国自动化学会专业委员会IFAC99 北京，（从19602008 每3年一次）CDC,ACC,ECC,CCC阅读学术期刊IEEE Transactions on Aut

6、omatic Control,Control Systems Technology 自动化学报，控制理论与应用，系统仿真学报，计算机工程与应用 自动控制理论自动控制理论11控制理论发展的历史,现状及前景1经典控制理论经典控制理论以单变量控制，随动/调节为主要内容，以微分方程和传递函数为数学模型，以频率响应法为主要方法。数学工具：微分方程，复变函数以单变量控制，随动/调节为主要内容，以微分方程和传递函数为数学模型，以频率响应法为主要方法。数学工具：微分方程，复变函数3后现代控制理论后现代控制理论大系统、智能控制；以网络、通讯、人机交互为代表的信息自动化 集成的理论与技术。大系统、智能控制；以网络

7、、通讯、人机交互为代表的信息自动化 集成的理论与技术。2现代控制理论现代控制理论现代控制理论以多变量控制、最优控制为主要内容，采用时域法，以状态方程为数学模型。数学工具：线性代数，泛函分析现代控制理论以多变量控制、最优控制为主要内容，采用时域法，以状态方程为数学模型。数学工具：线性代数，泛函分析自动控制理论自动控制理论12经典控制理论以单变量控制，随动/调节为主要内容，以微分方程和传递函数为数学模型，所用的方法主要以频率响应法为主。数学工具：微分方程，复变函数优点：物理意义明确，概念直观，方法简单，计算方便 缺点：只知道输入输出关系，对系统内部的状态知道甚少，即不能描述系统全部运动状态。方法上

8、（根轨迹和频率法）带有明显的依靠手工进行分析和综合的色彩。而且设计多凭经验，很难处理多输入多输出的系统。经典控制理论经典控制理论自动控制理论自动控制理论13二阶倒立摆三阶倒立摆电机控制工业控制核反应堆温度控制机械臂控制现代控制理论现代控制理论60年代初形成并迅速发展起来的，其发展的动力是航天、航空、导弹等军事尖端技术的发展，对自动控制系统提出越来越高的要求：要求设计高精度、快速响应、低消耗、低成本的控制系统。另一方面，被控制对象越来越大型、复杂，从单机局部自动化发展成大系统综合集成自动化。优点：状态方程模型可用于描述线性或非线性系统，常系数或变系数系统，集中参数或分布参数系统；状态方程描述了系

9、统的全部运动状态（系统内部，系统输入、输出状态）。缺点：状态方程模型的物理直观性较差，模型结构和参数的物理概念不够明确。自动控制理论自动控制理论14现代控制理论现代控制理论自动控制理论自动控制理论15火箭火星车导弹空间站载人飞船歼20后现代控制理论后现代控制理论80年代以后，控制理论向广度与深度发展系统，是指规模大，结构复杂变量众多的信息与控制系统。在系统理论中，采用状态方程和代数方程相结合的数学模型，状态空间，运筹学等相结合的数学方法智能控制，是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人，智能主体等。21世纪 网络、通讯、人机交互为代表的信息自动化集成的理论与技术。自

10、动控制理论自动控制理论16后现代控制理论后现代控制理论自动控制理论自动控制理论17基因控制谷歌汽车飞行器姿态控制BMW生产线自动控制理论自动控制理论18目前的发展趋势1突出含机、电、计算机、通信网络的大系统、复杂系统与人机交互系统的集成；突出含机、电、计算机、通信网络的大系统、复杂系统与人机交互系统的集成；3多学科交叉、融合，是一个跨行业的学科。对人才的要求：基础雄厚、适应面宽，有理论能实践的复合型人才。多学科交叉、融合，是一个跨行业的学科。对人才的要求：基础雄厚、适应面宽，有理论能实践的复合型人才。2控制论的三大方面：模型的建立（数学基础），信息的处理（计算机微电子技术）与实体的控制（领域知

11、识，工程特征）控制论的三大方面：模型的建立（数学基础），信息的处理（计算机微电子技术）与实体的控制（领域知识，工程特征）自动控制理论自动控制理论19我国控制理论的教学我国控制理论的教学 1949 上海交大张钟俊伺服系统1949 上海交大张钟俊伺服系统 1950 清华大学钟士模自动调节原理1950 清华大学钟士模自动调节原理 5060年代随动系统，自动调节原理5060年代随动系统，自动调节原理 70年代末80年代现代控制理论，最优控制，自适应控制，系统辨识，随机控制，大系统理论，运筹学，鲁棒控制70年代末80年代现代控制理论，最优控制，自适应控制，系统辨识，随机控制，大系统理论，运筹学，鲁棒控制

12、 90年代模糊控制，智能控制，系统集成90年代模糊控制，智能控制，系统集成 新世纪网络技术，生物信息技术，嵌入式系统，新世纪网络技术，生物信息技术，嵌入式系统，要求：厚基础 宽口径 学科交叉 科学思维方法勇于实践和探索要求：厚基础 宽口径 学科交叉 科学思维方法勇于实践和探索清华与控制论的渊源清华与控制论的渊源维纳：维纳：大数学家，控制论创始人。曾在清华任教两年（19351936），在访问教授期间和清华李郁荣合作研究傅里叶变换滤波器。犹太人，自幼聪慧，7岁能读科学文献，12岁进入塔夫茨学院成为少年大学生，15岁本科毕业，并进自动控制理论自动控制理论20哈佛大学，*岁时获数理逻辑博士学位。194

13、8年，维纳发表控制论Cybernetics，宣告了这门新兴学科的诞生。此后，维纳继续为控制论的发展和运用作出了杰出的贡献。自动控制理论自动控制理论21本学期主要教学内容本学期主要教学内容 第一章：控制的基本概念 第二章：控制系统的数学模型 第三章：线性系统的时域分析方法 第四章：频率响应法 第五章：根轨迹法 第六章：控制系统的校正与综合 第七章：非线性控制系统分析 第八章：采样控制系统 MATLAB讲座控制理论所要解决的主要问题控制理论所要解决的主要问题 方案选择方案选择 方案设计方案设计 数字仿真数字仿真 半实物半实物/实物仿真实物仿真 稳定性稳定性 动动/静态性能静态性能 实际问题抽象实际问题抽象 数学描述数学描述系统建模系统建模系统建模系统建模系统分析系统分析系统分析系统分析系统综合系统综合系统综合系统综合系统验证系统验证系统验证系统验证自动控制理论自动控制理论22清华大学自动化系 陈峰清华大学自动化系 陈峰