自动控制原理二阶闭环系统的实验模拟研究文献综述

 2022-07-14 05:07

南京林业大学毕业设计(论文)综述

课题名称:自动控制原理二阶闭环系统的实验模拟

自动控制是区别于以往的人工控制,它利用外加的自动控制装置对机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行,从而代替人工操作使之达到预期的性能或状态指标,自动控制技术可以有效提高企业的经济效益和产品的质量,在恶劣环境下能够代替人工操作。在控制论中“系统”和“反馈”是自动控制理论概念的核心,现代科学技术发展的必然趋势是全球对复杂系统科学或复杂性科学研究越来越多,分析系统的性质和结构、调控系统的运动状态是控制理论要解决的主要问题。“反馈”的概念控制论中最核心的概念,“反馈” 的概念能对付各种等不确定因素对被控系统的影响,也能让控制系统具有人类“智能”行为的特征。自动控制理论就是研究自动控制系统中变量的变化规律及其改进的途径。

经典控制理论时期为20世纪40—50 年代,研究的主要对象为元件的状态、系统中各组成环节、特性可以用线性微分方程描述的控制系统。到18 世纪,自动控制技术逐渐被应用到现代工业生产中,加速了第一次工业革命的步伐,其中最具标志意义的是瓦特(J.Watt)发明的蒸汽机离心调速器。之后推动经典控制理论发展的代表人物有1868 年马克斯韦尔(J.C.Maxwell)的稳定性代数判据、1895 年劳斯(Routh)与赫尔维茨(Hurwitz)、自提出了两个著名的稳定性判据—劳斯判据和赫尔维茨判据、1932 年尼奎斯特(H.Nyquist)提出的频率响应法、1948 年伊万斯(W.R.Ewans)提出的根轨迹法。建立在频率响应法和根轨迹法基础上的理论,被称为经典控制理论。1948 年控制论的奠基人美国数学家韦纳(N.Weiner)出版了《控制论》,为控制理论这门学科奠定了基础,推广了反馈的概念。

现代控制理论时期为20 世纪60—70 年代,它是为了克服经典控制理论的局限性而逐步发展起来的。现代控制理论研究的对象范围包含了线性和非线性问题、单入单出、多入多出等问题,研究范围广阔,应用广泛。现代控制理论主要用于解决多如多出、鲁棒控制、最优控制等复杂问题。

现代控制理论的发展和成熟反映了人类由机械化时代向电气化时代转型的过程,体现了控制理论的智能化、信息化、自动化趋势。这一时期的代表理论和人物有:贝尔曼(Bellman)等人在1957年提出的动态规则、卡尔曼(Kalman) 和布西1959 年创建的卡尔曼滤波理论、状态空间法,庞特里亚金1961年提出的极小(大)值原理、罗森布洛克(H.H.Rosenbrock)等人的现代频域法理论等为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。

可以说自动控制应用领域遍及众多的生活和科技方面,但这不是说后来的理论就替代了先前的理论。经典控制理论阶段,自动控制主要用于工程技术中的各类控制问题,比如航空航天技术、生产过程、武器控制、通信技术等方面。现代控制理论发展后,被广泛应用于社会系统、生态环境、经济科学、交通管理、生物和生命现象研究等领域。现代控制理论和经典控制理论都在其相应领域发挥着不可替代的作用,现代控制理论能更好地设计和改进控制系统的工具,而经典控制理论则在复杂一点的改进控制系统内部特征方面不占优势,经典控制理论对于简单的低阶控制系统能直观整体地认识。现代控制理论研究的问题主要包括最优控制规律的寻求和最优控制问题。

为了更好学习自动控制理论,做了二阶闭环系统模拟实验。二阶系统是比较典型的系统,它的研究具有代表性,并且许多高阶系统的研究也是在它的基础上建立起来的,因此对二阶系统的研究具有较大的实际意义。

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