第1章 自动控制的基本概念(上)-v1.pptVIP

化工与环境学院 《过程装备与控制工程》专业 陈祥光 2014年3月 二、本课程的主要任务 能够比较系统地理解和掌握分析与构建自动控制系统的基本理论和方法, 并对系统的运动规律有深入的认识和正确的理解。通过本课程的学习，应做到： 1．掌握经典控制理论和现代控制理论的基本概念、控制系统的 基本分析方法和设计方法。 2．培养学生对于目前在工业过程中广泛应用的反馈控制有宽厚 的理论基础。 3．为学生在生产实践中进一步研究和设计控制系统打下扎实的 基础。 4．理论联系实际, 跟踪新技术的发展，增强创新能力。 1868年, 麦克斯威尔（J.C. Maxwell）发表了“论调 节器”一文, 利用线性微分方程对离心式调速机构的动 态性能进行了分析和研究。普遍认为, 这是有关反馈控 制理论的第一篇正式发表的研究论文。 在1932年，奈奎斯特（H.Nyquist）提出一种基于 系统开环频率特性判别系统稳定与否的判据，它能够 给出一个稳定系统趋于不稳定的程度的一种简单度量 方法，称为奈奎斯特稳定判据。 在1948年，伊文思（W.R.Evans）根据反馈系统开 环、闭环传递函数之间的内在联系，提出了由开环传 递函数寻求闭环特征根（即闭环极点）的根轨迹法。 把第二次世界大战前后形成的、基于Laplace变换获取系统（或环节）传递函数，基于方块图方法获系统获取系统数学模型，以频率响应和根轨迹作为设计方法的控制理论，称为经典控制理论。 而把在1960年前后形成的、以系统的状态变量描述作为数学模型，以最优控制和卡尔曼滤波作为设计方法的控制理论，称为现代控制理论。 自动控制就是利用各类自动控制装置和仪表代替人的操作, 使生产过程或机器设备自动地按预定的规律运行, 或使它的某些参数（如温度压力、流量、成分、电流、电压、转数等）按预定要求变化或在一定的精度范围内保持恒定。 一些实例如下图所示。 (1)一种基于人工的反馈控制系统 (2)一种基于控制器的反馈控制系统 ★ 要实现对蒸汽加热器出口的温度自动控制，至少必须有 检测元件和变送器、调节器、调节阀、液槽等四个部分， 它们组成一个基本的自动控制系统。 ——1.2 控制系统的工作原理 图1-8 基于控制器的液位自动控制系统 ——1.2 控制系统的工作原理 图 1-7 基于人工操作的液位控制系统 图 1-8 基于控制器的液位自动控制系统 ——1.2 控制系统的工作原理 图1-7a 基于人工操作的温度控制系统 图1-8a 基于控制器的温度自动控制系统 * * *北京理工大学-化工与环境学院 * * * 第1章 自动控制的基本概念 ——过程控制原理 ——前言 ◆本专业的培养目标（适合于本科工程教育专业认证） 多年来，根据我国社会经济发展对人才的需求和行业、企业界相关技术人员的交流，对本专业的培养目标作了适当修改，其论述如下： 培养目标：适应社会主义现代化建设需要，德智体美等全面发展，基础扎实、理工结合、素质全面、实践能力和创造能力强的研究发展型人才。本专业培养具备控制工程、化学工程、机械工程等方面的知识，能在石油化工、生物化工、火化工、能源环保、食品轻工、冶金建材等领域，从事过程测控系统设计、自动化仪表开发、微计算机应用及过程信息管理等方面的高级工程技术人才。 ——前言 一、本课程的性质和地位 《过程控制原理》是“过程装备与控制工程” 专业一门必修的专业基础课程。 重点：在于学习分析和 构建反馈控制系统的基本理论和基本方法，它不仅为后续课程的学 习奠定基础，而且又是直接为解决实际控制系统问题提供理论和方法的课程。 ——前言 三、教学内容及学时分配 本教学内容分为经典控制理论和现代控制理论两大部分，共10章，96学时(经典控制部分48学时, 现代控制部分48学时)。 四、考核与成绩评定 本课程采用单独命题闭卷考试。要求学生做一定数量的练习题。考核成绩根据笔试成绩、完成作业情况以及课堂学习(基本概念测试)情况进行综合评定。 ——前言 ——前言 五、本课程的具体要求 ★掌握经典控制理论和现代控制理论的基本概 念、控制系统的基本分析方法和设计方法。 ★在上课时，认真听讲、积极回答问题；课后 按时完成一定数量的练习题。 ★勤于思索、敢于提问、理论联系实际, 树立 开拓进取、勇攀科学高峰的精神。 ——前言 六、教科书、参考书 [1]陈祥光，黄聪明，何恩智. 自动控制原理 [M]. 北京：高等教育 出版社, 2009.11 [2]陈祥