共57頁第1頁自動控制技術在電氣工程中的應用

控制理論是關于個中系統的一般性控制規律的科學。它研究如何通過信號反饋來修正動態系統的行為和性能，以達到預期的控制目的。實際系統往往含有許多未知的不確定性因素，為了對它進行有效的控制，就要對它進行辨識、建模或跟蹤，對量測信號進行包括濾波、預測、狀態估計在內的各種學科處理，然后設計反饋控制規律，使系統的某些性能達到預期的最優指標。共57頁第2頁

中國古代能工巧匠發明許多原始的自動裝置，以滿足生產、生活和作戰的需要。其中比較著名有下述的幾種：

(1)指南車(2)銅壺滴漏(3)浮子式閥門

(4)飲酒速度的自動調節(5)計里鼓車

(6)漏水轉渾天儀

(7)候風地動儀(8)水運儀象臺第一節自動化技術共57頁第3頁西漢千章銅漏1、水鐘第一節自動化技術一、古代自動裝置共57頁第4頁2、沙漏第一節自動化技術共57頁第5頁3、指南車指南車第一節自動化技術共57頁第6頁

指南車實際是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合的齒輪系裝置的車輛。

齒輪系車身木人方向車輛轉彎第一節自動化技術共57頁第7頁指南車復原模型第一節自動化技術共57頁第8頁4、銅壺滴漏第一節自動化技術共57頁第9頁5、飲酒速度自動調節，計里鼓車飲酒速度自動調節

計里鼓車(復原模型)及原理

第一節自動化技術共57頁第10頁6、漏水轉渾天儀

它是一種用漏水推動的水運渾象，和現在的天球儀相似，可以用來實現天體運行的自動仿真。張衡水力天文儀器中齒輪系推想圖第一節自動化技術共57頁第11頁

7、候風地動儀圖

候風地動儀圖(復原模型)及剖面圖第一節自動化技術共57頁第12頁8、水運儀象臺第一節自動化技術共57頁第13頁水運儀象臺樞輪和天衡裝置示意圖第一節自動化技術共57頁第14頁9、離心調速器

為了保持蒸汽機的勻速運轉，瓦特把一個離心調速器連接在進汽活門上，使其自動調節進汽量。這種裝置是最早在技術上使用的自動控制器。離心調速器示意圖蒸汽機－自動化的開端第一節自動化技術共57頁第15頁二、自動化技術形成時期

（18世紀末至20世紀30年代）

公元1788年J.瓦特將離心式調速器與蒸汽機的閥門連接起來，構成蒸汽機轉速的閉環自動調速系統第一節自動化技術共57頁第16頁三、自動控制理論的誕生

自動化技術從產生到現在，它的發展始終沒有離開武器裝備的需要。自動化技術在抗擊德軍空中飛機轟炸、水下潛艇的攻擊等方面發揮了巨大作用，為二戰的最后勝利做出了巨大貢獻。同時，自動化技術在實際應用中得到不斷發展，逐步走向了理論化和系統化

第一節自動化技術共57頁第17頁

控制論“控制論”這個名詞來源于古希臘，原意是“舵手”第一節自動化技術共57頁第18頁

《控制論》是在現代數學、自動控制技術、通訊技術、電子計算機、神經生理學諸學科基礎上相互滲透，由維納等科學家的精煉和提純而形成的邊緣科學。它主要研究信息的傳遞、加工、控制的一般規律，并將其理論用于人類活動的各個方面。第一節自動化技術共57頁第19頁第二節自動化的基本概念與結構賽伯（自動化）原理1、自動化控制過程2、什么是自動化3、自動化的作用

第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第20頁什么是自動化？

(a)手動控制(b)自動控制水溫的手動控制和自動控制的示意圖第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第21頁自動化的作用加速社會的產業結構的變革和社會信息化的進程1.提高社會生產率和工作效率，2.節約能源和原材料消耗，3.保證產品質量，4.改善勞動條件，減輕體力、腦力勞動，5.改進生產工藝和管理體制。第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第22頁取杯過程圖第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第23頁自動控制分析

一個自動化系統無論結構多么復雜都是由下面幾部分組成：

第一，檢測比較裝置。

第二，控制器。

第三，執行機構。

第四，控制量。第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第24頁

二、自動控制定義1、受控對象2、控制器3、傳感器4、執行器5、穩定性6、極點7、魯棒性第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第25頁人工控制系統結構圖自動控制系統結構圖控制系統一般結構圖第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第26頁壓力傳感器溫度傳感器第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第27頁電動執行器氣動執行器第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第28頁不穩定系統穩定系統第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第30頁復合控制系統原理框圖

第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第31頁航天技術軍事領域A、應用領域第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第32頁機器人技術資源開發A、應用領域第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第33頁環境監測海洋探測安全保衛A、應用領域第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第34頁醫療診斷交通運輸家用電器A、應用領域第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第35頁現代控制理論的基本內容

本質：“時域法”引入了“狀態”的概念，用“狀態變量”（系統內部變量）及“狀態方程”描述系統。

第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第36頁（一）線性系統理論1．系統辨識2．最優控制3．自適應控制

模型參考自適應控制（ModelReferenceAdaptiveControl）

自校正適應控制（Self-TurningAdaptiveControl）

第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第37頁（二）非線性系統理論

主要的研究手段，包括Lyapunov函數、微分流形及微分動力學等工具并結合計算機仿真研究第二節自動控制理論的基本概念與結構共57頁第38頁第三節智能控制一、概念二、特點

1、分析和設計控制系統的重點在智能機模型

2、智能控制的核心是高層控制

3、智能控制為四元結構。

4、智能控制是新興的研究和應用領域。共57頁第39頁智能控制結構第三節智能控制共57頁第40頁智能控制結構第三節智能控制共57頁第41頁3、分類

1．遞階智能控制2．專家智能控制3．模糊控制4．神經網絡智能控制第三節智能控制共57頁第42頁遞階智能控制第三節智能控制共57頁第43頁專家智能控制第三節智能控制共57頁第44頁模糊控制第三節智能控制共57頁第45頁神經網絡智能控制第三節智能控制共57頁第46頁智能控制技術的應用

（1）在工業過程控制中的應用包括石油化工、冶金、化工等方面。（2）在分散控制系統（DCS）和可編程控制器（PLC）中的應用。（3）在故障診斷及其他方面的應用。第三節智能控制共57頁第47頁第四節現代控制技術在電力系統控制中的應用1、線性最優控制在電力系統中的應用2、自適應控制在電力系統中的應用3、變結構控制在電力系統中的應用4、人工神經網絡在電力系統中的應用5、專家系統在電力系統中的應用共57頁第48頁自適應控制在電力系統中的應用第四節現代控制技術在電力系統控制中的應用共57頁第49頁變結構控制在電力系統中的應用第四節現代控制技術在電力系統控制中的應用共57頁第50頁人工神經網絡在電力系統中的應用第四節現代控制技術在電力系統控制中的應用共57頁第51頁專家系統在電力系統中的應用第四節現代控制技術在電力系統控制中的應用共57頁第52頁第五節自動控制在21世紀的發展趨勢

（1）控制理論受到高科技需求的推動。

（2）控制理論的發展與數學共存。（3）控制理論與其他領域廣泛交叉。（4）復雜系統控制理論問題引起人們的重視。

共57頁第53頁自動控制在21世紀的發展趨勢第五節自動控制技在21世紀的發展趨勢共57頁第54頁自動控制在21世紀的發展趨勢第五節自動控制技在21世紀的發展趨勢共57頁第55頁自動控制在21世紀的發展