自动控制理论系列课程
自动化专业课程表
自动化专业课程表一、引言自动化专业是现代科技领域的重要学科之一，涵盖了自动控制、自动检测、自动测量、自动计算等方面的知识与技术。
学习自动化专业需要掌握一系列的基础课程和专业课程，这些课程安排合理且有序地进行学习，是培养优秀自动化专业人才的重要保障。
本文将围绕自动化专业课程表展开讨论，探讨如何合理安排自动化专业的课程，以满足学生的学习需求和培养目标。
二、基础课程2.1 数学课程•高等数学•线性代数•概率论与数理统计2.2 物理课程•大学物理2.3 计算机科学与技术课程•计算机导论•C语言程序设计•数据结构与算法三、专业核心课程3.1 自动控制原理•系统建模与模型分析•传递函数与状态空间分析•比例、积分与微分控制•校正与稳态控制3.2 电子技术•电路基础•模拟电子技术•数字电子技术3.3 自动检测与测量技术•信号与系统•传感器与变送器•信号处理与条件识别3.4 自动化仪表与控制设备•控制系统设计与实现•自动化仪表与传感器•工业控制设备与调试四、专业选修课程4.1 机器人技术•机器人导论•机器人建模与仿真•机器人感知与智能控制4.2 自动化生产线•生产线布置与规划•生产线控制与优化•自动化生产线案例分析4.3 自动化系统集成•自动化系统设计原理•自动化系统集成技术•自动化系统维护与管理五、实习实训课程通过实习实训课程，学生可以将所学的理论知识应用到实际操作中，提升自己的实践能力和技术水平。
5.1 工程实践•自动控制工程实践•电子电路实验•控制系统实验5.2 生产实习通过参与实际生产线的运行与管理，学生可以了解企业的生产过程和自动化控制技术在实际生产中的应用。
5.3 工程设计•自动化控制系统设计•自动化仪表与控制设备选型与设计六、总结本文以自动化专业课程表为任务主题，从基础课程、专业核心课程、专业选修课程和实习实训课程等多个层面进行了探讨。
合理安排自动化专业的课程，对于学生的学习和未来的发展具有重要意义。
电力系统自动控制理论chapter1-3恒定越前时间并列装置
第三节
恒定越前时间并列装置
二． 恒定越前时间 恒定越前时间部分是由R、C组成的比例－微分回路和电 平检测器构成
R1
电
C
U
SL
平
恒定越前 时间信号
R
2
检 测 器
图1-13 恒定越前时间部分
第三节
恒定越前时间并列装置
R1
C
R1
C
USL
R2
U R2
=
USL
C R2
′ UR2+
USL
R1
R2
′′ U R2
(a)
(b)
图1-14 利用叠加原理求UR2示意图
(c)
第三节
恒定越前时间并列装置
′′ ′ U R2 为图1-14输出电压 U R 2 与 U R 2 的叠加。 在图1-14（b）中由于电容器C的容量很小，容抗很 大，其作用可以忽略，故
R2 U SLm ′ (π + ω S t ) U R2 = × R1 + R2 π
tYJ
′′ U R2
′ U R2
tYJ
t
′ U R2
t
图1-15 恒定越前时间电平检测器原理示意图
USLK
t A1
TS1
t A2
TS 2
t
图1-16 恒定越前相角电平检测器工作原理图
第三节
一、滑差检测
恒定越前时间并列装置
利用比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电 平检测器的动作次序来实现滑差检查，如图1-16所示。 恒定越前相角电平检测器输入U SL ，当 U SL 等于或大 于 U SLK 时，检测器动作，输出低电平，滑差减小， 即 TS1 < TS 2，恒定越前相角检测器动作时间 t A1、t A2 随之 不断加大。 如果将图中 U SLK 按允许滑差 ω SY 下恒定越前时间 tYJ的 ω 相角差 δ YJ进行整定，则有如下关系： SY tYJ = ω S t A ,即
孙炳达 自动控制原理第1章
注意： 反馈有正、负之分。反馈信号的极性与输入信号的极性相反，从而产生
一偏差信号的反馈方式，称负反馈；反馈信号的极性与输入信号的极性相同，称正 反馈，正反馈方式只可能在局部反馈中采用；所有闭环系统，都是负反馈控制系统。
2、水温的自动控制的示意图
采用自动控制时，上述功能都用相应的元件和仪表来代替。 例如，用温度测量元件、控制记录仪表和调节阀等。7
自动控制的基本方式
二、基本控制方式(3种)
1、开环控制方式 (1)定义： 控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式，称为开环控制方式。 具有这种控制方式的有机整体，称为开环控制系统。 如果从系统的结构角度看，开环控制方式也可表达为，没有系统输出量 反馈的控制方式。
系统中，Ug 是给定输入量；电动机的转速n是系统的输出量， 即被控量；电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等， 是扰动输入量。
可见，系统的输出量，即电动机的转速并没有参予系统的控 制。
9
自动控制的基本方式
(2) 职能方框图
任何开环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的方 框图表示。
2、闭环控制方式：
(1) 定义
系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，参予了系统控制的方式，称 为闭环控制方式。
如果从系统的结构看，闭环控制方式也可表达为，有系统输出量反馈的
控制方式。
10
自动控制的基本方式
举例：速度控制系统
11
自动控制的基本方式
工作原理
开环调速结构基础上引入一台测速发电机，作为检测系统 输出量即电动机转速并转换为电压。
——齐次性
（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述X的r1(t)系统。
自动控制原理课程简介
《自动控制原理》课程简介课程编号：A1620025课程名称：自动控制原理学分/学时：4/64开课学期：第5学期课程类型：专业必修课程课程性质：必修先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》适用专业：自动化考核方式：考试考核形式：大作业、期中测试、实验评估、期末考试等组合形式建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导书，校内讲义，2015年内容简介：《自动控制原理》课程是一门研究自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，本课程主要内容包括自动控制系统建模、自动控制系统分析和自动控制系统设计（校正）三个方面。
通过本课程的教学，让学生掌握分析与综合SISO自动控制系统的经典控制理论与方法，并能初步结合实际，分析和设计控制系统，以及在MATLAB与Simulink支持下对控制系统进行计算机辅助分析和设计。
为今后进一步深入学习和研究其他控制理论与控制系统设计打下坚实的基础。
自动控制原理Automatic Control Theory课程编号：A1620025学分：4学时：64学时（讲课：56学时实验：8 学时实践：0学时）学时：周开课学期：第5学期课程类型：专业必修课程课程性质：必修先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》适用专业：自动化建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导书，校内讲义，2015年主要参考书：（1）胡寿松主编.自动控制原理（第5版）.科学出版社.2007年（2）李友善主编.自动控制原理（第3版）.国防工业出版社.2005年（3）富兰克林,鲍威尔主编; 李中华，张雨浓译著.自动控制原理与设计.人民邮电出版社.2007年开课学院：电气与自动化工程学院修订日期：2018年9月一、课程说明《自动控制原理》课程是自动化专业学生学习和掌握自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，它是自动化专业的一门专业必修课程，在第五学期开设。
自动控制原理教学大纲
自动控制原理教学大纲一、课程简介。
自动控制原理是控制科学与工程技术的基础课程，是现代自动控制领域的基础理论和方法。
本课程旨在使学生系统地学习自动控制领域的基本理论和方法，掌握自动控制系统的分析与设计技术，为学生进一步学习与研究自动控制领域的专业知识打下坚实的基础。
二、课程目标。
1. 理解自动控制系统的基本概念和基本原理；2. 掌握自动控制系统的数学建模方法；3. 掌握自动控制系统的分析与设计方法；4. 熟悉自动控制系统的常用控制器设计方法；5. 了解自动控制系统的先进控制方法。
三、课程内容。
1. 自动控制系统基本概念。
（1）自动控制系统的定义和基本组成；（2）自动控制系统的分类及特点；（3）自动控制系统的基本结构和工作原理。
2. 自动控制系统的数学建模。
（1）自动控制系统的数学描述；（2）自动控制系统的传递函数表示；（3）自动控制系统的状态空间表示。
3. 自动控制系统的分析方法。
（1）自动控制系统的时域分析方法；（2）自动控制系统的频域分析方法；（3）自动控制系统的根轨迹法和Nyquist法分析。
4. 自动控制系统的设计方法。
（1）自动控制系统的根据性能指标的设计方法；（2）自动控制系统的稳定性设计方法；（3）自动控制系统的鲁棒性设计方法。
5. 自动控制系统的控制器设计方法。
（1）自动控制系统的比例、积分、微分控制器设计；（2）自动控制系统的PID控制器设计；（3）自动控制系统的先进控制器设计。
四、教学方法。
1. 采用理论教学与实践教学相结合的教学方法；2. 通过案例分析和实例演示，加深学生对自动控制原理的理解；3. 开展实验教学，培养学生实际动手能力；4. 鼓励学生参与讨论，提高学生的分析和解决问题的能力。
五、教学评估。
1. 平时成绩占30%，主要包括课堂作业、实验报告等；2. 期中考试占30%，主要考察学生对基本理论和方法的掌握程度；3. 期末考试占40%，主要考察学生对整个课程内容的全面掌握程度。
《自动控制理论》专业基础课程教学改革
浅谈《自动控制理论》专业基础课程教学改革[摘要]《自动控制理论》课程为理工科院校电气自动化专业重要的专业基础课，是自动控制系统、过程控制、智能控制等专业课的先修课程。
该课程理论性、系统性和综合性都很强，涉及到多学科的交叉。
通过理论课程的学习,培养学生分析、设计控制系统的能力。
为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础。
[关键词]自动控制理论课程改革综合实践《自动控制理论》课程是我院重要的专业基础课，近几年，我们通过课程建设，建立了新的自动控制课程体系，确立以系统分析、系统建模、系统综合为自动控制理论课程的主线，构建由时域分析、复域分析、频域分析、离散系统和非线性系统５个模块构成的知识体系。
在教学过程中，把自动控制、计算机技术和电子技术有机地融为一体，使学生对控制系统的组成、分析、设计、综合等各个环节有全面的理解，并通过一系列的实践环节培养学生的综合实践能力。
一、课程体系科学化《自动控制理论》是一门知识覆盖面广、内容多、更新发展快、理论性和抽象性都很强，具有一定深度和复杂性的课程，教师难教，学生难学。
随着本科生教育的继续巩固和研究生教育的不断发展我们对课程体系进行了改革，制定了新的自动控制理论教学大纲，对课程的教学内容进行了调整优化，建立了一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。
1.开发研制了计算机辅助教学课件自动控制理论cai课件的设计是一种根据教学大纲的要求，经过教学目标确定教学内容和任务分析的教学媒体，是利用计算机进行教学活动的交互方式。
《自动控制理论》课是专业基础课，所以，在教学中应加强“三基础”教学，即基本理论、基本知识和基本技能，既要保证本学科的系统性、完整性，又要考虑专业培养目标对课程的要求。
在进行cai课件的设计时，我们依据以下三点：（一）以教学大纲为依据，充实和更新教学内容；（二）在教学中要做到保证基础教学，加强近代教学，联系实际教学，涉及前沿教学；（三）完善cai模式，使课程结构体系更趋合理。
(完整word版)自动控制原理说课
《自动控制原理》说课稿一、教材1、教学用教材：《自动控制原理》：高等工科院校控制类课程系列化教材主编：孙亮、杨鹏北京工业大学出版社这本教材从工程实际应用的角度出发，注重基础性、系统性和实用性，较深入地介绍了自动控制系统的数学描述方法、时域分析、频域分析方法等。
全书共八章（具体内容在教学设计过程中进行详细介绍），每一章后面都给出了相应的习题，并在书中提供了部分习题参考答案供学生参考、对照。
另外，这门自动控制原理课程是计算机控制技术课程的先修前导课程，只有把这门课程学好，才能更好的学习计算机控制技术（计算机控制这门课程在本届学生下学期学习）。
2、辅助教材：《自动控制原理》科学出版社《现代控制理论》清华大学出版社3、先修后续课：先修：《电路分析》、《复变函数》后续：《现代控制理论》、《计算机控制技术》、《嵌入式技术》二、教学方法与教学设计过程（一）课程的简要介绍1、自动控制原理课程本身要大量用到Laplace变换、复变函数理论，所以要想学好自动控制原理，首先得看看自己的大学数学基础有没有打扎实了（尤其是复变函数与积分变换）。
2、除了应该具备的数学基础外，还需有处理相关专业知识的能力。
比如建立实际系统的物理模型，这里就需要有良好的电路（主要是模拟电路）、大学物理、机械原理的知识。
同时还需要有一定的数学建模能力。
3、正是因为课程中充满了数学，所以千万不要把自动控制原理当成数学来学，那样会越学越迷糊，甚至会最终怀疑控制理论的科学性。
因为若当作一门数学课，你掌握的只是一些方程的操作和图形的画法，你无法理解为什么实际的系统会遵循控制理论所描述的规律（比如水位能够被精确的控制），这会让你觉得是完全是数学的作用，而忽略了自动控制的基本思想以及这些数学方程背后所受到物理规律支配这一事实。
4、学自动控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有别于数学思想、物理思想）。
大学阶段所学的自动控制原理主要涉及经典控制理论，所以它最根本的控制思想是【负反馈思想】，很多稳定性理论都是立足于这一思想上建立的，所以数学虽然很重要，但数学对于自动控制理论来说只是一个强有力的工具。
《自动控制原理》课程建设与改革
让学生 明确学 习 目标 ，了解 自动化学科及 专业的特点 等。在授课过程 中除了关注其 自身 的知识 体系 的完整 性 ，还注重调 动学生综合运用 已学 知识 的能力且兼顾 后续课 程的学习 ， 体现了“ 由点带面 、 点面结 合” 的课程 建设新思路 。 ２采用启 发式教学方 法 ， ． 注重 教与学 的互 动 ， 发 激 学习主动性 。在教学中发 现 ， 学生在学习 中往往粗枝 大 叶， 不求甚解 ， 所学知识不能形 成框架体系 。我们有 针
难 的固有特点是分 不开 的。根据制 定 的 《 自动控制原 理》 课程建设 指导思 想 ， 针对该课程 的特点我们提 出了 系列 的改革思路 。
一
１ ． 根据专业 特点 ， 明确 其在课 程体系 中的地位 、 开 设功能及意义 ， 有针对性地进行课 程改革 。 ２ 程建设 中做到建 设全面化 、 ． 课 立体化 ， 促进课 程 建设 的全方位发展 ， 促进教学质量 的提高。
对性的对原有教学方法进行 了改革 ，取得 了较好 的效 果。 ①提 出了教学 中应以学生为 主体 ， 注重培养学生思 维能力 的教学方法 。如课前 由学生在课堂上 总结，除体制改革之 外就 １ 是课 程体系改革和课程 内容 的改革 。作为 高校 的任课 教师， 必须在优化课程体系 的前 提下 ， 自己所 教授 的 对 专业课程进行全面 的认识与大胆 的探索 。 自动控制原 《 理》 为 自动化 、 作 电气专 业重要 的必 修课程 ， 也需 要重
文 章 编 号 ：６ ４ ９ ２ （０ ２０ — ０ ６ ０ １７ — ３ ４ ２ １ ）８ ０３ — ２
自动控制理论实验指导（新）
⾃动控制理论实验指导（新）《⾃动控制理论》课程实验指导⼀、实验注意事项1、接线前务必熟悉实验线路的原理及实验⽅法。
2、实验接线前必须先断开总电源与各分电源开关，严禁带电接线。
接线完毕，检查⽆误后，才可进⾏实验。
3、实验⾃始⾄终，实验板上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的⼯具和多余的导线等，以免发⽣短路等故障。
4、实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验板⾯，整理好连接导线并放置到规定的位置。
5、实验前必须充分预习实验指导书。
⼆、实验模拟装置使⽤注意事项1、⽆源阻容元件可供每个运算放⼤器使⽤。
2、运算放⼤器是有源器件，故连在运算放⼤器上的阻容元件只能供本运算放⼤器选⽤。
3、信号幅值不宜过⼤，按指导书中指⽰的幅值。
否则，可能使运算放⼤器处于饱和状态。
三、每次实验内容第⼀次：实验⼆第⼆次：实验三第三次：实验四备注：实验⼀作为实验前的预习及热⾝实验⼀控制系统典型环节的模拟⼀、实验⽬的1）、熟悉数字⽰波器的使⽤⽅法2）、掌握⽤运放组成控制系统典型环节的电⼦电路 3）、测量典型环节的阶跃响应曲线4）、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响⼆、实验仪器1）、THSSC-1实验箱⼀个 2）、数字⽰波器⼀台三、实验原理以运算放⼤器为核⼼元件，由其不同的R-C 输⼊⽹络和反馈⽹络组成的各种典型环节，如图1-1所⽰。
图中Z 1和Z 2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流⼊运放的电流，则由图1-1得：由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1)、⽐例环节⽐例环节的模拟电路如图1-2所⽰：图1-1、运放的反馈连接1u o图1-2 ⽐例环节(1) )(12Z Z u u S G i o =-=2100200)(12===KKZ Z S G2）、惯性环节图1-3、惯性环节3）、积分环节图1-4、积分环节4）、⽐例微分环节（PD ），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所⽰。
自动控制原理课程设计
目录一．绪论 (2)1.1相关背景知识 (2)1.2课程设计目的 (2)1.3课程设计任务 (2)二．通过matlab求校正装置的传递函数 (3)三．系统校正前后的分析 (4)3.1特征根的对比 (4)3.2三种响应曲线的对比 (5)3.2.1校正前后的单位脉冲响应曲线对比 (5)3.2.2校正前后的单位阶跃响应曲线对比 (7)3.2.3校正前后的单位斜坡响应曲线对比 (8)四．动态性能的对比 (10)五．系统校正前后的根轨迹 (12)六．系统校正前后的Nyquist图 (14)七．系统校正前后的Bode图 (16)八.心得体会 (18)九.参考文献 (19)一．绪论1.1相关背景知识《自动控制原理》作为自动控制系列课程的实践性教学环节的教程，是新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材之一。
该课程综合性强、知识覆盖面广,要求学生具有《工程数学》、《电路》等基础知识,以及较强的计算能力。
而《自动控制原理课程设计》能够帮助学生进一步巩固自控基础知识,并结合电路、电子技术,加强实践操作能力，因此具有很重要的意义。
1.2课程设计目的1.掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
2.学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
1.3课程设计任务题目：已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为m m 1m 2012m n n 1n 2012n b b b b ()s s s G s a s a s a s a ----++++=++++ （n m ≥）。
参数n 210a ,a ,a ,a 和m 210b ,b ,b ,b 以及性能指标要求因小组而异。
本组题目: 已知单位负反馈系统的开环传递函数0K G(S)S(S 1)(0.125S 1)=++，试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量030γ>，静态速度误差系数1v K 10s -=设计要求：1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。
自动控制学的课程
自动控制学的课程自动控制学是工程学科中的一个重要分支，涉及系统动力学、控制理论、信号处理等方面的知识。
以下是关于自动控制学课程的一般内容：1. 基础理论：- 系统动力学：包括对线性和非线性系统的动力学行为的理解，以及微分方程和差分方程的建模。
- 信号与系统：学习信号的表示和系统的分析，包括时域和频域的概念，傅里叶变换等。
2. 控制理论：- 经典控制理论：包括PID（比例-积分-微分）控制器，根轨迹和频率响应分析等。
- 现代控制理论：学习状态空间分析、状态反馈、观测器设计等现代控制方法。
3. 线性系统分析：- 稳定性分析：学习系统的稳定性判据，包括对极点的分析。
- 性能指标：包括上升时间、峰值过冲、稳态误差等性能指标的分析。
4. 非线性系统分析：- 极值理论：学习极值理论对非线性系统的分析。
- 相图和轨道：研究非线性系统在相空间中的运动。
5. 控制系统设计：- PID控制器设计：学习如何设计和调整PID控制器以满足性能要求。
- 状态空间设计：包括状态反馈、观测器设计等。
6. 数字控制系统：- 离散系统分析：包括差分方程建模和离散系统的稳定性分析。
- 数字控制器设计：学习数字PID控制器和状态空间方法在数字控制系统中的应用。
7. 实验与仿真：- 控制系统实验：进行实验以验证和应用控制理论。
- 仿真工具应用：使用工具如MATLAB/Simulink进行系统建模和控制设计。
这些课程内容可能会因教学机构和课程级别而有所不同。
自动控制学是一个广泛应用于各种工程领域的学科，学习者通常需要通过理论知识和实际应用相结合的方式来深入了解和掌握这一领域。
自动控制理论第二十七讲
ɺɺ + x + x = 0 x ɺ
ɺ x1 = x2 ɺ x2 = − x2 − x1 dx2 x2 + x1 =− =α dx1 x2 1 x2 = − x1 1+ α
等倾斜线方程
CHANG’AN UNIVERSITY
长安大学电子与控制工程学院
自动控制理论
第七章 非线性系统的分析
相轨迹的画法 α取不同值时，可在相 取不同值时， 取不同值时 平面上画出若干不同的 等倾线， 等倾线，在每条等倾线 上画出表示该等倾线斜 率值的小线段， 率值的小线段，这些小 线段表示相轨迹通过等 倾线时的方向， 倾线时的方向，从相轨 迹的起点按顺序将各小 线段连接起来， 线段连接起来，就得到 了所求的相轨迹 。
tAB = tB − tA = ∫
x
.
xA
0 o
x
D
.
x 3 x 2 x 1θ A
θB θ CD θ BC
x
θ AB
x
θ
p
B
A
C
CHANG’AN UNIVERSITY
长安大学电子与控制工程学院
自动控制理论
第七章 非线性系统的分析
x = x1 p cosθ + ox1 ɺ x = x1 p sin θ
长安大学电子与控制工程学院
自动控制理论
第七章 非线性系统的分析
二、由相轨迹求暂态响应 点移动到X 【问题的提出】：相轨迹上坐标 XA点移动到 B点 问题的提出】 所需的时间。 所需的时间。 解决方法之一】 【解决方法之一】
dx1 x2 = ɺ x2 = x1 dt xB dx 1 tB − tA = ∫ xA x 2
x x 【解】 mɺɺ + kx = ɺɺ + x = 0
自动控制原理
国家级精品课程
1
一 课程教材
《自动控制原理》（第三版）
——入选“十二五”国家级规划教材 新工科卓越工程师教育培训计划电气信息类专业系列教材
主编：吴怀宇 出版社：华中科技大学出版社 出版时间：2017年8月
2
二 课程特点
是高校自动化类、电气类、电子信息类、机械工 程类各专业的一门重要专业基础课。
(一)自动控制与自动控制系统
航空航天
40
(一)自动控制与自动控制系统
钢
铁
生
机器人
产
交 通 系 统
41
(一)自动控制与自动控制系统
电扇：控制转速 洗衣机：控制水位、强弱、时间等 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
42
(一)自动控制与自动控制系统
自动控制的意义：
（1）提高了劳动生产率
使生产过程实现了自动化
10
控制理论的产生和发展划分为三个阶段： 经典控制理论 现代控制理论 智能控制理论
11
1.1.1 经典控制理论的发展
经典控制理论即古典控制理论,也称为自动控制理论。它 的发展大致经历了以下几个过程：
萌芽阶段
如果要追溯自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国 就有了自动控制技术的萌芽。
12
(1) 两千年前我国发明
28
经典控制理论的主要特点：
是一套工程实用的方法，许多工作可用作图法来完成； 物理概念清晰，在分析和设计时便于联系工程实际作出
决定，减少盲目性； 可用实验方法建立系统的数学模型。
29
1.1.2 现代控制理论阶段
主要的模型形式：状态空间法（State Space Method） 主要发展过程：
自动控制专业项目教学系列教程
自动控制专业项目教学系列教程自动控制专业项目教学系列教程自动控制专业是电子信息类的重要学科之一，具有广阔的应用前景。
为了提高学生在该领域的专业水平和实践能力，各大院校开设了众多自动控制专业项目的教学课程。
下面是自动控制专业项目教学系列教程的详细列表：1. 自动控制原理自动控制原理是自动控制专业最基础的一门课程，也是其他自动控制课程的基础。
通过学习该课程，学生可以了解自动控制的基本概念、基本原理和基本方法，掌握自动控制系统的数学模型及其稳定性判断方法。
2. 数字信号处理数字信号处理是自动控制领域中的一门交叉学科，是用数字技术对模拟电信号进行处理和分析的一种方法。
通过学习该课程，学生可以了解数字信号处理的基本原理和基本方法，掌握数字滤波器和数字滤波器设计的基本知识和技能。
3. 控制系统设计与仿真控制系统设计与仿真是针对自动控制专业学生的专业实践课程。
通过学习该课程，学生可以了解自动控制系统的设计流程，掌握常见的控制系统设计方法及其仿真操作，培养学生的创新能力和实践能力。
4. 智能控制智能控制是自动控制领域中近年来的一个热点研究方向，也是自动控制专业中非常重要的一门课程。
通过学习该课程，学生可以了解智能控制的基本概念和基本原理，掌握神经网络、模糊控制和遗传算法等智能控制方法的基本原理和应用。
5. 控制工程实验控制工程实验是自动控制专业的实验性课程，是将自动控制原理和数学方法与工程实际相结合的一门课程。
通过学习该课程，学生可以深入了解控制系统的设计、分析和实现，培养学生的实验操作能力和实际应用能力。
以上就是自动控制专业项目教学系列教程的详细列表。
自动控制专业涉及的领域非常广泛，希望学生在学习自动控制专业项目的教学课程时，能够注重理论与实践相结合，创新思维，不断提高自己的技能和知识水平。
自动控制原理教案-自控学习与解题指导
<<自动控制理论>> 课程学习指导与解题指导理工学院自动化系二零零三年七月第一章 自控理论基本概念本章作为绪论，已较全面地展示了控制理论课程的全貌，叙述了今后在课程的学习中要进行研究的各个环节内容和要点，为了今后的深入学习和理解，要特别注意本章给出的一些专业术语及定义。
1、基本要求（1）明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念。
（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制。
（3）初步掌握由系统工作原理图画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式。
（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式。
（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。
2．内容提要及小结（1） 几个重要概念自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。
自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。
这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。
共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。
自动控制系统⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧校正元件执行元件放大元件比较元件测量元件给定元件控制装置（控制器）被控对象 负反馈原理 把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。
（2） 三种基本控制方式实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。
实现自动控制的主要原则有三：主反馈原则——按被控量偏差实行控制。
补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。
复合控制原则——闭环为主开环为辅的组合控制。
（3）系统分类的重点重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。
线性系统−−→−描述⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧−−→−⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧−−→−⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧状态空间法时域法状态方程变系数微分方程时变状态方程频率法根轨迹法时域法状态方程频率特性传递函数常系数微分方程定常分析法分析法非线性系统⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧−−→−−−→−−−→−⎩⎨⎧−−→−状态空间法相平面法描述函数法本质线性化法非本质状态方程非线性微分方程分析法分析法分类描述（4）正确绘制系统方框图绘制系统方框图一般遵循以下步骤：①搞清系统的工作原理，正确判别系统的控制方式。
自动控制原理
1
同理，对f(t)的二重积分的拉氏变换为
1 1 L[ ∫∫ f (t ) dt ] = 2 F ( s ) + 2 f s s
2 ( 1 )
若原函数f(t)及其各重积分的初始值都等于0 1 则有 n L[ L f (t )dt ] = F ( s )
1 (0) + f s
( 2 )
(0)
∫∫ ∫
sn
系统分析与控制
石油大学机电学院 赵弘
1 绪论
自动控制系统的发展 自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容
一. 自动控制理论的发展
在工程和科技发展过程中，自动控制担负着重要的角色。 除了在宇宙飞船系统、导弹制导系统和机器人系统等领域中 自动控制具有特别重要的作用之外，它已经成为现代机器制 造业和工业生产过程的重要不可缺少的组成部分。 从公元前的水利工程（李冰父子的都江堰工程）到中世 纪的钟摆，从工业革命的蒸汽机车轮船到近百年前的飞机、 汽车，从半个世纪前的电子放大器、模拟计算机到现在的无 线通讯、数字计算机，从二战的雷达、火炮到冷战时期的卫 星、导弹，再到现代的航天宇宙探测器。所有这些科技在发 明同时也直接催生和发展了自动控制技术。源于实践，服务 于实践，在实践中升华。技术如此，个人的创造才能价值也 如此。
研究控制系统的方法
定性分析
定性分析 建立数学模型 定量分析 对系统校正 工程实践
建立数学模型 定性分析 对系统校正 满意？ Y 工程实践 N
参考书
参考书很多，吴琪《自动控制理论》， 国外经典教材系列：现代控制工程，作 者：Katsuhiko Ogata， 翻译： 卢伯英。 重视实验和习题。分析和计算，了解和 学会应用现代工具软件：MATLAB的控制 系统工具箱， 答疑：时间 607，3871-802
franklin自动控制原理与设计 第8版 中文
franklin自动控制原理与设计第8版中文《Franklin自动控制原理与设计》是著名的自动控制领域教材，已经出版到第8版。
本书旨在介绍自动控制的基础理论和设计方法，并通过实例和应用案例帮助读者理解和掌握自动控制的主要概念和技巧。
第8版的《Franklin自动控制原理与设计》相对于前几版进行了较大的改动和更新。
首先，本书将自动控制的基本概念和原理进行了重新组织和阐述，使得读者更容易理解和掌握。
其次，本书增加了更多的实例和案例，以及实验和设计项目，帮助读者将理论应用于实际问题解决中，提高了学习的实用性和可操作性。
此外，本书还对一些新兴的自动控制技术进行了介绍，如模糊控制、神经网络控制和遗传算法优化等，使得读者对自动控制领域的最新发展趋势有所了解。
正如书名所示，《Franklin自动控制原理与设计》不仅介绍了自动控制的基本原理和方法，还强调了设计的重要性。
在书中，作者详细介绍了自动控制系统的设计过程，并给出了一系列设计案例和设计项目，涵盖了各种不同的应用领域，如机械控制、电气控制、化工控制和航天控制等。
通过这些设计案例和项目，读者可以了解到不同类型的自动控制系统的设计思路和方法，以及如何将理论知识应用于实际设计中。
值得一提的是，本书在第8版中增加了更多的复习题和习题，以帮助读者巩固所学知识，并提供答案和解析，方便读者自学和自测。
此外，本书还提供了与课程配套的教学资源和案例分析，供教师参考和使用。
总之，《Franklin自动控制原理与设计》第8版是一本全面介绍自动控制原理和设计方法的权威教材。
它适用于自动控制领域的学生和工程师，既可以作为教材使用，也可以作为参考书阅读。
无论是初学者还是有经验的专业人士，都可以通过阅读本书，深入了解自动控制的理论和应用。
它的清晰的语言和丰富的案例，以及实用的设计项目，将为读者提供一种理论联系实践的学习方式。
自动控制理论实验指导(新)解析
2-2得：
图2-3为一阶系统的单位阶跃响应曲线。
当t= T时，C（T）=1–e-¹=0.632。这表示当C（t）上升到稳定值的63.2%时，对应的时间就是一阶系统的时间常数T，根据这个原理，由图2-3可测得一阶系统的时间常数T。由上式（1）可知，系统的稳态值为1，因而该系统的跟踪阶跃输入的稳态误差ess = 0。
令G（S）=1/（0.5S+1）,则其相应的模拟电路如图6-2所示。测量时示波器的X轴停止扫描，把扫频电源的正弦信号同时送到被测环节的输入端和示波器的X轴，被测环节的输出送到示波器的Y轴，如图6-3所示。
(实验时取R1=R2=510K，C=1uF)
图4-2惯性环节的模拟电路图
图4-3相频特性测试的接线图
四、实验内容与步骤
1、根据图3-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：
2、令ui(t)=1V，在示波器上观察不同K（K=10，5，2，0.5）时的单位
阶跃响应的波形，并由实验求得相应的Mp、tp和ts的值。
3、调节开环增益K，使二阶系统的阻尼比=1/2 =0.707，观察并记录
此时的单位阶跃响应波形和Mp、tp和ts的值。
3、把实测求得的传递函数与理论值进行比较，并分析产生差异的原因。
2）、数字示波器一台
三、实验原理
以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。
基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：
由上式可求得由下列模拟电
路组成的典型环节的传递函数及
其单位阶跃响应。
当扫频电源输出一个正弦信号，则在示波器的屏幕上呈现一个李沙育图形------椭圆。据此，可测得在该输入信号频率下得相位值：
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《自动控制理论》系列课程
课程介绍
（适用于05版教学计划）
电气与自动化工程学院《自动控制理论》课程组
2006．4
自动控制理论 A
Automatic Control Theory: Part A
课程编号：04200220
总学时：72 课堂教学：72 实验/上机：0 学分：4.5
课程性质：技术基础课
选课对象：自动化专业、电气工程及其自动化专业必修，生物医学工程专业选修
先修课程：《电路理论》、《模拟电子技术》、《复变函数与积分变换》、《电机学A》、《电力拖动基础》等。
内容概要：介绍自动控制理论的基本原理和基本方法，是自动控制理论的经典部分。
主要内容包括：线性定常连续系统数学模型的建立，控制系统的时域分析法、根轨迹法、
频域分析法，控制系统的校正方法；介绍采样控制系统的建模、分析与校正方法。
建议选用教材：《自动控制原理》第四版，胡寿松主编，科学出版社，2001
主要参考书：《自动控制理论》第2版，夏德黔翁贻方编著，机械工业出版社，2004 《自动控制原理》，吴麒主编，清华大学出版社，1990
《现代控制工程》，绪方胜彦著，卢伯英等译，科学出版社，1984
《自动控制原理》，孙虎章主编，中央广播电视大学，1984
自动控制理论 B
Automatic Control Theory:Part B
课程编号：04201631
总学时：56 课堂教学：56 实验/上机：0 学分：3.5
课程性质：专业课
选课对象：自动化专业选修
先修课程：《线性代数》、《自动控制理论A》
内容概要：介绍现代控制理论中的基础部分，包括系统的状态空间描述，线性控制系统的运动分析，控制系统的能控性、能观测性，控制系统的稳定性以及线性定常系统的
综合等内容。
介绍经典控制理论中非线性系统的分析与计算，包括描述函数分析
法和相平面分析法。
建议选用教材：《现代控制理论基础》，王孝武主编，机械工业出版社，2003
《自动控制原理》第四版，胡寿松主编，科学出版社，2001
主要参考书：《自动控制理论》，夏德黔，翁贻方编著，机械工业出版社，2004
《现代控制理论基础》，王照林编，国防工业出版社，1981
《线性系统理论》，何关钰编，辽宁人民出版社，1982
控制系统仿真
Control System Simulation
课程编号：04202431
总学时：32 课堂教学：32 实验/上机: 0 学分：2
课程性质：专业课
选课对象：自动化专业选修
先修课程: 《自动控制理论A》、《自动控制理论B》
内容概要：介绍数字仿真的基本理论和方法及控制系统数字仿真的实现，学习MA TLAB的操作和MA TLAB语言程序设计方法，学会使用MATLAB语言进行控制系统仿
真和辅助设计的基本技能。
建议选用教材：《控制系统数字仿真与CAD》(第2版)，张晓华主编，机械工业出版社，2005 主要参考书：《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》，薛定宇主编,清华大学出版社，2000
《基于MA TLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》，薛定宇陈阳泉著,
清华大学出版社，2002
自动控制理论综合实验
Synthetic Experiment of Control Theory
课程编号：04290820
总学时：1周课堂教学：0 实验/上机：30学时学分：1
课程性质：技术基础课
选课对象：自动化专业必修
先修课程：《自动控制理论A》、《自动控制理论B》
内容概要：1、使用TDN-AC/ACS实验装置，建立典型环节的模拟电路并观测其阶跃响应曲线；
了解校正装置在控制系统中的作用，选择校正装置改善二阶、三阶闭环控制系统
的性能；测量系统的频率特性并求出传递函数；用模拟电路建立典型非线性环节
并构造非线性系统，观测并分析非线性系统的动态特性；2、对上述内容用
MATLAB进行仿真研究。
3、使用GBB1004型球杆系统实验装置，完成一个实
际系统的分析、建模和控制器设计，编写控制程序并进行实验调试。
建议教材：《自动控制理论综合实验指导书》，校内自编，2006
系统仿真综合实验
Synthetical Experiments of System Simulation
课程编号：04291331
总学时：1周课堂教学: 0 实验/上机: 30 学分：1
课程性质：专业课
选课对象：自动化专业选修
先修课程：《控制系统仿真》、《自动控制理论A》、《自动控制理论B》
内容概要：熟练使用MATLAB语言进行控制系统仿真和综合设计。
对一阶、二阶系统进行数字仿真；对给定系统进行时域、频域和根轨迹分析；设计给定系统的PID调
节器、状态反馈增益矩阵和状态观测器；利用Simulink对磁悬浮系统、直流双
闭环调速系统、倒立摆系统进行仿真。
建议选用教材：《系统仿真综合实验指导书》合肥工业大学电气与自动化工程学院自动化系编，2006.1。
主要参考书：《控制系统数字仿真与CAD》(第2版)，张晓华主编，机械工业出版社，2005。