10-2 自动控制原理首页(20090903)

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自动控制原理

自动控制原理思考题习题集光电学院信息与控制研究所《自动控制原理》课程教研组2007.9目录一、基本概念 (3)二、数学模型 (4)三、时域分析 (6)四、根轨迹法 (11)五、频率响应法 (13)六、线性系统校正 (17)七、采样控制 (19)八、非线性系统 (21)一、基本概念1．自动控制的定义是什么？2．什么叫作自动控制系统？3．自动控制系统的基本方式有哪几种？4．简述开环控制与闭环控制的优缺点？5．反馈控制是按什么进行控制的，其特点是什么？相对开环控制有何优点？6．反馈控制有哪些基本组成部分？各起什么作用？7．一般加到反馈控制系统上的外作用有哪两种？各对系统有何影响？8．典型外作用有哪些？它们的数学表达式及波形如何？9．如何选用外作用信号？10．简述控制系统的分类？分类的目的是什么？11．对自动控制系统的基本要求是什么？二、数学模型12．给出关于复变量S函数的极点和零点的定义。

13．当输入信号改变，是否系统的传递函数相应改变?14．系统单位脉冲响应的拉氏变换，是否即系统传递函数? 15．线性系统的叠加原理有哪两层含义？16．小偏差线性化的基本假定是什么？如何进行泰勒级数展开？其几何意义是什么？17．说明传递函数的定义。

18．说明传递函数有那些性质？19．与经典方法相比，Laplace变换法求解线性常微分方程的优点是什么？20．在定义传递函数时，系统的初始条件如何处理？21．已知传递函数,如何求线性系统的特征方程?22．为什么说实际物理系统的传递函数分母的阶次总是大于等于分子的阶次？23．为什么说传递函数只反映输出量与输入量的关系，而不反映系统的内部状态。

24．为什么说传递函数只取决于系统的结构与参数而与输入信号的形式无关？25．控制系统的零初始条件有哪两方面的含义？26．什么叫传递函数的零点，极点？传递系数，根轨迹增益，系统增益？27．系统结构图由哪四种基本单元组成？各代表什么含义（运算）？28．建立传递函数的一般方法有哪些？29．什么叫复阻抗？列写无源网络的传递函数简便方法是什么？30．结构图有哪几种连接形式？各如何化简？31．比较点和引出点移动时，如何等效变换？要注意什么问题？32．结构图化简的一般步骤是什么？33．如何校验结构图变换前后是否等效？34．反馈通道中出现比较点如何简化？35．已知系统结构图，如何求C(s)/R(s)，C(s)/N(s)，E(s)/R(s)，E(s)/N(s)？36．如何在结构图化简中应用迭加原理？37．当R(s)，N(s)同时作用时，C(s)=？当系统满足|G1(s)G2(s)H(s)|>>1和|G1(s)H(s)|>>1，G(S)=？38．什么叫互不接触回路，前向通路和回路？39．如何将一个混合节点变成输出节点（阱节点）？40．梅逊公式的表达式是什么？式中特征式与余因子式的表达式是什么？两者间有什么联系？41．梅逊公式是否仅能求系统输出与输入之间的传递函数（增益）？42．当求系统不同输入，输出变量之间的增益时，特征式是否变化？因子式是否变化？43．信号流图中节点的输出输入关系与结构图中的综合点（比较点）的输出输入关系有什么异同点？44．将结构图改变为信号流图时，要注意那些事项？45．信号流图可以用于非线性系统吗？no46．怎样才能将信号流图的非输出节点变换为输出节点？47．增益公式可以用于信号流图上的任意两个节点吗？答：增益公式只适用于一对输入节点和输出节点之间。

《自动控制原理II》课程教学大纲

《自动控制原理n》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：04110111课程名称：自动控制原理II课程英文名称:Automatic Control Theory II课程所属单位：电气信息工程系自动化教研室课程面向专业：电子信息、通信工程及机械类专业课程类型：必修课先修课程：拉氏变换、数字电路、模拟电路、电机学学分：3总学时：48 （其中理论学时：42 实验学时：6）二、课程性质与目的本课程为理工科院校电子信息专业、通信工程专业以及机械类等非自动化专业重要的必修专业基础课，是自动控制系统、自适应控制、智能控制等专业课程的先修课程。

通过本课程的学习，培养学生分析、设计控制系统的能力，熟练掌握MatLab软件在控制系统的应用.通过实践性教学环节的训练，培养学生工程实践能力。

三、课程教学内容与要求第一章自动控制的一般概念（一）主要内容：1、正确理解并熟练掌握必要的基本概念：反应、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象：2、熟练掌握根据控制系统工作原理图绘制方块图。

第二章控制系统的数学模型（一）主要内容：1、掌握用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型一微分方程；2、熟练掌握典型元部件的传递函数的求取、结构图以及信号流图的绘制、由结构图等效变换求传递函数、由梅森公式求传递函数。

（二）重点：1、常用元部件传递函数的求取；2、系统传递函数的求取。

（三）难点：1、结构图等效变换；2、梅森公式的应用。

第三章线性系统的时域分析法（-）主要内容：1、正确理解并熟练掌握时域性能指标的定义；2、熟练掌握一阶和二阶系统性能指标的求取，了解二阶系统性能改善的方法；3、掌握用MatLab求高阶系统动态性能指标；4、熟练掌握劳斯稳定判据及其应用、稳态误差的分析与计算，了解减小或消除稳态误差的方法。

（二）重点：二阶系统动态性能计算及劳斯判据。

（三）难点：扰动作用下减小或消除稳态误差的措施。

第四章线性系统的根轨迹法（-）主要内容：1、正确理解并掌握根轨迹的概念、根轨迹方程；2、熟练掌握绘制根轨迹的基本法那么、用根轨迹分析系统；3、了解主导极点的概念。

自动控制原理-目录

目录第1章引论 (1)1.1 自动控制系统的一般概念 (1)1.2 开环控制和闭环控制 (4)1.2.1 开环控制 (4)1.2.2 闭环控制 (4)1.2.3 闭环控制系统的基本组成 (6)1.3 自动控制系统的类型 (6)1.3.1 按信号流向划分 (6)1.3.2 按输入信号变化规律划分 (7)1.3.3 线性系统和非线性系统 (7)1.3.4 定常系统和时变系统 (8)1.3.5 连续系统和离散系统 (8)1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统 (9)1.4 控制系统性能的基本要求和本课程的主要任务 (9)1.4.1 控制系统性能的基本要求 (9)1.4.2 本课程的主要任务 (10)1.5 自动控制系统实例 (11)1.5.1 烘烤炉温度控制系统 (11)1.5.2 传动控制系统 (12)本章小结 (13)习题 (13)第2章线性系统的数学模型 (15)2.1 线性系统的时域数学模型——微分方程 (15)2.1.1 列写系统微分方程的一般方法 (15)2.1.2 线性系统的特点 (16)2.1.3 线性定常微分方程求解 (16)2.1.4 运动的模态 (17)2.2 非线性数学模型的线性化 (18)2.3 线性系统的复域数学模型——传递函数 (19)2.3.1 传递函数的定义 (19)2.3.2 传递函数的性质 (20)2.3.3 传递函数的零点和极点 (20)2.3.4 典型环节的传递函数 (21)2.4 结构图 (23)2.4.1 结构图的组成和绘制 (23)2.4.2 结构图的等效变换和简化 (24)2.5 信号流图和梅逊增益公式的应用 (27)2.5.1 信号流图的术语和性质 (28)2.5.2 信号流图的绘制 (28)2.5.3 信号流图的简化 (30)2.5.4 信号流图的梅逊增益公式 (31)2.6 MATLAB中数学模型的表示 (33)2.6.1 传递函数 (33)2.6.2 控制系统的结构图模型 (33)2.6.3 控制系统的零极点模型 (33)本章小结 (34)习题 (34)第3章控制系统的时域分析 (38)3.1 控制系统的时域响应及其性能指标 (38)3.1.1 时域响应 (38)3.1.2 稳态性能指标 (39)3.1.3 动态性能指标 (39)3.2 典型输入信号 (40)3.2.1 阶跃函数 (41)3.2.2 斜坡函数 (41)3.2.3 抛物线函数 (41)3.2.4 脉冲函数 (42)3.2.5 正弦函数 (42)自动控制原理·VI ··VI ·3.3 一阶系统的时域响应 (43)3.3.1 一阶系统数学模型....................43 3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应........44 3.3.3 一阶系统的单位脉冲响应........46 3.3.4 一阶系统的单位斜坡响应........47 3.4 二阶系统的时域响应 (48)3.4.1 二阶系统的数学模型................48 3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应........49 3.4.3 二阶系统的阶跃响应的性能指标....................................53 3.4.4 二阶系统的动态校正................56 3.5 高阶系统的时域响应 (60)3.5.1 高阶系统的时域响应................60 3.5.2 闭环主导极点............................61 3.5.3 零极点对阶跃响应的影响........63 3.6 线性定常系统的稳定性.. (65)3.6.1 稳定性的概念............................65 3.6.2 线性定常系统稳定的充分必要条件....................................66 3.6.3 劳斯稳定判据............................67 3.6.4 赫尔维茨判据............................72 3.6.5 控制系统参数对稳定性的影响........................................73 3.6.6 相对稳定性和稳定裕量............75 3.7 控制系统的稳态误差 (76)3.7.1 误差及稳态误差........................76 3.7.2 系统类型....................................77 3.7.3 应用静态误差系数计算给定信号作用下的稳态误差........78 3.7.4 扰动信号作用下的稳态误差与系统结构的关系....................82 3.7.5 提高系统稳态精度的方法........85 3.8 用MATLAB 和Simulink 进行瞬态响应分析........................................85 3.8.1 用MATLAB 求系统的脉冲响应....................................85 3.8.2 用MATLAB 求系统的阶跃响应 (86)3.8.3 用MATLAB 求系统的斜坡响应...................................88 3.8.4 任意函数作用下系统的响应.......................................89 3.8.5 Simulink 中的时域响应举例 (92)本章小结........................................................95 习题. (96)第4章根轨迹法 (100)4.1 根轨迹的基本概念 (100)4.1.1 根轨迹概念.............................100 4.1.2 根轨迹方程.............................101 4.2 根轨迹绘制的基本法则.. (102)4.2.1 绘制根轨迹的基本法则.........103 4.2.2 根轨迹绘制举例.....................109 4.3 广义根轨迹.. (114)4.3.1 参数根轨迹.............................114 4.3.2 零度根轨迹.............................115 4.4 控制系统的根轨迹法分析.. (118)4.4.1 控制系统的稳定性分析.........118 4.4.2 控制系统的暂态性能分析.....119 4.4.3 系统的稳态性能分析.............121 4.4.4 利用MATLAB 绘制系统的根轨迹 (122)本章小结......................................................122 习题.. (123)第5章控制系统的频域分析法 (126)5.1 频率特性 (127)5.1.1 频率特性的基本概念.............127 5.1.2 频率特性的求取.....................131 5.1.3 频率特性的几何表示法.........132 5.1.4 开环系统的典型环节分解.....133 5.2 控制系统的对数频率特性图. (134)5.2.1 典型环节的Bode 图...............134 5.2.2 开环系统的对数频率特性图(Bode 图) (141)目录·VII ··VII ·5.2.3 最小相位和非最小相位系统 (144)5.3 控制系统的极坐标图 (146)5.3.1 典型环节的极坐标图..............146 5.3.2 开环系统的极坐标图..............151 5.4 奈奎斯特稳定判据.. (154)5.4.1 幅角原理..................................155 5.4.2 奈奎斯特稳定判据..................157 5.5 控制系统的相对稳定性 (162)5.5.1 增益裕量..................................163 5.5.2 相角裕度..................................163 5.5.3 相对稳定性与对数幅频特性中频段关系 (164)5.6 闭环系统的频率特性 (166)5.6.1 闭环频率特性..........................166 5.6.2 等M 圆....................................167 5.6.3 等N 圆.....................................168 5.6.4 等M 圆和等N 圆的应用........169 5.6.5 尼柯尔斯图..............................169 5.7 用频率特性分析系统品质.. (171)5.7.1 闭环频域指标与时域指标的关系..............................171 5.7.2 开环频率特性与时域响应的关系......................................176 5.7.3 开环频域指标和闭环频域指标的关系 (178)5.8 传递函数的实验确定.........................179 5.9 MATLAB 频域特性分析.. (181)5.9.1 用MATLAB 绘制对数频率特性图..............................182 5.9.2 用MATLAB 绘制极坐标图 (183)本章小结......................................................184 习题.. (185)第6章控制系统的校正 (191)6.1 概述 (191)6.1.1 系统的性能指标......................191 6.1.2 系统的校正方法. (194)6.2 线性系统的基本控制规律 (196)6.2.1 比例(P)控制作用.....................196 6.2.2 比例微分(PD)控制作用..........197 6.2.3 积分(I)控制作用.....................198 6.2.4 比例积分微分(PID)控制作用 (199)6.3 校正装置及其特性 (200)6.3.1 超前校正装置.........................201 6.3.2 滞后校正装置.........................203 6.3.3 滞后-超前校正装置...............206 6.4 频率法进行串联校正. (207)6.4.1 频率法的串联超前校正.........208 6.4.2 频率法的串联滞后校正.........211 6.4.3 频率法的串联滞后-超前校正.........................................213 6.4.4 按期望特性对系统进行串联校正 (216)6.5 反馈校正 (220)6.5.1 反馈校正的原理与特点.........220 6.5.2 综合法反馈校正.....................223 6.6 复合校正 (226)6.6.1 复合校正的基本概念.............226 6.6.2 按扰动补偿的复合校正.........226 6.6.3 按输入补偿的复合校正.........228 6.7 基于MATLAB 和Simulink 的线性控制系统校正.............................229 6.7.1 相位超前校正.........................229 6.7.2 相位滞后校正.........................231 6.7.3 Simulink 下的系统校正..........234 本章小结......................................................236 习题.. (237)第7章非线性控制系统分析 (240)7.1 非线性系统概述 (240)7.1.1 常见非线性特性.....................241 7.1.2 非线性系统的特点.................245 7.1.3 非线性系统的分析与设计方法 (247)7.2 相平面法 (247)自动控制原理·VIII·.VIII.7.2.1 相平面的基本概念 (248)7.2.2 相轨迹的绘制 (249)7.3 二阶系统的相轨迹 (252)7.3.1 二阶线性系统的相轨迹 (252)7.3.2 奇点 (252)7.3.3 奇线 (254)7.3.4 非线性系统的相平面分析 (255)7.4 描述函数法 (261)7.4.1 描述函数定义 (261)7.4.2 描述函数的计算 (263)7.4.3 非线性系统的描述函数分析 (269)7.5 基于Simulink的非线性系统分析 (273)本章小结 (276)习题 (277)第8章线性离散系统分析 (281)8.1 离散系统概述 (281)8.1.1 采样控制系统 (281)8.1.2 数字控制系统 (283)8.1.3 离散控制系统的特点 (283)8.2 信号的采样与复现 (283)8.2.1 采样过程 (284)8.2.2 采样定理 (285)8.2.3 零阶保持器 (287)8.3 z变换 (289)8.3.1 z变换定义 (289)8.3.2 z变换性质 (294)8.3.3 z反变换 (297)8.4 离散系统的数学模型 (299)8.4.1 线性常系数差分方程 (299)8.4.2 差分方程求解 (299)8.4.3 脉冲传递函数 (301)8.4.4 开环系统脉冲传递函数 (303)8.4.5 闭环系统脉冲传递函数 (305)8.5 离散系统的性能分析 (307)8.5.1 离散系统的稳定性分析 (308)8.5.2 离散系统的稳定性判据 (308)8.5.3 采样周期与开环增益对稳定性的影响 (310)8.5.4 离散系统的稳态误差 (311)8.5.5 闭环极点与瞬态响应的关系 (313)8.6 MATLAB在采样系统中的应用 (316)8.6.1 连续系统的离散化 (316)8.6.2 求离散系统响应 (317)本章小结 (318)习题 (318)附录A MATLAB和Simulink简介 (322)附录B 控制理论术语中英文对照表 (325)参考文献 (337)。

自控原理第二版

2 n C ( s) ② 传递函数： (s) 2 2 R ( s ) s 2 s n n 频域分析法
根轨迹分析法
控制系统的校正
ξ 称为阻尼比(相对阻尼系数)，ω n为无阻尼自振角频率(固有频率)，它们是二阶系统的特征参数。
2 n s( s 2 n )
非线性系统的分析
5K A 设系统的输入量为单位阶跃 s( s 34.5)
1500或减小到13.5时，求系统的动态性能指标。自控系统的数学描述解：系统的闭环传递函数为
时域分析法根轨迹分析法
5K A ( s ) 2 s 34.5s 5K A
2 n 5K A 2 n 34 .5
非线性系统的分析 2. K K =1500时时，求得：
A A
n 5 K A 34.5 2 5K A
n n 1 2 K =13.5 时 3. K =13.5 时，得： ωn=8.22rad/s；ξ＝3.1>1，此时系统为过阻尼情况，峰值时间和 AA 超调量不存在，而调节时间为： (6.45 1.7)
① 单位阶跃响应： h(t)= L-1[H(S)]= L-1[Φ(S)R(S)]= L-1[Φ(S)· 1/S]
根轨迹分析法频域分析法控制系统的校正
② 单位斜坡响应： ct(t)= L-1[ct (S)]= L-1[Φ(S)R(S)]= L-1[Φ(S)· 1/S2]
非线性系统的分析
③ 单位脉冲响应： g(t)= L-1[G(S)]= L-1[Φ(S)R(S)]= L-1[Φ(S)]
1. KA =200时，代入上式求得：时 ωn＝31.5rad/s；ξ＝0.545，代入二阶欠阻尼系 A=200 统动态性能指标的计算公式，可得：频域分析法 3 / 1 2 t 0 . 12 s % e 13% t 0 . 174 s p s 控制系统的校正 2 n n 1

自动控制原理(第2版)第1章绪论_简明教程PPT课件

（ 3 ）反馈信号 : 将系统 ( 或环节 ) 的输出信号经变换、处理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端 ,这种反馈信号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。
（4）偏差信号:控制输入信号与主反馈信号之差。
第1章绪论
（5）误差信号:它指系统输出量的实际值与希望值之差。系统希望值是理想化系统的输出，实际上并不存在,它只能用与控制输入信号具有一定比例关系的信号来表示。在单位反馈情况下,希望值就是系统的输入信号,误差信号等于偏差信号。（6）扰动信号：除控制信号以外,对系统的输出有影响的信号。 (7)被控对象:它是控制系统所控制和操纵的对象,它接受控制量并输出被控制量。 (8)控制器:接收变换和放大后的偏差信号,转换为对被控对象进行操作的控制信号。
第1章绪论
元件的作用
将给定量与测量值进行运算得到偏差量
输入值
在系统中添加的用以改善系统的控制性能的装置
串联校正装置比较、放大装置局部反馈反馈校正装置
直接对被控对象作用，以改变被控量的值
干扰被控量统主反馈
执行装置
设定与被控量相对应的给定量
第一章绪论
Chapter 1 Introduction
自动控制系统组成
自动控制系统的分类自动控制理论的发展历史自动控制系统的性能要求
第1章绪论
1.1 自动控制系统的一般概念
自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用
外加的设备或装置，使机器、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被控量控制装置被控对象或控制器给定量
线性系统的校正方法
线性离散系统的分析与校正

自动控制原理(第二版)第二章控制系统数学模型

一阶系统的特点
系统动态方程为一阶线性常微分方程。
稳定性分析
通过判断系统动态方程的根来判断系统的稳定性。
二阶系统的动态分析
Байду номын сангаас
01
二阶系统的特点
系统动态方程为二阶线性常微分方程。
响应特性
02
03
稳定性分析
二阶系统的输出随时间变化呈现振荡规律。
通过判断系统动态方程的根来判断系统的稳定性，并分析系统的阻尼比和自然频率等参数。
控制系统的性能指标
稳态性能指标
01
稳态误差
衡量系统达到稳态后，输出量与期望值之间的偏差。
静态特性
描述系统在稳态下的输出特性和输入特性的关系。
03
02
稳态误差系数
描述系统稳态误差与输入量之间的比例关系。
静态误差系数
衡量系统在稳态下的误差与输入量之间的比例关系。
04
动态性能指标
动态响应时间
系统达到稳态所需的时间。
03 如果所有极点和零点都位于复平面的左半部分，则系统是稳定的。
根轨迹法
01
根轨迹法是通过绘制系统的极点位置随系统参数变化
的轨迹图来分析系统稳定性的方法。
02
它通过改变系统参数，观察极点位置的变化，可以判
断系统在不同参数下的稳定性。
03
如果根轨迹全部位于复平面的左半部分，则系统是稳
定的。
05
CATALOGUE
CATALOGUE
控制系统的动态分析
动态分析的基本概念
动态分析
对系统随时间变化的特性进行分析，包括系统的响应、稳定性和性能等。
状态变量
描述系统内部状态的变量，通过状态变量可以建立系统的数学模型。

自动控制原理24 24页PPT文档

-
1
1 uo(s)
R 2 I2(s) C 2 s
为了求出总的传递函数，需要进行适当的等效变换。一个
可能的变换过程如下：
C2s
ui (s) -
1 I1(s) - 1 u (s)
R1
I(s) C1s
1 R2C2s 1
uo(s) ①
ui (s) -
9/8/2019
-1
R1
R1C2s
1
u(s)
C1s
1 R2C2s 1
9/8/2019
20Leabharlann 动输入作用下的闭环系统的传递函数（二）扰动作用下的闭环系统：
此时R(s)=0,结构图如下：
N (s)
E(s)
+
G1(s)
G2 (s)
-
B(s) H (s)
输出对扰动的传递函数为：
C(s)
N(s)C N((ss))1G G 21(G s)2H
输出为：C(s) G2 N(s) 1G1G2H
u f (s)
Kf
- (s)
在结构图中，不仅能反映系统的组成和信号流向，还能表示信号传递过程中的数学关系。系统结构图也是系统的数学模型，是复域的数学模型。
9/8/2019
5
结构图的等效变换
二、结构图的等效变换： [定义]：在结构图上进行数学方程的运算。 [类型]：①环节的合并；
--串联 --并联 --反馈连接 ②信号分支点或相加点的移动。 [原则]：变换前后环节的数学关系保持不变。
①信号相加点的移动：
把相加点从环节的输入端移到输出端
X1(s)
G(s) Y (s)
X2(s)
X1(s) G(s) X2(s) N (s)

自动控制原理第1章自动控制系统的基础知识

法）和伊文思（根轨迹法）。
2.现代控制理论
● 研究对象：多输入－多输出系统（线性定常或非线性时变）
● 研究方法：状态空间方法 ● 代表人物：庞特里亚金（极大值原理）、贝尔曼
（动态规划原理）、卡尔曼（卡尔曼滤波）等
3.大系统理论和智能控制
● 关系：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。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制系统。
（2）程序控制系统系统的输入信号是某一已知的时间函数（不是常数），要求系统按照该时间函数进行顺序操作。
举例：数控机床按给定程序加工一个工件、家用洗衣机等。
（3）随动控制系统（或称伺服控制系统）系统的输入信号是一个未知的随时间任意变化的函数，要求输出量能够精确地跟随输入信号变化，称为随动控制系统。随动控制系统中的被控量是机械位置或其导数时，称为伺服控制系统。
举例：导弹自动跟踪系统等。
3.按系统数学模型分类
（1）线性系统
系统的运动规律可以用一个或一组线性微分方程来描述。
线性系统的运动方程一般形式为
a0 y(n) a1 y(n1) an1 y(1) an y b0r (m) b1r (m1)
式中，r为输入量；y为输出量。
bm1r (1) bmr
微积分（含微分方程）

自动控制原理第2版全篇

=
△
- + - 其中:△称为系统特征式 △= 1 ∑La ∑LbLc ∑LdLeLf+…
—∑La 所有单独回路增益之和
∑L∑和dLLebLLf—c—所有所三有个互两不两接互触回不路接增益触乘回积路之增和益乘积之
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式去掉第k条前向通路后所求的△
x0
(x x0 )
1 d 2 f (x)
2!
dx2
x0
(x x0 )2
忽略二阶以上各项，可写成
y
f
(x0 )
df (x)
dx x0
(x
x0 )
2、对于具有两个自变量的非线性函数，设输入量为x1(t)和x2(t) ，输出量为y(t) ，系统正常工作点为y0＝ f(x10, x20) 。
注意：相加点和分支点一般不能变位
25
2.3.3闭环传递函数
1、给定输入单独作用下的系统闭环传递函数
(s) G1G2 G1G2 1 G1G2H 1 Gk
2、扰动输入单独作用下的闭环系统
n
(
s)
1
G2 G1G2
H
G2 1 Gk
3、误差传递函数：误差信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。
（1）给定输入单独作用下的闭环系统
Er
(
s)
1
1 G1G2
H
1 1 Gk
（2）扰动输入单独作用下的闭环系统
En
(
s)
1
G2 H G1G2
H
G2H 1 Gk
4)给定输入和扰动输入作用下的闭环系统的总的输
出量和偏差输出量

自动控制原理(全套课件)

自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。

本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。

二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。

自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。

2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。

被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。

三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。

开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。

（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。

闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。

2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。

（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。

四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。

通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。

2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。

传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。

五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。

2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。

自动控制原理各章知识精选全文完整版

⑴ 偏差、误差的概念
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量列写各元件运动方程消除中间变量化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界系统的改善。自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理

自动控制原理课件(精品)

控制系统的应用实例
CATALOGUE
05
总结词
工业控制系统是自动控制原理应用的主要领域之一，涉及各种生产过程的控制和优化。
总结词
工业控制系统在现代化工业生产中发挥着至关重要的作用，是实现高效、安全、可靠生产的关键。
详细描述
随着工业4.0和智能制造的推进，工业控制系统正朝着网络化、智能化、集成化的方向发展，为工业生产的转型升级提供了有力支持。
详细描述
工业控制系统的目的是实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率、产品质量和降低能耗。常见的工业控制系统包括过程控制系统、电机控制系统、机器人控制系统等。
总结词：航空航天控制系统是保证飞行器安全可靠运行的关键技术之一。
总结词：智能家居控制系统是实现家庭智能化和舒适性的重要手段。
THANKS
准确性的提高方法
通过减小系统误差、优化控制算法和采用高精度传感器等手段，可以提高控制系统的准确性。
控制系统的分析与设计
CATALOGUE
04
系统分析方法用于评估系统的性能和稳定性，通过分析系统的响应和频率特性等指标来评估系统的性能。
总结词
系统分析方法包括时域分析法和频域分析法。时域分析法通过分析系统的阶跃响应、脉冲响应等时域指标来评估系统的性能和稳定性。频域分析法则通过分析系统的频率特性，如幅频特性和相频特性，来评估系统的性能和稳定性。
VS
闭环控制系统是一种控制系统的类型，其控制过程不仅取决于输入和系统的特性，而且还受到输出反馈的影响。闭环控制系统通过将输出量反馈到输入端，形成一个闭合的回路，从而实现对系统的精确控制。
闭环控制系统具有较高的精度和稳定性，因为它的输出会根据实际情况进行实时调整。但是，闭环控制系统的结构比较复杂，需要解决一些稳定性问题。

自动控制原理课件可编辑全文

恒值控制系统也认为是过程控制系统的特例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化，称为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速（被控量）发生变化，经测量元件（测速发电机）将转速信号（又称为反馈信号）反馈到控制器（功率放大器），使控制器的输出（称为控制量）发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋位器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变，被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。

2009年校级精品课程

第一章自动控制的一般概念
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
第一章自动控制的一般概念
汽车控制系统
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
智能交通系统控制
第一章自动控制的一般概念
安全、快捷、舒适、准点
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
第一章自动控制的一般概念
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
第一章自动控制的一般概念
2.自动控制学科的发展
(1)经典控制理论(20世纪40~60年代): 研究对象: 单输入单输出(SISO)、线性定常系统; 研究方法: 传递函数、根轨迹、频率特性
(2)现代控制理论(20世纪60~70年代): 研究对象: 多输入多输出(MIMO)、非线性、时变系统; 研究方法: 状态空间法.
1952年美国MIT研制出第一台数控机床
1913年美国建成最早的汽车装配流水线
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
各类控制系统课程
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
第一章自动控制的一般概念
课程的目的与任务
对一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态性能和稳态精度进行定性的分析和定量的计算；
根据对系统性能的要求，如何合理地设计校正装置，时系统的性能全面地满足技术上的要求。
第一章自动控制的一般概念
《自动控制原理》课程内容一个模型，三个方法（方法论）
① 时域法 ———— ② 根轨迹法
③ 频域法
2009年校级精品课程--《自动控制原理》
第一章自动控制的一般概念
该课程与其它课程的关系
信号与系统电路理论
复变函数、拉普拉斯变换模拟电子技术