自动控制原理精品课程

《自动控制原理及应用》课程是电子信息类专业，特别是自动化专业的一门专业基础课，该课程是为学生建立系统观点、掌握控制原理的一门必修课程。本门课程的前续课程是：高等数学、电工基础、工程数学等，在学习了以上内容以后进入本门课程的学习。
本门课程一共包括8章，前面7章主要介绍经典控制理论的内容，第8章介绍现代控制理论的基本概念。在前面7章中，主要介绍经典控制理论的主要分析方法：数学模型的建立、时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法、控制系统的综合与校正、采样控制系统基础；第8章主要介绍现代控制理论的相关内容。

自动控制理论的发展简史
 被控对象、被控量、控制装置和自动控制系统的基本概念
 三种控制方式，特别是闭环控制
 由系统工作原理图绘制方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式
 系统常用的分类方法及分类，各类系统的含义和信息特征
 自动控制系统的基本要求
1.1.1  自动控制技术及应用
       自动控制理论与实践的不断发展，为人们提供了设计最佳系统的方法，大大提高了生产率，同时促进了科学技术的进步。所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备（称为控制器）操作被控对象（如机器、设备或生产过程）的某个状态或参数（称为被控量）使其按预先设定的规律自动运行。如化工生产中合成氨反应塔内的温度和压力能够自动维持恒定不变，雷达跟踪和指挥仪所组成的防空系统能使火炮自动地瞄准目标，无人驾驶飞机能按预定轨道自动飞行，人造地球卫星能够发射到预定轨道并能准确回收等等，都是应用自动控制技术的结果。自动控制理论就是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理，随着工业生产和科学技术的发展，现已发展成为一门独立的学科——控制论。控制论包括工程控制论、生物控制论和经济控制论。
在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术所起的作用越来越重要，无论是在宇宙飞船、导弹制导、雷达定位等尖端技术领域中，还是在机械制造工业、石油、化工、医药工业等的过程控制中，都有自动控制技术的应用，并且它所取得的成功都是巨大的。因此，自动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分
随着生产的发展，控制技术也在不断地发展，尤其是计算机的更新换代，更加推动了控制理论不断地向前发展。控制理论的发展过程一般可分为三个阶段：
（1）第一阶段。时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。经典控制理论主要是解决单输入单输出问题，主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。此阶段所研究的系统大多是线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量，经典控制理论能够较好地解决生产过程中的单输入单输出问题。这一时期的主要代表人物有伯德（H.W.Bode 1905～）和伊文思（W.R.Evans）。伯德于1945年提出了简便而实用的伯德图法。1948年，伊文思提出了直观而又形象的根轨迹法。
（2）第二阶段。时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展。经典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输出问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。这一时期的主要代表人物有庞特里亚金、贝尔曼（Bellman），及卡尔曼（R.E.Kalman，1930～）等人。庞特里亚金于1961年发表了极大值原理；贝尔曼在1957年提出了动态规化原则；1959年，卡尔曼和布西发表了关于线性滤波器和估计器的论文，即所谓著名的卡尔曼滤波。
（3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展。前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。“大系统理论”是用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。而“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。
1）系统。即为达到某—目的，由相互制约的各个部分按—定规律组成的、具有一定功能的整体。
（2）自动控制系统。指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它一般由控制装置（控制器）和被控对象所组成。
（3）控制装置。则是指对被控对象起控制作用的设备总体。
（4）被控对象。是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。例如，汽车、飞机、炼钢、化工生产的锅炉等。