哈工大自动控制理论双语版 HW13
哈工大自动控制原理课件-第一章
1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
自动控制理论_哈尔滨工业大学_1 第1章自动控制理论概述_(1.2.1) 1.2开环控制和闭环控制
一、开环控制系统
例：烤面包机
输入—定时器设定的时间 输出—面包的颜色 控制对象—烤箱的加热系统
输入量
控制器
控制量
输出量
被控对象
• 控制器与被控对象之间只有正向的控制作用。 • 输出量对控制量没有影响。
一、开环控制系统
例：直流电动机转速开环控制系统
一、开环控制系统
开环控制系统的特点：
对于惯性较大的系统，若参数配合不当，控制性能可能变 得很差，甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。
三、自动控制系统的概念
反馈：
将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输 入信号比较的过程。
反馈
负反馈（反馈信号与输入信号相减），减小偏差。 正反馈（反馈信号与输入信号相加），增大偏差。
对于主反馈必须采用负反馈。
1. 结构简单、造价低、容易设计调整。
2. 没有抗干扰的能力，因此精度较低。
3. 系统的控制精度取决于给定信号的标定精度及被控对 象参数的稳定性。
应用场合：
1. 控制量的变化规律可以预知。 2. 可能出现的干扰可以抑制。 3. 被控量很难测量。 应用较为广泛，如家电、加热炉、水泵等等。
二、闭环控制系统
二、闭环控制系统
阀门 进水
减速器 电动机
电位器
连 杆
放大 器
浮子 水池
较完善的水位自动控制系统
实际 水位
出 水
采用误差累积式控制（积分）保证精确的水位
二、闭环控制系统
闭环控制系统定义： 通过反馈回路使系统构成闭环并按偏差的性质产生控
制作用，以求减小或消除偏差的控制系统。
闭环控制系统的特点： 1. 对外部或内部干扰(如内部件参数变动)的影响不敏感。 2. 由于采用反馈装置，导致设备增多，系统设计调整复杂。 3. 精度较高，很大程度上由反馈测量元件精度决定。 4. 闭环系统存在稳定性问题。
哈工程 自控控制原理参考书
哈工程自控控制原理参考书自控控制原理是自动控制领域中的重要基础知识，其研究和应用对于提高工业自动化水平、实现自动化生产和智能化管理具有重要意义。
以下是一些关于自控控制原理的参考书籍，明星考试提供：1.《自动控制原理》（第8版）- 刘春翔这本书是自控控制原理领域的经典教材之一，作者刘春翔是哈尔滨工业大学自动化专业的教授。
书中系统介绍了自动控制的基本概念，包括传递函数、系统的动态响应、稳定性分析、根轨迹方法等。
同时，该书还通过大量的例题和习题帮助读者深入理解和掌握自动控制原理。
2.《现代控制工程》（第5版）-Katsuhiko Ogata这本书是国际上较为权威的自控控制原理教材之一，作者Katsuhiko Ogata是美国加州大学伯克利分校名誉教授。
该书系统介绍了现代控制工程的基本概念和方法，包括传递函数、状态空间法、PID控制器设计、频域分析等内容。
书中以清晰的语言和大量的演示例题帮助读者理解和运用自控控制原理。
3.《现代控制理论》（第4版）-程钟这本书是国内较为经典的自控控制原理教材之一，作者程钟是中国科学技术大学的教授。
该书系统介绍了现代控制理论的基本概念和方法，包括传递函数、根轨迹法、频域法、状态空间法等内容。
书中通过大量的实例和习题帮助读者加深理解和掌握自控控制原理。
4.《现代控制理论与应用》（第3版）-何玉熙、方伟这本书是国内比较综合的自控控制原理教材之一，作者何玉熙和方伟都是华中科技大学的教授。
该书内容包括传统控制理论基础、线性系统稳定性分析、根轨迹法、PID控制器设计、状态空间法等。
此外，该书还介绍了模糊控制、神经网络控制、自适应控制等现代自控控制方法。
5.《模糊控制与智能控制》-杨小庆这本书是介绍模糊控制和智能控制的专著之一，作者杨小庆是哈尔滨工业大学的教授。
该书内容包括模糊数学基础、模糊控制基本原理、模糊控制器设计和应用等。
通过在实例中介绍模糊控制在温度控制、速度控制等方面的应用，帮助读者理解和运用模糊控制原理。
自动控制理论_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
自动控制理论_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于惯性环节【图片】，下列说法错误的是（）。
参考答案:其微分方程为。
2.负反馈系统的开环极点为-1、-4（两重极点），开环零点为-2；若该系统具有一对实部为-3.75的共轭复极点，那么该系统的另外一个极点为（）。
参考答案:-1.53.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为【图片】，若使该系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差小于0.2 ，那么K的范围应为（）。
参考答案:44.传递函数为【图片】，在阶跃输入下，输出响应的形式为（）。
参考答案:单调上升5.系统的开环传递函数是指（）。
参考答案:所指定的闭环回路主反馈点断开后，反馈信号和偏差信号之比6.设单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，当K由0增大时，闭环系统（）。
参考答案:由不稳定到稳定7.控制系统的稳态响应是指【图片】时（）。
参考答案:系统对某一输入信号的固定响应8.系统的开环传递函数为【图片】，当增大K时，闭环系统阶跃响应的超调量（），调整时间（）。
（调整时间近似取【图片】）参考答案:增加；不变9.已知单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，其闭环系统稳定的条件是（）。
参考答案:K>1510.控制系统如图所示，若使系统在斜坡输入下的稳态误差为零，【图片】应取为（）。
（定义误差e(t)=r(t)-c(t)）【图片】参考答案:1/K11.已知单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，当输入信号为【图片】时，闭环系统输出的稳态误差为（）。
参考答案:0.212.求取控制系统的时域响应的方法有（）。
参考答案:求取系统的输出，并求其拉氏反变换_求得其微分方程的通解和特解之和_求得暂态分量和稳态分量之和_求得零输入响应和零状态响应之和13.减小或消除系统稳态误差的方法主要有（）。
参考答案:增大系统的开环增益_引入适当的前馈环节_在前向通道中串联积分环节14.如果一个线性系统是稳定，那么（）。
哈工大自动控制原理
哈工大自动控制原理
哈尔滨工业大学自动控制原理（Automatic Control Principles）
是自动控制学科的基础课程之一，旨在介绍自动控制系统的基本原理和方法。
该课程主要内容包括以下几个方面：
1. 控制系统基本概念：介绍控制系统的定义、组成、分类和基本概念，如输入、输出、控制信号和误差等。
2. 控制系统数学模型：介绍控制系统的数学建模方法，包括线性时不变系统和非线性系统的建模方法。
3. 闭环控制原理：介绍闭环控制系统的原理，包括控制器、传感器、执行器和反馈环节的设计与分析。
4. 开环控制原理：介绍开环控制系统的原理，包括传感器、执行器和开环控制器的设计与分析。
5. 稳定性分析与设计：介绍控制系统的稳定性分析方法，包括根轨迹法、频率响应法和Lyapunov稳定性分析法等。
6. 控制系统设计：介绍控制系统的设计方法，包括根轨迹设计、频域设计和状态空间设计等。
7. 多变量控制系统：介绍多变量控制系统的建模、分析和设计方法。
哈尔滨工业大学的自动控制原理课程旨在培养学生对自动控制系统的基本理论和方法的掌握，为进一步学习自动控制专业课程和进行科学研究打下坚实基础。
哈工大自动控制理论实验一、二
实验一 典型环节的时域响应一、实验目的1、掌握典型环节模拟电路的构成方法、传函及输出时域函数的表达式。
2、掌握各典型环节的特征参数的测量方法。
3、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
二、实验设备Pc 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套三、实验原理及内容1、比例环节 1）结构框图图1-1 比例环节的结构框图2）传递函数K S R S C =)()( 3）阶跃响应K t C =)( )0(≥t 其中 01/R R K =4）模拟电路图1-2 比例环节的模拟电路图注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。
不需再接。
2、积分环节1）结构框图图1-3 积分环节的结构框图2）传递函数TSS R S C 1)()(= 3）阶跃响应t Tt C 1)(=)0(≥t 其中 C R T 0= 4）模拟电路图1-4 积分的模拟电路图3、比例积分环节1）结构框图图1-5 比例积分环节的结构框图2）传递函数 TSK S R S C 1)()(+= 3）阶跃响应t TK t C 1)(+= )0(≥t 其中 01/R R K = ；C R T 0= 4）模拟电路图1-6 比例积分环节的模拟电路图4、惯性环节1）结构框图图1-7 惯性环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应)1()(/T t e K t C --= 其中 01/R R K = ；C R T 1=4）模拟电路图1-8 惯性环节的模拟电路图四、实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。
检查无误后开启设备电源。
2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”。
将信号形式开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值小于5V ，周期为10s 左右。
3、将方波信号加至比例环节的输入端R （t ），用示波器的“CH1”和“CH2” 表笔分别监测模拟电路的输入R （t ）端和输出C(t)端。
记录实验波形及结果。
哈尔滨工程大学 自动控制原理 第0章 现代控制理论的数学基础
9．对称矩阵和斜对称矩阵（反号对称矩阵） ．对称矩阵和斜对称矩阵（反号对称矩阵）
1）对称矩阵：如果方阵 的元素相对于主对角线对称， ）对称矩阵：如果方阵A的元素相对于主对角线对称 的元素相对于主对角线对称， 则称A为对称矩阵（也可以这样说：如果方阵A等于它的 则称 为对称矩阵（也可以这样说：如果方阵 等于它的 为对称矩阵 转置矩阵， 为对称矩阵） 转置矩阵，即A=AT，则A为对称矩阵）。 为对称矩阵 2）斜对称矩阵：如果方阵 等于它的转置矩阵的负值， ）斜对称矩阵：如果方阵A等于它的转置矩阵的负值 等于它的转置矩阵的负值， 则方阵A称为斜对称矩阵 反号对称矩阵） 称为斜对称矩阵（ 即A= -AT，则方阵 称为斜对称矩阵（反号对称矩阵）.
a11 a12 a 21 a22 A= ⋮ ⋮ an1 an 2 ⋯ a1m ⋯ a2 m ⋱ ⋮ ⋯ anm
1
矩阵。 称为 n × m 矩阵。
补充 现代控制理论的数学基础
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可 能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。 如果仍然显示红色“x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插 入。
4．对角线矩阵 ．
如果除方阵A的主对角线元素外， 如果除方阵 的主对角线元素外，其余的元素均 的主对角线元素外 为零，则称矩阵A为对角线矩阵 为对角线矩阵， 为零，则称矩阵 为对角线矩阵，写成
a11 a22 = diag[a , a ,⋯, a ] A= 11 22 nn ⋱ ann
a11 a AT = 12 ⋮ a1m a21 a22 ⋮ a2 m ⋯ an1 ⋯ an 2 ⋱ ⋮ ⋯ anm
矩阵转置的规律： 矩阵转置的规律： 1）(AT )T = A ） 3）(AB )T = BT AT ） 2）(A+B )T = AT+ BT ） 4）(kA )T = kAT ）
哈工大自控课设
Harbin Institute of Technology自动控制原理课程设计课程名称：自动控制原理设计题目：变焦控制系统的设计与仿真院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：金晶林玉荣设计时间：2014年3月2日*注：此任务书由课程设计指导教师填目录1.人工设计 (4)1.1固有环节的分析 (4)1.2性能指标的计算 (5)2.校正环节的设计 (6)2.1校正环节的分析 (6)2.2串联迟后环节的设计 (8)2.3串联超前环节的设计 (9)3.计算机辅助设计 (11)3.1固有环节的仿真 (11)3.2串联迟后校正的仿真 (13)3.3串联超前环节的仿真 (14)3.4系统的单位阶跃响应仿真 (15)3.5系统的斜坡信号响应仿真 (16)4校正环节的电路实现 (19)4.1校正环节的传递函数 (19)4.2确定各环节电路参数 (19)4.3绘制电路图 (20)5设计总结 (21)6心得体会 (22)1. 人工设计1.1固有环节的分析 该系统的物理背景为一个变焦系统。
固有环节的传递函数为：020.0025()0.05G s s s=+ 这是一个二阶的且开环增益特别小的传递函数，作其开环渐进幅频特性曲线，如图1所示。
图 1 固有环节的开环渐进幅频特性曲线通过作图得出固有环节的剪切频率为：0.0022/rad s ω=，相角裕度18090arctan(0.050.0022)89.99γ=︒-︒-⨯=︒。
可以得出该系统是稳定的，但显然不满足性能指标的要求。
101010101010101010固有环节的开环幅频渐进曲线L (d B )w (rad/s)1.2性能指标的计算性能指标要求为：剪切频率=50/c rad s ω，相角裕度45γ=︒，角速度53/rad s θ=，稳态误差0.003ss e rad ≤。
虽然本题没有直接对系统的动态性能指标有明确要求，但我们在设计控制系统时，对系统的动态过程要求一般体现为对超调量p σ和调整时间s t 的要求。
自动控制理论PPT4(哈工大)
第四章 根轨迹法
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
规则六
复平面上根轨迹的分离点必须满足方程
上述条件只是确定分离点的必要条件，不是充分条件。
G ( s ) = K1
dK1 =0 ds
N ( s) D( s )
∏ (s − z ) ∏ (s − p )
i i =1 j =1 n j
τ zj
1
( j = 1,2, ⋯ , m) —开环零点
τ pi
(i = 1,2, ⋯ , n)
—开环极点
10 自动控制理论
第四章 根轨迹法
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
K1可以叫根迹增益或根轨迹放大倍数，K叫做系统的开环增益。 将零极点形式用于绘制根轨迹比较方便。将其代到幅值条 件和相角条件中可以得到
第四章 根轨迹法
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
本章重点
1.根轨迹的定义、根轨迹方程、幅值条件和相角 条件； 2. 常规根轨迹的绘制； 3. 增加开环零极点对根轨迹和系统性能的影响； 4. 利用根轨迹分析系统性能的方法。
1 自动控制理论
第四章 根轨迹法
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
9 根轨迹的出射角和入射角
出射角—指起始于开环极点的根轨迹在起点处的切线与正实轴 的夹角。 入射角—指终止于开环零点的根轨迹在终点处的切线与正实轴 的夹角。
规则七
在开环复数极点处根轨迹的出射角为
ϕ p = ∓180 + ϕ
在开环零点处根轨迹的入射角为
ϕ z = ±180 + ϕ ϕ = ∑θ z − ∑θ p
哈工大自动控制原理课程设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：自动控制原理设计题目：控制系统的设计和仿真院系：航天学院控制科学与工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2013.2.25---2013.3.10哈尔滨工业大学一、 设计题目与题目分析1. 设计题目1) 已知控制系统固有传递函数如下：G (s )=K s(0.003s +1)(s 2282.72+2×0.7s 282.7+1)(s 27962+2×0.0684s 796+1) 2) 系统性能指标要求：（1） 超调量σ≤20%；（2） 响应时间t s ≤0.15s ；（3） 稳态误差e ss ≤0.01mm ；（4） 最大速度ṙ=0.5m/min ；2. 题目分析根据系统固有传递函数和系统性能指标要求，确定设计思路如下：首先完成使对系统无静差度和放大倍数的设计，稳态误差满足性能指标要求；再根据Bode 图设计串联校正环节，限制系统的相角裕度和剪切频率，最终使系统对阶跃响应的超调量和调整时间符合性能指标要求。
二、 人工设计1. 稳态误差设计根据系统固有传递函数，系统的无静差度符合要求，且系统放大倍数应符合如下要求：0.560×1K≤0.01×10−3 得到：K ≥833.33在设计中，为方便计算并留有余量，取K =1000，并代入系统固有传递函数。
2. 串联校正环节设计绘制系统固有传递函数部分的Bode 图，见附录。
根据性能指标第12条中对超调量和响应时间的规定，根据经验公式：σp=0.16+0.4(1sinγ−1)t s=πc[2+1.5(1−1)+2.5(1−1)2]计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：γ≥65.38°ωc≥45.55 rad/s根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率：γ=−80.6°ωc=393 rad/s由于固有相角裕度过小而剪切频率远远大于性能指标要求，可先选用串联迟后校正：G C1(s)=τs+1βτs+1β>1取相角裕度γ=70°，根据原有Bode图计算得到β=23.7，并选取τ=0.24，T=5.67，由此确定串联迟后校正环节为：G C1(s)=0.24s+1加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到：γ=64.9°ωc=42.3 rad/s此时，剪切频率和相角裕度都比要求之偏小，应用串联超前校正：G C2(s)=τs+1ατs+1α<1取ϕm=10°，根据Bode图得到 α=0.7，τ=0.024，T=0.0166，，由此确定串联超前校正环节为：G C2(s)=0.024s+1 0.0166s+1加入串联迟后—超前校正后得到系统新的Bode图（见附录），并根据Bode 图，得到控制系统新的相角裕度和剪切频率为；γ=72.3°ωc=50.8 rad/s知系统已经符合性能指标要求，并进行验算得到系统地超调量和响应时间为：σ=17.99%t s=0.1287s经过验算，知控制系统经过串联迟后—超前校正后，已经符合性能指标要求。
appLA
P (γri )
P ((ϕ)ri + rj )
where Ik is the k × k identity matrix. The elementary matrices P (ci ↔ cj ), P (γci ), P ((ϕ)ci + cj ) associated with the corresponding column operations are defined in a similar way. Theorem A.3. For an m × n λ-matrix A(λ), performing an elementary row operation is equivalent to premultiplication of A(λ) by the corresponding m × m elementary matrix, while performing an elementary column operation is equivalent to postmultiplication of A(λ) by the corresponding n × n elementary matrix. It can be readily verified that all the elementary matrices are invertible, especially P −1 (ri ↔ rj ) = P −1 (γri ) = P −1 ((ϕ)ri + rj ) = P (ri ↔ rj ) P γ −1 ri P ((−ϕ)ri + rj )
250
APPENDIX A. SOME BACKGROUND RESULTS IN LINEAR ALGEBRA
哈工大自动控制原理课程设计实验报告
图2-15
这里给出校正装置、校正前和校正后的系统的开环Bode图，如图2-16所示。系统幅频特性的折线图如图2-17所示。手绘系统bode图近似该形式。
图2-16
图2-17
2.2.4
为了输出能更好的跟踪输入信号，这里我们仍然引入前馈控制，关于前馈控制分析详见根轨迹法校正部分。这里求得
同样的，考虑到该环节不易实现，我们取
引入前馈控制后，系统的Bode图如图2-18所示。可以看出，校正后系统的带宽增大。系统幅频特性的折线图如图2-19所示。手绘系统bode图近似该形式。
图2-18
图2-19
3
3.1
未加前馈控制时，校正后系统跟踪 正弦信号的波形如图3-1。
图3-1
当引入前馈控制后，系统的框图如图3-2所示。
图3-2
系统跟踪 正弦信号时，波形如图3-3所示。考虑到系统的转动惯量 可变， 取 时，系统跟踪 的正弦信号波形如图3-4和图3-5所示。可以看出，此时相位差接近于0°，幅值差不大于10%，满足性能指标的要求。
时，闭环幅频特性不出现谐振峰。
而二阶系统的截止频率 为
同时我们给出以下结论：
(1)闭环系统的截至频率 与相对应的开环系统的剪切频率 成正比关系。
(2)系统的谐振峰值 时，系统震荡趋势将剧烈增大。
(3)闭环带宽越宽，上升时间越短，但高频抗干扰的能力变差。
1.3.3
高阶系统的闭环极点都应在复数平面左半平面，其中距离虚轴近的闭环极点对动态过程影响大；反之距离虚轴远的闭环极点，对动态过程影响小。此外，极点附近有零点时，对动态过程影响较小。
图2-4
根据图2-2，可以求出速度反馈闭环的传递函数为
其特征方程为
该方程应有两个根 和 。由此解得
哈工大—现代控制理论课件
则线性化系统方程为：
Δx =结论： i = 1,2, , n ，则非线性 ① 若 Re(λi ) < 0 系统在 xe 处是渐近稳定的，与 g (x) 无关。 ,n ② 若 Re(λi ) > 0 Re(λ j ) < 0 i ≠ j = 1, 则不稳定。 ③ 若 Re(λ ) = 0 ，稳定性与 g (x ) 有关 i
第4章
系统的运动稳定性
例7： 一个弹簧－质量－阻尼器系统，系统的运动方程如下
m x + f x + kx = 0
令 m =1
x + f x + kx = 0
列写系统的状态方程并判定稳定性。
第4章
系统的运动稳定性
实际表明，很多情况下李亚普诺夫函数可取为二次型，因此二次型及其 定号性，是该理论的一个数学基础
要取决于高阶项系统的运动稳定性本章主要知识点42lyapunov意义下的稳定性稳定性定义各种稳定性之间的关系43lyapunov稳定性理论使用李氏第一法判定系统的稳定性二次型正定性李氏第二法的主要定理44线性系统的稳定性分析线性时变系统和线性定常系统的稳定性判定方法利用李雅普诺夫函数求解参数最优化问题45线性系统的有界输入有界输出稳定定义判定方法46非线性系统的稳定性分析克拉索夫斯基法
它是 x 的各元素
x1 , x2 ,
, xn 和时间 t 的函数。
9
第4章
系统的运动稳定性
自治系统 非自治系统
x = f ( x (t ))
基本区别：自治系统的状态轨线不依赖于初始时刻 平衡状态（平衡点）： 对于所有t，满足 xe = f ( xe , t ) = 0 的状态 xe 称为平衡 状态. 平衡状态即为系统方程的常数解，或系统的一种静止 的运动。 线性系统,非线性系统的平衡点个数?()①
哈工大自控课件第一章
• 1945年伯德(H.W.Bode)提出了分析控制系统的另一种图解 方法即频率法。
偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。
误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希 望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部， 又可来自系统外部，前者称内部扰动，后者称外部扰动。
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• 《自动控制原理》是自动控制技术的基础理论，是 一门理论性较强的工程科学。
现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备 一定的自动控制理论基础知识！
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第一章 自动控制理论概述
§1-2 自动控制理论和自动控制系统的基本概念
举例：
杠杆
第一章 自动控制理论概述
§1-4 自动控制理论概要
一、自动控制理论主要研究的问题
•
系统分析
在已知系统的结构参数的条件下，研究系统在某种典型 输入信号下输出信号变化的全过程，并从这个变化过程中 得到评价系统性能的指标；以及讨论系统的性能和系统结 构、参数的关系。
•
系统设计
在给定被控对象及所要求的性能指标的情况下，设计一
第一章
四、自动控制系统的概念和特征
自动控制理论概述
自动控制：
在没有人直接参与的情况下，通过控制器（控制装置） 使被控制对象或过程自动地在一定的精度范围内按照预定的
规律运行。
系统： 由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达
到一定目的的、具有一定功能的整体。
反馈：
将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输 入信号比较的过程。反馈分为负反馈（反馈信号与输入 信号相减）和正反馈（反馈信号与输入信号相加）。
哈工大自动控制原理
哈工大自动控制原理哈工大自动控制原理引言•自动控制原理（Automatic Control Principle）是指利用控制系统对被控对象进行调节、管理和控制的学科。
它广泛应用于各个领域，如机械、电子、航空、化工等。
什么是自动控制原理•自动控制原理是一门研究如何设计、分析和改进控制系统的学科。
它主要研究控制系统的建模、控制方法和控制理论。
控制系统的基本组成•控制系统由四个基本组成部分构成：1.被控对象（Plant）：也称为系统，在自动控制中是需要被控制的物理实体或过程。
2.传感器（Sensor）：用于测量被控对象的状态或输出信号，并将其转换成电信号。
3.执行机构（Actuator）：根据控制器的输出信号，将电信号转换成对被控对象施加的作用力、功率等。
4.控制器（Controller）：基于传感器测量值，计算出控制器输出信号，并将其发送给执行机构。
自动控制的基本原理•自动控制的基本原理是建立在数学模型和控制方法上的。
其主要包括以下几个方面：1.系统建模：将被控对象的动态特性转化成数学方程。
常见的建模方法有传递函数法、状态空间法等。
2.稳定性分析：通过数学分析和计算，确定控制系统在各种工况下是否稳定。
常见的稳定性分析方法有根轨迹法、频域法等。
3.控制器设计：基于系统模型和稳定性要求，设计出适合的控制器。
常见的控制器设计方法有比例积分微分控制器（PID）方法、模糊控制方法等。
4.闭环控制：将测量信号通过反馈路径返回给控制器，以实现对被控对象的控制。
闭环控制可以提高系统的稳定性和鲁棒性。
自动控制在工程中的应用•自动控制在工程中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1.工业自动化：包括工厂自动化、流水线控制、机器人控制等。
2.交通运输：包括交通信号灯控制、自动驾驶等。
3.航空航天：包括飞行控制、导航系统等。
4.电力系统：包括发电厂控制、电网调度等。
5.化工过程：包括化工生产、反应控制等。
结语•自动控制原理作为一门学科，研究如何设计和改进控制系统。
自动控制理论(哈尔滨工业大学) 中国大学MOOC答案2022版
自动控制理论(哈尔滨工业大学)中国大学MOOC答案2022版第1章自动控制理论概述单元测验1、自动控制是指在没有人直接参与的情况下，通过（）使被控制对象或过程自动地在一定的精度范围内按照预定的规律运行。
答案: 控制器2、信息在控制系统中占有重要的作用，控制系统对信息利用主要体现在（）。
答案: 采集、处理、决策3、开环控制的特点不包括（）。
答案: 不会不稳定4、对控制系统性能的三个基本要求不包括（）。
答案: 抗干扰性5、时变系统是指系统中的物理参数（）的系统。
答案: 随时间变化6、稳定性是系统正常工作的首要条件，稳定性的要求是（）。
答案: 在扰动作用下重新回复到平衡状态的能力7、控制系统按照给定输入是否为恒定可分为（）。
答案: 调节控制和伺服系统8、负反馈是利用输入和反馈量相减所得的（）去作用于被控对象，达到减小偏差或消除偏差的目的。
答案: 偏差量9、自动控制系统组成最基本的两部分是（）和（）。
答案: 控制对象;控制器10、关于反馈的概念说法正确的是（）。
答案: 将输出量引入输入端比较，结果重新作用于输入。
;因为反馈的存在系统形成了闭环结构。
;反馈控制可以提高系统的精度和抗扰性。
11、随动系统主要强调的是抗扰性，调节系统主要强调的是跟随性。
答案: 错误12、非线性系统是指其中所包括的全部元件都具有非线性特性。
答案: 错误13、控制系统稳、快、准三方面基本的性能中，每个可以独立调整，相互之间没有影响。
答案: 错误14、闭环系统的不稳定主要是因为系统存在扰动。
答案: 错误15、时变系统是指系统中的物理参数（）的系统。
答案: 随时间变化第2章线性系统的数学模型线性系统的数学模型单元测试1、理想化的物理系统是（）。
答案: 忽略了次要因素的，可以用物理定律进行描述的系统2、描述系统时域的输入输出特性的模型是答案: 微分方程3、描述系统数学模型的微分方程的系数由（）决定。
答案: 系统中各元件的物理参数4、同一个闭环系统中设定的输入输出变量不同，则（）。
哈工大 自动控制原理本科教学要求
自动控制原理本科教学要求自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。
《自动控制原理I》教学大纲课程编号：T1043010课程中文名称：自动控制原理课程英文名称： Automatic Control Theory总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16习题课学时：0 上机学时：学分：6.0授课对象：自动控制专业本科生先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年一、课程教学目的：自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。
这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。
本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。
掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。
掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。
了解非线性控制系统的分析和综合方法。
建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。
通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。
结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。
从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。
自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。
二、教学内容及基本要求第一章控制系统的一般概念（2学时）本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。