自动控制理论
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电气与新能源学院
2019/12/16
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第一章第一章绪论绪论第二章第二章控制系统的数学模型控制系统的数学模型第三章第三章控制系统的时域分析控制系统的时域分析第四章第四章根轨迹法根轨迹法第五章第五章频率分析法频率分析法第六章第六章控制系统的综合校正控制系统的综合校正第七章第七章pidpid控制与鲁棒控制控制与鲁棒控制第八章第八章离散控制系统离散控制系统第九章第九章状态空间分析法状态空间分析法444电气与新能源学院首页上页下页201920192019121212303030教材及参考书1自动控制理论邹伯敏主编机械出版社2自动控制原理蒋大明著华南理工大学出版社1992年版5自动控制原理梅晓榕主编科学出版社6自动控制理论文锋编著中国电力出版社1998年版555电气与新能源学院首页上页下页201920192019121212303030考核方式
动 统和状态空间分析等。
控
制
具体来说，包括以下几个章节：
理
论 第一章 绪论
第二章 控制系统的数学模型
第三章 控制系统的时域分析
第四章 根轨迹法
第五章 频率分析法
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上页 第六章 控制系统的综合校正
下页 第七章 PID控制与鲁棒控制
末页
结束 第八章 离散控制系统
第九章 状态空间分析法
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自动控制理论
1.控制：使受控对象按照一定的规律来运动。
2.反馈：就是指将输出信号部分或全部返回输入端，并与输入信号进行比较的过程。
3.控制的本质：“检测偏差，纠正偏差的过程”4.自动控制：指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动的按照预定的规律运行。
5.一个自动控制系统至少包括测量、变送元件，控制器等组成的自动控制装置和受控对象。
6. 开环控制：系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响7.系统输出和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生直接影响，这种系统称为闭环控制系统8.开环控制和闭环控制的比较：开环控制：的一个特点是结构简单、成本低。
然而这类控制系没有纠差能力，比如电动机负载变化时，转速也将变化。
闭环控制：利用反馈来减小偏差。
其优点是精度高，不管什么原因引起被控量偏离给定值时，都会通过反馈作用减小这一偏差。
但缺点是结构较复杂、成本较高。
9.恒值控制系统:控制系统的输入量是一个恒定值，在整个运行过程中不会改变（可定期校准或更改输入量）。
10.随动控制系统:系统的控制量不是常数，而是事先难于确定的随机变化量，要求系统能排除各种干扰因素，控制被控量迅速平稳地复现和跟踪输入信号的变化。
11：程序控制系统：被控量的给定值是一个已知的时间函数，控制的目的是要求被控量按确定的给定值的时间函数来改变12：连续时间系统：指控制系统中的所有信号在时间域为连续的控制系统。
离散时间控制系统。
13．性能要求：:稳定性：一个自动控制系统最基本的要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。
快速性：控制过程进行的越快越好，但要顾及误差。
准确性：要求动态误差和稳态误差越小越好。
当与快速性有矛盾时，应兼顾两方面的要求。
14.描述系统输入、输出变量及内部各变量之间相互关系的数学表达式，称为系统数学模型。
描述变量之间关系的代数方程叫静态模型；反映变量各阶导数之间关系的数学模型叫动态数学模型。
自动控制理论
1、什么是自动控制？自动控制就是应用控制装置自动的、有目的地控制或调解机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。
2、参数值（给定值输入）：电动机转速就有一定值，故电位器的变化3、自动控制系统：电动机转速变化的测速发电机电压的发至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。
4、扰动：当电源变化、负载变化等将引起转速变化，也称受控对象。
5、人工控制系统：当发现电动机转速高于给定值时，马上调节电位器的动点，使电动机的电枢电压减少，降低转速，使之恢复到给定值。
6、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中不包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
7、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。
8、多回路反馈控制系统：一个复杂的控制系统（实际生产过程往往是很复杂的，因而构成的控制系统也往往是很复杂的）也可能有多个反馈信号（除被控量的反馈信号外，还有其他的反馈信号），组成多个闭合回路。
9、恒值控制系统：的任务是保持被控量恒定不变，也即是被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。
（发电机电压控制，电动机转速控制，电力网的频率（周波））10、随动控制系统（随动系统）：他是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。
（运动目标的自动跟踪、跟踪卫星的雷达天线控制系统，工业控制中的位置控制系统，工业自动化仪表中的现实记录等）11、控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性12、建立系统微分方程步骤：1. 确定系统输入量(给定量和扰动量) 与输出量(被控制量, 也称系统响应2. 列写系统各部分3. 消去中间变量,求出系统的微分方程 4. 将微分方程整理成标准形式。
13、顺馈控制：按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出的影响。
自动控制理论概述
系统，这种系统的任务是在各种情况下保证系统的输出以一定的精度跟 随参考输入的变化而变化，所以这种系统又称为跟踪系统。 程序控制系统
若系统给定值（参考输入）随时间变化并具有一定的规律，并且是 实现给定的时间函数，这种控制系统称为程序控制系统。也可以说。程 序控制系统是随动控制系统的一种特殊情况。
由系统上述工作过程可知，系统通过反馈电位器不断地对输出量进行检 测并返回输入端与输入量进行比较，得出偏差信号，再利用所得的偏差信号 控制系统运动，以便随时消除偏差。从而实现了工作台位置按指令电位器给 定位置变化的运动目的。
第一章 自动控制的基本概念
1.5 自动控制系统举例
自动调速系统
图1－8所示为自动调速系统原理图。由图可以明确：控制系统的 任务是保持工作机械恒转速运行。
在研究自动控制系统的工作原理时，为更清楚地表示系统的结构和 组成，说明各元件间信号传递的因果关系，分析系统时常采用方框图表 示。
图1-1 自动控制系统方框图
第一章 自动控制的基本概念
1.4 自动控制系统的分类
开环控制系统和闭环控制系统
开环控制 如果控制装置
与被控对象之间只 有顺向作用而没有 反向联系的控制过 程，称这种控制方 式为开环控制，相 应的系统为开环控 制系统。图1-2为一 个开环控制系统。
发散
第一章 自动控制的基本概念
1.6 自动控制系统的基本要求
一个高质量的自动控制系统在其整控制过程中，被控量 和给定量之间的偏差应该越小越好。
工程上，常常从稳定性、快速性、准确性三个方面来评价自动 控制系统的总体控制性能。
稳定性 指控制系统动态过程的振荡倾向和重新恢复平衡工作状态的 能力，是评价系统能否正常工作的重要性能指标。
自动控制理论
⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。
(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。
(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。
(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。
(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。
常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。
2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。
被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。
被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。
控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。
给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。
给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。
除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。
⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。
3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。
4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。
在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。
复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。
5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。
第一章 自动控制理论概述
第一章 自动控制基本概念
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 引言 自动控制的基本概念 自动控制系统的组成和分类 自动控制系统的基本要求
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
本章重点
1. 自动控制的含义； 自动控制的含义； 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 2. 反馈和反馈控制的概念、反馈控制的特点； 3. 控制系统的组成和分类和特点。 控制系统的组成和分类和特点。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
• 自动控制技术在工农业生产、国防、航空航天等 各个领域中起着重要的作用！ • 广泛应用于各种工程学科领域，并扩展到生物、医 学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域。 • 独立的学科并与其它学科相互渗透、相互促进。
• 《自动控制理论》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， 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！ 一定的自动控制理论基础知识！
输入r(t) 输出c(t) 实际 1 2 1 0 t 0 t 控制工程基础 理想的 调节过程
本章难点
1. 深刻理解反馈的概念和思想； 深刻理解反馈的概念和思想； 2. 确定控制系统的被控对象、被控量、给定量 确定控制系统的被控对象、被控量、 等等，绘制方块图， 等等，绘制方块图，分析实际控制系统的基 本原理。 本原理。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
§1－1 引言 －
以系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 系统论、信息论和控制论为代表的科学方法论； 为代表的科学方法论 是一门新兴的学科， 是一门新兴的学科，为人类认识世界和改造世界提 供了强有力的武器。 供了强有力的武器。 关于控制论的几种说法 说法一： 控制论”是关于机器的理论。 说法一：“控制论”是关于机器的理论。 说法二： 控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法二：“控制论”是电子计算机和电子学的理论。 说法三： 控制论”是类似于数学的一门学科。 说法三：“控制论”是类似于数学的一门学科。 说法四： 控制论” 说法四：“控制论”是关于动物和机器中控制和通 信的科学。（维纳定义） 。（维纳定义 信的科学。（维纳定义）
自动控制理论
第一章自动控制系统概述1、组成自动控制系统的基本元件或装置有哪些各环节的作用控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输入量。
(2) 测量变送环节用来检测被控量的实际值，测量变送环节一般也称为反馈环节。
(3) 比较环节其作用是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。
(4) 放大变换环节将比较微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。
(5) 执行环节直接推动被控对象，使其被控量发生变化。
常见的执行元件有阀门，伺服电动机等。
2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、干扰量举例说明。
被控对象指需要给以控制的机器、设备或生产过程。
被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量又称输出量、输出信号。
控制量也称操纵量，是一种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。
给定值是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。
给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。
除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰，干扰又称扰动。
比如一个水箱液位控制系统，其控制对象为水箱，被控量为水箱的水位，给定量是水箱的期望水位。
3、自动控制系统的控制方式有哪些自动控制系统的控制方式有开环控制、闭环控制与复合控制。
4、什么是闭环控制、复合控制与开环控制有什么不同若系统的输出量不返送到系统的输入端（只有输入到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。
在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息（有输出到输入的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。
复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式，既有前馈通道，又有反馈通道。
5、自动控制系统的分类（按元件特性分、按输入信号的变化规律、按系统传输信号的性质）按系统输入信号的时间特性进行分类，可分为恒值控制系统和随动系统。
自动控制理论课件(PPT 31张)
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
Science Citation Index
科学引文索引
Eugene Garfield 尤金· 加菲得 “SCI之父”
Science, 122(3159), p.108-11, July 1955.
电气与自动化工程学院
12
研究生专业外语
引文
在文献甲中提到或描述了文献乙，并以文后参考 书目或脚注的形式列出了文献乙的出处，其目的在于 指出信息的来源、提供某一观点的依据、借鉴陈述某 一事件（实）等。这时，便称文献乙为文献甲的引文， 称文献甲为文献乙的引证文献。引文通常也称为被引 文献或参考文献，引证文献通常也称为来源文献。
xt ( ) e ut ( ) K K K K e ( t ) e I I ( t ) e
式中
8
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
作业：某系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵为
0.009 0.265 0 9 .8 0 6 .8 0e5 .67e4 0.91 1 0 6 .70e6 8 5 .96e4 5 .02 1 .1 0 0 4 .47e6 A 0 0 1 0 0 0 150 0 150 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .0 4 6 4 2 .2 4 1 1 B= 0 0 0 6 .2 3 8 5 e 6 2 .5 2 3 0 e 9 1.0 3 5 1 e 9 0 0 0
基于LQR的跟踪控制问题
前述LQR为状态调节器问题，主要实现状态调节， 利用LQR方法实现对参考输入的跟踪控制。
基本思路：将跟踪控制问题转换为状态调节器问题。
《自动控制理论》课件
1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。
6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。
设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。
6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。
七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。
自动控制理论
基本组成（ 基本组成（续）
<6>校正元件：也叫补偿元件，它是结构或参数便于 校正元件：也叫补偿元件， 校正元件 调整的元件。用串联或并联（反馈） 调整的元件。用串联或并联（反馈）的方式连接 于系统中，以改善系统的性能。 于系统中，以改善系统的性能。如：电阻、电容 电阻、 组成的无源或有源网络，还有计算机。 组成的无源或有源网络，还有计算机。
00:39
1.2 自动控制的基本原理
自动控制：没有人直接参与，利用自动控制装置， 自动控制：没有人直接参与，利用自动控制装置， 工作机械或生产过程自动地按照预定规律运行或 使工作机械或生产过程自动地按照预定规律运行或 某些物理量按预定要求变化。 使某些物理量按预定要求变化
自动控制
连杆的长度 记下期望液位
基本组成
<1>给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对 给定元件： 给定元件 应的系统输入量。一般为电位器。 应的系统输入量。一般为电位器。 <2>比较元件：其职能是把测量到的被控量实际值 比较元件： 比较元件 与给定元件给出的输入量进行比较，求出他们 与给定元件给出的输入量进行比较， 之间的偏差。常用的有差动放大器、 之间的偏差。常用的有差动放大器、机械差动 装置、电桥电路、计算机等。 装置、电桥电路、计算机等。 <3>测量元件：其职能是检测被控制量的物理量。 测量元件：其职能是检测被控制量的物理量。 测量元件 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。 变压器、浮子等。
00:39
1.2 自动控制的基本原理
3．准确性 ．
过渡过程结束后系统就 进入稳态，此时系统输 进入稳态，此时系统输 出量的期望值与实际值 之差称为稳态误差。 之差称为稳态误差。 稳态误差越小， 稳态误差越小，控制系 统的稳态精度越高。 统的稳态精度越高。 无差系统、有差系统。 无差系统、有差系统。
自动控制理论简介
自动控制理论简介自动控制理论是一门研究如何利用自动控制装置对生产过程、物理系统或其他动态过程进行控制的理论。
它是控制工程、系统工程、信息科学等领域的基础，广泛应用于工业、军事、航空航天、交通运输、环境保护等领域。
1. 系统建模：通过建立数学模型来描述系统的动态行为，为分析和设计控制系统提供依据。
2. 控制器设计：根据系统模型和控制目标，设计合适的控制器，以实现对系统的精确控制。
3. 系统稳定性分析：研究系统的稳定性条件，确保系统在受到扰动时能够迅速恢复到稳定状态。
4. 最优控制：在满足一定约束条件下，寻找最优控制策略，使得系统性能达到最佳。
5. 鲁棒控制：研究系统在不确定性因素影响下的稳定性问题，提高系统的抗干扰能力。
8. 分布式控制：研究多个控制器协同工作的问题，实现大规模复杂系统的有效控制。
1. 经典控制理论：20世纪40年代至60年代，主要研究单输入单输出线性系统，采用传递函数、频率响应等方法进行分析和设计。
2. 现代控制理论：20世纪60年代至80年代，主要研究多输入多输出线性系统，采用状态空间方法进行分析和设计。
3. 非线性控制理论：20世纪80年代至今，主要研究非线性系统，采用李雅普诺夫方法、滑模控制等方法进行分析和设计。
4. 复杂系统控制理论：近年来，随着系统复杂性的增加，研究多智能体系统、网络控制系统等复杂系统控制问题。
自动控制理论的发展对人类社会产生了深远的影响，使得许多复杂的工程问题得以解决，提高了生产效率和生活质量。
随着科技的不断进步，自动控制理论将继续发展，为人类社会带来更多的便利和福祉。
自动控制理论简介（续）1. 工业自动化：在制造业中，自动控制理论被用来设计生产线上的、数控机床和其他自动化设备，以提高生产效率和产品质量。
2. 智能家居：自动控制理论被应用于智能家居系统，如智能照明、温度控制和安全监控，以提供更加舒适、安全和节能的生活环境。
3. 医疗设备：自动控制理论被用于设计各种医疗设备，如呼吸机、透析机和胰岛素泵，以帮助医生和护士更有效地治疗患者。
自动控制理论
自动控制理论
经典控制理论中以传递函数为基础，主要研究单输入，单输出线性定常系统的控制及综合问题
现代控制理论是适应宇航技术发展主要研究具有高性能的多输入，多输出，变参数系统的控制和综合问题自动控制，就是在没有人的直接参与的情况下，利用控制装置是某种设备，工作机械或生产过程。
通常把控制的装置为控制器；把被控制的对象或工作机械称为被控对象；被控对象内要求实现自动控制的物理量称为被控量或系统的输出量；控制器和被控对象的总体，称为自动控制系统。
在控制系统中，把影响系统输出量的外界输入称为系统的输入量。
系统的输入量，通常指两种，即给定输入量和扰动输入量
开环掌控就是指系统中输入端的与输出端的之间不存有意见反馈电路，或者说，系统的输出量不对系统的掌控产生任何促进作用的掌控过程
闭环控制是指系统输出端与输入端之间存在反馈回路，或者说，系统的输出量直接或间接参与了系统的控制作用。
闭环控制实际上就是根据副意见反馈电路原理，按偏差量展开掌控。
系统中无论是内部还是外部扰动引发输出量偏移期望值而产生偏差时，就可以存有适当的掌控促进作用产生回去消解偏差，并使输出量再次恢复正常至期望值上。
复合控制是开环和闭环控制结合的一种控制方式。
实际上，他是闭环控制基础上再引入一条由给定输入信号或扰动作用所构成的顺馈通路。
顺馈通路相当于开环控制。
复合控制通常有两种典型结构，分别称为按输入信号补偿结构和按扰动作补偿结构。
自动控制理论 ___
自动控制理论 ___自动控制理论是一门研究自动化系统行为和设计控制策略的学科，具有广泛的应用领域和重要性。
自动控制理论的研究对象是各种自动化系统，包括机械系统、电气系统、化工系统等。
通过研究自动化系统的动态特性和响应，我们可以设计合适的控制策略来实现系统的稳定性、精确性和优化性能。
自动控制理论不仅在工业领域得到广泛应用，也在生活中各种自动化设备和系统中发挥着重要作用。
例如，自动驾驶汽车、智能家居系统、工业生产自动化线等都依赖于自动控制理论的研究成果。
在本文中，我们将详细介绍自动控制理论的重要性和研究对象，探讨其在实际应用中的意义和挑战。
通过深入理解自动控制理论，我们可以应用合适的控制方法来优化系统的性能，提高工作效率和质量，推动技术的进步和创新。
本文探讨自动控制理论的基本原理和主要概念。
自动控制理论是研究如何通过系统的设计和调整，使得系统能够自动地对外界变化做出相应的调节和控制的一门学科。
它是现代科学技术中的重要部分，被广泛应用于工业、交通、航空、航天等领域。
自动控制理论的核心原理是反馈控制。
通过测量系统的输出，并与预定的输入进行比较，然后根据差异来调整系统的行为，以使系统输出与预期目标保持一致。
这种反馈过程是实现自动控制的关键。
在自动控制理论中，有一些重要的概念需要理解。
首先是系统模型，它描述了系统的动态行为和性能。
系统模型可以是数学方程、图表或仿真模拟等形式。
其次是控制器，它是根据系统模型和目标要求设计的，用于调节系统行为的装置或算法。
还有传感器和执行器，它们分别用于测量系统输出和对系统进行控制。
除了基本原理和概念，自动控制理论还涉及许多方法和技术。
例如，经典控制理论包括比例、积分、微分控制等方法。
现代控制理论则包括状态空间方法、最优控制、自适应控制等方法。
不同的方法适用于不同的系统和控制需求。
总之，自动控制理论是一门重要的学科，它提供了对系统进行智能调节和控制的方法和工具。
通过理解自动控制理论的基本原理和主要概念，我们可以更好地设计和优化系统，提高系统的稳定性和性能。
自动控制理论
一、自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的一个或数个物理量自动的按照预定的规律运行或变化二、自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统三、反馈：把从被控对象输出端获得的信息通过中间环节送回输入端四、开环控制与闭环控制的区别：开环控制是指被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式；闭环被控制量（输出量）与控制作用之间从在这负反馈的控制方式五、控制理论的基础1、经典控制理论是以反馈理论为基础的自动调节原理；2、现代控制理论：以线性代数理论和状态空间分析法为基础；3、大系统理论：a现代频域法：以传递函数矩阵为数学模型b自适应控制理论和方法：以系统辨识和参数估计为基础c鲁棒控制方法：系统在最不利的情况下仍能够稳定工作六、控制系统的分类：1、按输入信号的形式：恒值系统和随动系统2、按组成元件特性：线性系统和非线性系统3、按系统中信号的特征：连续系统和离散系统七、对控制系统的基本要求及含义1、稳定性：系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力2、动态性能：系统在受到扰动的影响或是参考输入发生变化时，被控量会随之发生变化，经过一段时间后，被控制量恢复到原来的平衡状态或到达一个新的给定状态3、稳态性能：稳定的系统在过渡过程结束后，其稳态输出偏离希望值的程度，用稳态误差来度量，这是系统精度的衡量指标八、数学模型的定义：描述系统内部物理量或变量之间关系的数学表达式九、模型的定义：基于对系统的知识所建立的关于系统某一方面属性的描述十、建立模型的两种方法：一是根据系统的运动学或动力学的规律和机理，如机械系统中的牛顿定律、电系统中的克希霍夫定律建立系统的数学表达式，这种模型为机理模型；二是根据系统输入输出数据，通过辨识的方法建立模型，为实验模型。
十一、线性定长系统的传递函数的定义：在零值初始条件下，系统或元件输出拉氏变换与输入拉氏变变换之比。
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阶段一一、判断题（共10道小题，共50.0分）1.时间常数是表征系统惯性的一个重要参数。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:2.惯性环节的传递函数恰与理想微分环节相反，互为倒数。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:3.(错误)凡是输出量对输入量有储存和积累特点的元件一般都含有积分环节。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:B;得分: [0] 试题分值:5.0提示:4.(错误)传递函数是在傅立叶变换基础上引入的描述线性定常系统或元件输入、输出关系的函数。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:B;得分: [0] 试题分值:5.0提示:5.系统的稳定性取决于系统本身固有的特性，而与扰动信号无关。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:6.求取自动控制系统闭环传递函数时，若系统为线性系统，可以应用叠加原理。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:7.(错误)框图又称结构图，它是微分方程的一种图形描述方式。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答[A;] 标准答B;案: 案:得分: [0] 试题分值:5.0提示:8.微分方程和传递函数不存在一一对应的数学关系。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:9.随动系统中输入量的变化完全是随机的。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:10.控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制，相应的控制系统称为开环控制系统。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:11.二、单项选择题（共10道小题，共50.0分）1.对于恒值系统，由于给定量是不变的，常用（）衡量系统的稳态品质。
A.静态误差B.输出误差C.扰动作用下的稳态误差D.扰动作用下的瞬态误差知识点: 阶段作业一学生答案: [C;]标准答案:C;得分: [5] 试题分值:5.0提示:2.反映控制系统的动态性能、动态特征的是（）。
A.稳态分量B.暂态分量C.输入信号D.扰动信号知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:3.系统稳定的充分必要条件是（）A.系统所有的极点分布在平面虚轴的左侧。
B.系统所有的极点分布在平面虚轴的右侧。
C.系统所有的极点分布在平面的虚轴上。
D.系统所有的极点分布在平面的实轴上。
知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:4.下述说法中错误的是（）A.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能。
B.调整时间反映了系统的快速性。
C.稳态误差反映了系统的准确度。
D.振荡次数越多，系统稳定性能越好。
知识点: 阶段作业一学生答案: [D;]标准答案:D;得分: [5] 试题分值:5.0提示:5.(错误)下述描述框图等效变换的选项中，正确的是（）。
A.系统含有的积分个数越多，开环放大倍数越大，系统的稳态性能和稳定性越好。
B.系统含有的积分个数越多，开环放大倍数越大，系统的稳态性能越好、稳定性越差。
C.系统含有的积分个数越少，开环放大倍数越小，系统的稳态性能和稳定性越好。
D.系统含有的积分个数越少，开环放大倍数越小，系统的稳态性能越好、稳定性越差。
知识点: 阶段作业一学生答案: [C;]标准答案:B;得分: [0] 试题分值:5.0提示:6.(错误)传递函数是在（）基础上引入的描述线性定常系统或元件输入、输出关系的函数。
A.拉普拉斯变换B.傅立叶变换C.Z变换D.等效变换知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:A;得分: [0] 试题分值:5.0提示:7.在经典控制理论中，常用的数学模型为（）。
A.微分方程B.传递函数C.系统框图D.A、B、C都是知识点: 阶段作业一学生答案: [D;]标准答案:D;得分: [5] 试题分值:5.0提示:8.(错误)下述描述框图等效变换的选项中，正确的是（）。
A.串联B.并联C.反馈D.顺馈知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:B;得分: [0] 试题分值:5.0提示:9.(错误)下述说法中正确的是（）。
A.比例环节能立即成比例地响应输入量的变化。
B.凡是输出量对输入量有储存和积累特点的元件一般都含有积分环节。
C.理想微分环节的输出量与输入量间的关系恰好与积分环节相反，传递函数互为倒数。
D.惯性环节的传递函数恰与理想微分环节相反，互为倒数。
知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:C;得分: [0] 试题分 5.0值: 提示:10.下述选项中，描述积分环节传递函数的是（）。
A.B.C.D.知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:11.阶段一一、判断题（共10道小题，共50.0分）1.时间常数是表征系统惯性的一个重要参数。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:2.系统的稳态误差由动态误差和静态误差两部分组成。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:3.在经典控制理论中，常用的数学模型为微分方程、传递函数和系统框图。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:4.系统的稳定性取决于系统本身固有的特性，而与扰动信号无关。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:5.振荡次数是指在调整时间内，输出量在稳态值上下摆动的周期数，即调整时间内系统响应曲线穿越稳态值次数的一半。
振荡次数越多，系统稳定性能越好。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:6.描述微分环节传递函数的是。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:7.微分方程和传递函数不存在一一对应的数学关系。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:8.自动控制系统的微分方程、传递函数和系统框图反映了系统的输出量、输入量和内部各种变量间的关系，也反映了系统的内在特性。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:9.反馈控制系统中只能有负反馈。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:10.控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制，相应的控制系统称为开环控制系统。
A.正确B.错误知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:11.二、单项选择题（共10道小题，共50.0分）1.对于恒值系统，由于给定量是不变的，常用（）衡量系统的稳态品质。
A.静态误差B.输出误差C.扰动作用下的稳态误差D.扰动作用下的瞬态误差知识点: 阶段作业一学生答案: [C;]标准答案:C;得分: [5] 试题分 5.0值: 提示:2.反映控制系统的动态性能、动态特征的是（）。
A.稳态分量B.暂态分量C.输入信号D.扰动信号知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:3.系统稳定的充分必要条件是（）A.系统所有的极点分布在平面虚轴的左侧。
B.系统所有的极点分布在平面虚轴的右侧。
C.系统所有的极点分布在平面的虚轴上。
D.系统所有的极点分布在平面的实轴上。
知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:4.下述说法中错误的是（）A.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能。
B.调整时间反映了系统的快速性。
C.稳态误差反映了系统的准确度。
D.振荡次数越多，系统稳定性能越好。
知识点: 阶段作业一学生答案: [D;]标准答案:D;得分: [5] 试题分值:5.0提示:5.下述描述框图等效变换的选项中，正确的是（）。
A.系统含有的积分个数越多，开环放大倍数越大，系统的稳态性能和稳定性越好。
B.系统含有的积分个数越多，开环放大倍数越大，系统的稳态性能越好、稳定性越差。
C.系统含有的积分个数越少，开环放大倍数越小，系统的稳态性能和稳定性越好。
D.系统含有的积分个数越少，开环放大倍数越小，系统的稳态性能越好、稳定性越差。
知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:6.传递函数是在（）基础上引入的描述线性定常系统或元件输入、输出关系的函数。
A.拉普拉斯变换B.傅立叶变换C.Z变换D.等效变换知识点: 阶段作业一学生答案: [A;]标准答案:A;得分: [5] 试题分值:5.0提示:7.在经典控制理论中，常用的数学模型为（）。
A.微分方程B.传递函数C.系统框图D.A、B、C都是知识点: 阶段作业一学生答案: [D;]标准答案:D;得分: [5] 试题分值:5.0提示:8.下述描述框图等效变换的选项中，正确的是（）。
A.串联B.并联C.反馈D.顺馈知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:9.下述说法中正确的是（）。
A.比例环节能立即成比例地响应输入量的变化。
B.凡是输出量对输入量有储存和积累特点的元件一般都含有积分环节。
C.理想微分环节的输出量与输入量间的关系恰好与积分环节相反，传递函数互为倒数。
D.惯性环节的传递函数恰与理想微分环节相反，互为倒数。
知识点: 阶段作业一学生答案: [C;]标准答案:C;得分: [5] 试题分值:5.0提示:10.下述选项中，描述积分环节传递函数的是（）。
A.B.C.D.知识点: 阶段作业一学生答案: [B;]标准答案:B;得分: [5] 试题分值:5.0提示:11.阶段二一、判断题（共10道小题，共50.0分）1.频率特性的图形是描述系统的输入频率从到变化时，频率响应的幅值与频率之间关系的一组曲线。