自动控制原理及应用
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1.1 概述

随着现代生产和科学技术的发展,自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制带动了生产力的进步和发展,反过来现代技术和现代工程要求又促进了自动控制理论的发展。

所谓自动控制,是指在没有人参与的情况下,利用控制器的作用使生产过程或被控对象的一个或多个物理量,能维持在某一给定水平或按照期望的规律变化。自动控制技术的广泛应用,不仅使生产过程实现了自动化,极大地提高了生产效率,同时也减轻了人们的劳动强度。例如,数控车床按照预定程序自动地切削工件,化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定,人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收,宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等,都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。

自动控制理论是控制工程的理论基础,是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。

20世纪40年代“经典控制理论”正式诞生,代表作是维纳(Wiener)1948年出版的《控制论》(Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine)。到20世纪50年代末,经典控制理论已形成比较完整的体系,它主要以传递函数为基础,研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题,其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。

现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上,随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的,它以状态空间法为基础,研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题,其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来,由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展,控制理论继续向纵深方向发展。目前,自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入发展。