哈工大控制原理专业课
哈工大自动控制原理课件-第一章
1.1自动控制的基本概念
在这些自动控制系统实例中，尽管它们在 功能与结构上各不相同，但它们都是由控 制装置和被控对象所组成，通常我们称之 为系统。 系统：为达到某一目的，由相互制约的各 个部分按一定规律组合而成，具有一定功 能的整体。 广义而言，系统的概念不仅包含物理系统， 还包括生物学、社会学、经济学各领域的 系统。
1.3 控制系统的类型
4、按系统的输出量和输入量间的关系，自动控 制系统可分为线性系统(Liner System)和非线 性系统(Non Liner System)。 线性系统的特点是： 系统全部由线性元件组成， 它的输出量与输入量间的关系用线性微分方程 来描述。当初始条件为零时，几个输入信号同 时作用在系统上所产生的输出信号，等于各输 入信号单独作用时所产生的输出信号之和。 非线性系统的特点是：系统中存在有非线性元 件，如具有死区、出现饱和、含有库仑摩擦等 非线性特性的元件，它的输出量与输入量间的 关系要用非线性微分方程来描述，不符合叠加 原理。
控制器：对控制对象产生控制作用的装置称为控制器
1.2自动控制系统的组成及原理
来自百度文库
（5）：放大元件：由于偏差信号一般都比较微弱， 需要进行变换放大，使它具有足够的幅值和功率，因 此系统还必须具有放大元件（电压放大及功率放大）。 （6）执行元件（控制元件）：需要根据偏差信号产 生的控制作用，使被控制对象按照控制信号的变化规 律动作，这就要求系统具有执行元件。 电气：步进电机、伺服电机、变频器、电动执行器…… 液压、气动：伺服阀、伺服变量泵……
哈工大自动控制原理设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
课程设计说明书（论文）
课程名称：自动控制原理课程设计
设计题目：随动系统的校正
院系：航天学院
班级：
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：2014.2
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
目录
1、题目要求与分析 (1)
1.1题目要求 (1)
1.2题目分析 (1)
2、人工设计 (1)
2.1未校正系统的根轨迹 (1)
2.2校正环节 (2)
2.2.1 串联迟后校正 (2)
2.2.2 串联迟后--超前校正 (4)
3、计算机辅助设计 (6)
3.1对被控对象仿真 (6)
3.2对校正以后的系统仿真 (7)
3.2.1 串联迟后校正 (7)
3.2.2 串联迟后--超前校正 (8)
3.3对校正后闭环系统仿真 (9)
3.3.1 串联迟后校正 (9)
3.3.2 串联迟后--超前校正 (10)
4、校正装置电路图 (11)
4.1串联装置原理图 (11)
4.2校正环节装置电路 (11)
4.2.1 串联迟后校正校正装置电路 (11)
4.2.2 串联迟后—超前校正装置电路 (13)
5、系统校正前后的nyquist图 (15)
5.1系统校正前的nyquist图 (15)
5.2系统校正后的nyquist图 (15)
5.2.1 串联迟后校正的nyquist图 (15)
5.2.2 迟后—超前校正的nyquist图 (16)
6、设计总结 (16)
7．心得体会 (17)
1、题目要求与分析 1.1题目要求
哈工大控制科学与工程介绍
哈工大控制科学与工程介绍
哈尔滨工业大学控制科学与工程专业是一门综合性强的学科，主
要涉及控制理论和工程、计算机应用、电子技术等学科。它主要以研
究控制系统的基本原理和工程应用为主要内容，涉及了从传感器到执
行机构的电子、机械和软件子系统，因此它既是电子信息、机械制造
和计算机科学等学科的综合体，也是工程技术与实践的重要基础。
控制科学与工程专业的课程主要包括数学、物理、电路基础、信
号与系统、微机原理与接口技术、数字信号处理、电子设计自动化、
计算机程序设计、控制理论及其应用等。学生通过理论学习及工程实践，能够熟悉掌握电机控制、机器人控制、航空航天控制、自动化生
产控制等领域的知识和技术，能够从事控制系统设计、实施和维护等
工作。
此外，该专业要求学生具有较强的数学、物理基础和计算机技术，能够独立思考、分析问题和解决问题，具备创新的能力和综合运用工
程知识的能力，能够适应新技术和新工艺的变化，这些素质都是控制
科学与工程领域人才所需要的。
哈工大控制考研大纲
哈工大控制考研大纲
哈尔滨工业大学控制考研大纲包括以下几个部分：
1. 考试要求：要求考生全面掌握控制原理的基本概念和基础理论，并具有运用基本概念和基础理论分析问题与解决问题的能力。
2. 考试内容：
控制系统的数学描述：包括控制系统的运动方程式、传递函数、方框图及其简化、信号流图、状态空间描述等。
线性连续控制系统的分析：包括线性系统的时域法、根轨迹法、频域法、状态空间法、李雅普诺夫稳定性方法（含非线性情形）等。
线性离散控制系统的分析：包括线性系统的离散化、脉冲传递函数、线性离散控制系统的分析与设计等。
非线性系统的分析：包括相平面法、描述函数法等。
线性连续控制系统的综合：包括PID控制规律、控制系统的校正、线性系统的状态空间综合法等。
3. 试卷结构：考试时间180分钟，满分150分。题型结构包括概念题、计算题、分析（或应用、或推证）题等。
以上信息仅供参考，如需哈尔滨工业大学控制考研大纲的详细内容，建议查阅哈尔滨工业大学研究生招生官网或咨询其招生办老师。
哈工大自动控制原理06自控试题及答案
第1页（共6页）
哈工大 2006 年 春 季学期
自动控制理论 试题
一某单位反馈控制系统开环传递函数为： （12分）
2
()(2)(625)
K
G s s s s s =
+++ 求：1．为使闭环系统稳定，确定K 的取值范围。
2．当K 为何值时，系统出现等幅振荡，并确定等幅振荡的频率。
3．试讨论当200K =、()2r t t =时，?)(=∞ss e
二、 化简下图所示的方块图，并求出其闭环传递函数
)
()
(S R S Y （12分）
三、系统结构图如下： （12分）
求：1、当)(1)(t t r =时，系统的超调量?P σ=，及调节时间?s t =（02.0=∆），
2、当输入信号分别为)(1)(t t r =；()r t t =；21
()2
r t t =时，其()?ss e ∞=
四、系统结构图如下：
（12分）
求：
1）试绘出以T 为变量的根轨迹的大致图形。（如有渐近线；分离点、会合点；出射角、入射角；
与虚轴的交点等问题应计算之）
2）为使系统稳定，T 的取值范围。
3）系统临界稳定时T 的数值，并指出临界稳定时的振荡频率。
第3页（共6页）
技术指标要求：相角稳定裕量：050≥γ；剪切频率：13≥C ω秒-1，=200V K 秒-1，试求?)(=s G C (注：系统的固有特性、校正特性及校正后的特性均应画在给出的对数坐标纸上。)
六、某非线性系统的结构图如下： （8分）
-
)
2)(1(++s s s K
)
(t r )
(t x )
(t y )
(t C k
a
其中：1=a ，1k =；试确定系统处于临界稳定状态时，线性部分的?=K 及振荡频率?=ω (提示：死区非线性的描述函数 1
哈工大控制科学与工程考研科目
1. 数学基础：包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计等。
2. 工程数学：特别是与控制相关的数学方法，如优化方法、偏微分方程等。
3. 基础控制理论：这可能包括离散系统控制、连续系统控制、现代控制理论等。
4. 信号与系统：学习连续时间和离散时间信号处理，线性时不变系统的分析方法等。
5. 数字信号处理：了解数字信号处理的基本理论和方法，以及在控制系统中的应用。
6. 机器人技术：基础机器人学、机器人控制、传感器融合和机器人路径规划等。
7. 先进控制技术：如模糊控制、神经网络控制、自适应控制、预测控制等。
8. 仿真与实验：通过软件仿真和硬件实验了解控制策略的设计和验证方法。
9. 其他相关课程：可能还包括系统工程、人工智能、模式识别、自动化原理等。
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。
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。
10
10101010
10101010固有环节的开环幅频渐进曲线
哈工大自动控制原理PPT课件
热传导
c 温度 室内空气等
y
指令 参考输 r 输入 入元件
热敏电阻
e 控制器
执行 元件
y
测量元件
扰动信号
被控 c 被控制量 对象 输出信号
.
3
开环直流电机调速系统
ia
放
E
大 ur 器
ua i(t)
减速器
ML
负载
iJ
激磁绕组
.
4
闭环直流电 机调速系统
+
放
+ u_r
+ u_
大 器
E
iJ ia
ua i(t)
常见的有：火炮方位、俯仰控制系统；导弹发射架控 制系统；雷达天线控制系统；仿型铣床；记录仪表随动系 统；机器人运动控制系统;硬盘磁头位置控制系统。
定值控制系统（镇定系统）：参考输入信号是常值或较少 变化，要求系统抑制干扰，使被控制量保持不变。
常见的如：稳压电源；恒温系统；湿度控制系统；电机 调速系统；陀螺稳定平台。
激磁绕组
减速器
ML
负载
_
+
_
uf
ucf
测速发电机激磁
.
5
开环控制与闭环控制
参考输入
控制变量
控制
执行
器
元件
扰动量
被控 被控制量 对象
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(
哈工大自动控制原理课件
课程大纲
1. 基础概念 2. 系统建模与分析 3. 控制器设计与实现 4. 系统性能评估
课程资源
教材与参考书
提供课程所需教材和参考书籍。
课程作业和实验
布置具有挑战性的作业和实验项 目。
课程网站和论坛
为学生提供在线学习资源和与同 学交流的平台。
学习成果
知识与技能
通过学习，学生将获得扎实的自动控制原理知识和应用技能。
哈工大自动控制原理课件
本课程提供全面的自动控制原理知识，包括基础概念、系统建模与分析、控 制器设计与实现和系统性能评估等内容。通过探索实践和应用，让学生掌握 知识和技能。
课程介绍
课程目标
了解自动控制原理的基本概念和原理。
重点内容
学习系统建模、控制器设计和系统性能评估的关键要点。
教学方法
采用授课讲解、课堂互动和实验案例分析等多种教学方法。
实践与应用
学生可以将所学知识应用于实际问题的解决和控制系统的设计。
教学方法
1 授课讲解
通过讲解基本概念和原理 来传授知识。
2 课堂互动
3 实验和案例分析
在课堂上进行问答和讨论， 加强学生参与和思考。
通过实验和案例分析加深 学生对知识的理解和应用 能力。
学习策略
1 预习与复习
在课程之前预习和课程之后复习，巩固所学知识。
பைடு நூலகம்
哈工大控制科学与工程考研801控制原理大纲
哈工大控制科学与工程考研801控制原理大纲
一、课程概述（80字）
控制工程是现代科学和技术中的一门重要学科，是利用各种控制方法和技术对各种系统进行调节、稳定和优化的学科。本课程主要介绍经典控制理论的基本概念、分析方法和设计技术，为学生提供掌握控制原理的基础知识和分析能力。
二、教学内容（400字）
（一）经典控制理论
1.控制系统基本概念：信号、系统、控制等；
2.信号与系统分析：时域分析、频域分析；
3.系统建模与传递函数：微分方程、传递函数、状态空间；
4.单输入单输出系统的稳定性分析：根轨迹法、频率响应法；
5.单输入单输出系统的稳定性设计：根轨迹设计、频率响应设计。
（二）现代控制理论
1.状态空间分析与设计：状态空间模型、可观性和可控性分析、极点配置；
2.频率域分析与设计：频率响应函数、束缚角和幅值移相、李阿普诺夫法；
3.综合控制设计：状态反馈、输出反馈、积分控制、鲁棒控制、自适应控制。
（三）应用实例
1.传动系统的控制；
2.运动控制系统的控制；
3.温度控制系统的控制；
4.液压控制系统的控制。
三、教学目标（200字）
通过本课程的学习，要求学生具备以下能力：
1.掌握经典控制理论的基本概念、分析方法和设计技术；
2.熟悉现代控制理论的状态空间分析、频率域分析和综合控制设计方法；
3.能够利用所学的控制原理理论知识进行实际控制系统的建模、分析和设计；
4.具备一定的工程应用能力，能够应用控制原理解决实际问题。
四、教学方法（200字）
本课程采用“理论教学与应用实践相结合”的教学方法，具体包括以下几个方面：
1.理论课讲授：通过授课形式，对控制原理的基本概念、分析方法和设计技术进行讲解；
哈工大《自动控制原理》试题6.doc
哈工大（威海）2007/2008学年春季学期
自动控制原理试题（B）
一、已知系统输入为给，输出为暫，试求下述系统传递函数（10分）
R R ' ------- -------- ----- --------------------
T He c
i ------------------------------------------------------ D
二、试简化下图所示系统方框图求其传递函数（15分）
1)
2)
三、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为
G($) = 3)
$(zv + l)(2$ + l)
在以K为横坐标，万为纵坐标的平面上，试确定系统稳定的区域。(10分)
四、已知系统的传递函数0(5)= —^,试求其在单位阶跃函数作用下的调节时02$ +1间t s (±5%),欲采用图屮引入负反馈的方法，将调节时间减至原來的0.1倍，但总
7(s)
的增益保持不变(仍为1),试选择K a, K h值。(15分)
五、己知某二阶系统的单位阶跃响应为c(r)二1 + 0・2幺"-1.2訂°’
试求：⑴系统传递函数黑
（2）确定系统阻尼比§、无阻尼振荡频率0”。（15分）
六、己知系统方框图如图所示，试试求系统在输入r （z ） = r + |r 2下的稳态误差终 值。（10分）
七、已知最小相位系统的开环对数幅频渐近曲线如图所示，试写出对应的开环传递 函数G （5）
O （10分）
(b) L(w)
50
八、己知单位负反馈系统的开环传递函数为
试求 (1) 系统相角裕度为60°时的K 值；
(2) 系统增益裕度为20dB 时的K 值。(15分)
哈工大自动控制原理课件-第二章
增量，方程为一个线性增量方程。它是将非线性函数在预定工作 点邻域进行线性化所使用的基本关系式。分析控制系统中的非线 性特性时大都是根据小偏差线性化的概念进行的。
2.1.2 非线性运动方程的线性化
几何意义：以过平衡点（工作点）的切线代替工作点附近 的曲线 y
y0＋y y0 A x y＝f (x) y
第2章 控制系统的数学模型
许多表面上完全不同的系统(如机械系统、电 气系统、液压系统和经济学系统等)却可能具 有完全相同的数学模型
数学模型表达了这些系统的共性，所以数学 模型表达了具有这类数学模型的各种各样系 统的持点 数学模型建立以后，研究系统主要是以数学 模型为基础，分析并综合系统的各项性能， 而不再涉及实际系统的物理性质和具体特点。
2.1 控制系统的运动方程
一般说来，列写系统运动方程的步骤是：
1、分析系统的工作原理和系统中各变量间的关系，确定出 待研究系统的输入量和输出量。
2、根据支配系统动态特性的定律，一般从系统的输入端开 始，依次列写组成系统各元件的运动方程式。在列写元件运 动方程式时，即要考虑相邻元件间的彼此影响，即所谓负载 效应问题。
3、在由组成系统的各元件的运动方程式构成的方程组中， 消去中间变量。求取描述输入量和输出量间函数关系的方程 式，并将该方程式化成标谁形式。所谓标准形式是指在方程 式中将与输入量有关各项放在方程的右边，而与输出量有关 的各项放在方程左边，各导数项按降幂排列，将方程中的系 数通过系统的参数化成具有一定物理意义的系数的一种表示 形式。
哈工程控制科学与工程专业课平均分
哈工程控制科学与工程专业课平均分
【实用版】
目录
1.哈工程控制科学与工程专业课平均分简介
2.哈工程控制科学与工程专业课平均分的计算方法
3.哈工程控制科学与工程专业课平均分的重要性
4.哈工程控制科学与工程专业课平均分的趋势分析
正文
一、哈工程控制科学与工程专业课平均分简介
哈工程控制科学与工程专业课平均分是指哈尔滨工程大学的控制科学与工程专业学生在各门课程中的平均分数。这个数据对于了解学生的学术表现、教学质量以及专业发展趋势具有重要意义。
二、哈工程控制科学与工程专业课平均分的计算方法
哈工程控制科学与工程专业课平均分的计算方法是将学生在各门课程中的分数相加，然后除以课程总数。这种计算方法可以较为直观地反映学生的整体学术表现。
三、哈工程控制科学与工程专业课平均分的重要性
哈工程控制科学与工程专业课平均分是衡量学生学术表现的重要指标，它可以帮助学生了解自己的学术水平，找到自己的优势和劣势，同时也可以帮助教师了解教学效果，调整教学方法。此外，它也是衡量专业教学质量的重要指标，对于提高专业教学质量具有重要作用。
四、哈工程控制科学与工程专业课平均分的趋势分析
通过对哈工程控制科学与工程专业课平均分的趋势分析，可以发现学生的学术表现和教学质量的变化趋势。例如，如果平均分逐年上升，说明
学生的学术表现和教学质量都在不断提高；如果平均分逐年下降，说明学生的学术表现和教学质量都在下滑。
哈工大自动控制原理_第2章_5
该信号流图含有每三个互不接触的回路增益乘积：
L1 L2 L7 = −G2G4G6G8 H1 H 2 H 3
根据 ∆ 及
∆ k 的定义， 得信号流图的特征式为：
∆ = 1 − ( L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 ) + ( L1 L2 + L1 L7 + L2 L7 ) − L1 L2 L7
43
= 1 + G4 H1 + G6 H 2 + G2G3G4G5G6 H 3 +G2G3G4G9G6 H 3 + G7G4G5G6 H 3 + G7G4G9G6 H 3 +G2G8 H 3 + G4G6 H1 H 2 + G2G4G8 H1 H 3 + G2G6G8 H 2 H 3 +G2G4G6G8 H1 H 2 H 3
2.4 控制系统的信号流图
信号流图是系统中各变量间相互关系以及信号 传递过程的一种图解方法。 信号流图由支路和节点组成。 节点 支路 代表变量，用小圆圈表示。 代表信号流向，用箭头表示。 在支路上标出增益，即传递函数。 信号流图也是代数方程组的图形化表示。
1
信号流图可以根据代数方程组来建立。
信号流图也可以根据方框图来建立。
G2