自控原理2007
《自动控制原理》课程主要参考教材
《自动控制原理》课程主要参考教材自动控制原理(第四版)【作者】胡寿松【出版社】科学出版社【出版时间】2001.2【内容简介】本书系《自动控制原理》一书的第四版，比较全面地阐述了自动控制的基本理论与应用。
全书共分十章，前八章着重介绍经典控制理论及应用，后两章介绍现代控制理论中的线性系统理论和最优控制理论。
本书精选了第三版中的主要内容，加强了对基本理论及其应用的阐述。
书中深入浅出地介绍了自动控制的基本概念，控制系统在时域和复域中的数学模型及其结构图和信号流图；比较全面地阐述了线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计等方法；对线性离散系统的基础理论、数学模型、稳定性及稳态误差、动态性能分析以及数字校正等问题，进行了比较详细的讨论；在非线性控制系统分析方面，给出了相平面和描述函数两种常用的分析方法，对目前应用日益增多的非线性控制的逆系统方法也作了较为详细的介绍；最后两章根据高新技术发展的需要系统地阐述了线性系统的状态空间分析与综合，以及动态系统的最优控制等方法。
书末给出的两个附录，可供读者在学习本书的过程中查询之用。
本书1985年被评为航空工业部优秀教材，1988年被评为全国优秀教材，1997年被评为国家级教学成果二等奖，同年被批准列为国家“九五”重点教材。
本书可作为高等工业院校自动控制、工业自动化、电气自动化、仪表及测试、机械、动力、冶金等专业的教科书，亦可供从事自动控制类的各专业工程技术人员自学参考。
自动控制原理(第五版)【作者】胡寿松【出版社】科学出版社【出版时间】2007.6【内容简介】《自动控制原理》(第5版)精选了第四版中的主要内容，加强了对基本理论及其工程应用的阐述。
书中深入浅出地介绍了自动控制的基本概念，控制系统在时域和复域中的数学模型及其结构图和信号流图；比较全面地阐述了线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正和设计等方法；对线性离散系统的基础理论、数学模型、稳定性及稳态误差、动态性能分析以及数字校正等问题，进行了比较详细的讨论；在非线性控制系统分析方面，给出了相平面和描述函数两种常用的分析方法，对目前应用日益增多的非线性控制的逆系统方法也作了较为详细的介绍；最后两章根据高新技术发展的需要，系统地阐述了线性系统的状态空间分析与综合，以及动态系统的最优控制等方法。
自控原理 第一章概述
05
自动控制系统的频
域分析法
频域分析法的定义与步骤
定义：频域分析法是 研究控制系统的一种 经典方法，通过在频 率域内对系统进行分 析和设计，可以揭示 系统的动态性能和稳 定性。
步骤
建立系统的频率特性 模型，通常是通过传 递函数或频率响应函 数来表示。
利用图形化工具（如 Bode图、Nyquist图 等）对频率特性进行 分析，以评估系统的 性能。
按给定信号分类
恒值控制系统、随动控制系统 、程序控制系统。
按系统参数分类
线性控制系统、非线性控制系 统。
按系统特性分类
连续控制系统、离散控制系统 。
自动控制系统的性能指标
01
02
03
稳定性
系统受到扰动后，其输出 能够自动地返回原来的平 衡状态或趋近于新的平衡 状态的能力。
快速性
系统受到扰动后，其输出 量从原来的平衡状态过渡 到新的平衡状态所需的时 间。
劳斯判据及其应用
劳斯判据
劳斯判据是一种代数判据，用于判断线性定常系统的稳定性。它通过计算系统特征方程的劳斯表，根据劳斯表的 性质来判断系统的稳定性。
劳斯判据的应用
劳斯判据适用于线性定常系统，特别是高阶系统的稳定性分析。通过劳斯判据，可以判断系统是否稳定，以及不 稳定系统的不稳定根的数量和位置。
奈奎斯特判据及其应用
人为地给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型去逼近，也称为系统辨识。
传递函数及其性质
• 传递函数的定义：线性定常系统在零初始条件下 ，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变 换之比。
传递函数及其性质
传递函数的性质 只适用于线性定常系统，对非线性系统、时变系统则不适用。
07自控原理12
其中, 系数a、b 可以是常数, 也可以是时变系数；r(t) 表示输入 ;c(t) 表示输出。 9
线性系统也可细分成两类： 1）系统微分(或差分)方程的系数均为常数,称为线性定常 系统。 定常特性：系统的响应曲线形状, 只取决于具体的输入, 而与输入的时间起点无关。 2）微分(或差分)方程的系数有时间的函数,则称为线性时 变系统. 至少有一个系统组成元件静特性是斜率随时间变化的直线 。
1.系统分析 (1) 建立系统的数学模型。 (2) 分析系统的性能, 计算三大性能指标是否满足要求 (3) 分析参数变化对上述性能指标的影响,决定如何合理 地选取。
20
2. 系统的设计
步骤如下 :
(1)根据要求的性能指标,综合出系统应有的数学模型。
(2)根据已知的被控对象,求出对象的数学模型, 并画出系 统结构图. (3)按结构图与数学模型关系, 根据己知部分和系统应有 的数学模型,求出控制器的数学模型和控制规律。 (4)各部分结构确定后, 按己定结构求出系统数学模型, 进行性能分析, 验证它在各种信号作用下是否满足要求, 以便修正。 (5)结构参数最终确定后, 可进行实验仿真, 若效果理想 即可制作样机。
图1-11典型的自动控制系统方框图 由被控量通过反馈元件所产生的信号, 它是被控量的函数
5
由系 1.2.3 反馈控制系统的组成和术语
是希望 也称校正元件或控制 典型的自动控制系统一般都是由参考输入元件、比较元件、控 的响应 器、调节器.由于作 也称希望的响 制元件、执行元件、被控对象以及反馈元件六个基本单元组成 值(理 用误差往往十分微弱 应值, 它是理 .每个基本单元都用一个方块表示, 信号传递方向用箭头表示, 想输出 , 一般需要进行幅值 想化系统所产 传递方向都是单向不可逆的, 指向方块的箭头表示输入信号 )与被 和功率的放大, 并将 生的理想响应 离开方块的箭头表示输出信号 控量之 它转换成适于执行机 差 . 构工作的信号; 另外 cr(t) (t) + 理想化系统 由于对系统性能的要 控制元件的输出作用到执行元件, 系统 参 求, 需对作用误差信 执行元件再直接作用于被控对象, 考 比较输入 误差 号进行运算处理.在 输 使被控对象随参考输入而变化如阀 入 一般的控制系统中, r(t) 偏差 控制 门、伺服电动机等 执行 参考输 控制器常采用 PID + 被控对象 c(t) 元件 入元件 b(t) e(t) 元件 控制器 被 指系统中被控制的设备或过程, 主 控 反 它能完成特定的动作或生产任务 量 反馈元件
07自动控制原理 课件 河北大学王霞讲解
Mason 公式（4）
例 4 求传递函数 C(s)/R(s)
G (s ) P
求C(s)/R(s)
G (s ) P
k 1 k
1
n
k
1 [ H1 G1 G2 G1G2 G3 G3 ] G3 H 1
f
c
e
L L L k
— 互不接触回路中，每次取其中三个的回路增益乘积之和 — 第k条前向通路的余子式(把与第k条前向通路接触的回 路去除，剩余回路构成的子特征式
Mason 公式（1）
例 1 求传递函数 C(s)/R(s)
1 n G(s) Pk Δ k Δ k 1
控制系统结构图
例1
求C(s)/R(s)
控制系统的传递函数
3. 干扰 n(t) 作用下的闭环传递函数
n ( s)
G2 ( s ) C ( s) N ( s ) 1 G1 ( s )G2 ( s ) H ( s )
en ( s )
G2 ( s ) H ( s ) E ( s) N ( s ) 1 G1 ( s )G 2 ( s ) H ( s )
信号流图
源节点 阱节点 混合节点 支路 支路增益 前向通路 回路 互不接触回路
结构图
输入信号 输出信号 比较点，引出点 环节 环节传递函数
（1）信号流图 结构图
控制系统结构图
信号流图与结构图的转换（2）
控制系统结构图
（2）结构图 信号流图
系统信号流图
§2.5.2 梅逊（Mason）增益公式
k 1 k
1
n
k
王划一自动控制原理1-1绪论-文档资料
生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现
了。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例
中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面
高度h）维持在某种特定的标准上。
这人种工人控为制的例流入子。
地强制性地改
变进水量，而 使液面高度维
水箱
持恒定的过程，
h
即是人工控制
流出
过程。 8
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件
般用r(t)和c(t)表示。
c(t)
r(t)
0
t
0
t
29
2.离散系统
控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码 时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一 般用差分方程来描述。实际物理系统中，信息的表现 形式为离散信号的并不多见，往往是控制上的需要， 人为地将连续信号离散化，我们称其为采样。
c(t)
人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系 统。比如，人可以用手拿到放在桌上的书等物，体现 了闭环控制的原理。
直流电动机转速闭环控制的例子。 19
电动机
负载
电 位 器
功率 放大器
M
给定 位置
F 测速发动机
负载 扰动
电位器 ur +- e
uf
功率 ua 放大器
转速 电动机
测速发动机 20
闭环控制的特点： ① 控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏 差信号，由偏差产生对系统被控量的控制； ② 系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差 信号，即影响控制作用的大小。这种自成循环的控制作用， 使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，称为闭环。 ③ 提高了控制精度。 闭环控制系统的典型方框图如图所示。
自控原理第1、第2章
第一章自动控制系统概念【教学目的】1了解自动控制系统的工作原理、分类和特点。
2．掌握负反馈在自动控制系统中的作用。
3．掌握自动控制系统的组成和各部分的作用。
4．根据工作原理图，确定控制系统的被控对象、控制量和被控制量正确画出系统的方框图。
5．了解对控制系统的要求。
【教学重点】1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用。
2 典型闭环系统的功能框图。
【教学难点】由系统的物理结构图或工作原理示意图绘出系统元件框图。
【教学方法及手段】通过课堂授课讲解几个典型例题使学生对概念能够理解，建立负反馈概念，并举一些生活例子来说明。
【课外作业】系统分析例题，完成课后习题1-1，1-4。
【学时分配】2课时。
【教学内容】第一节一些重要的概念与名词自动控制在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。
自动控制系统由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。
被控制量在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。
控制量作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
扰动量干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。
反馈通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。
反送到输入端的信号称为反馈信号。
负反馈反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
负反馈控制原理检测偏差用以消除偏差。
将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。
然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。
开环控制系统系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。
开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
(l)无扰动补偿开环控制原理方框图如图1．1(a)所示。
信号由控制信号到被控制信号单向传递，对扰动引起的误差无补偿作用。
这种方式结构简单，适用于结构参数稳定、扰动信号较弱的场合。
自控原理_课件
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
11
自动控制系统
自动控制系统 :被控对象和自动控制装置按照一定 方式连接起来,完成一定控制任务得总体(能够对被 控对象得工作状态实现自动控制得系统)
控制系统得组成
被控对象
No Image
控制系统
控制装置
测量元件 比较元件
放大元件 执行元件 校正装置 给定元件
控制系统得组成 被控对象:在自动化领域,被控制得装置、物理 系统或过程(室内空气) 。
控制器:对控制对象产生控制作用得装置称为 控制器,有时也称为控制元件、调节器等(放大 器) 。
执行元件:直接改变被控变量得元件称为执行 元件(空调器) 。
No Image
➢温度偏差信号经电压、功率放大后,用以驱动执行电动机, 并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时,动触 头向减小电流得方向运动,反之加大电流,直到温度达到给 定值为止,此时,偏差u=0,电机停止转动。
[实质] 检测偏差 纠正偏差
No Image
No Image
系统原理方框图
控制系统得工作原理
控制装置:对被控对象起控制作用得设备得总体 被控对象:需要控制得设备或生产过程
自动控制系统= 控制装置+被控对象 测量元件
控制器
执行元件
自动控制系统得方框图
➢ 方框图可直观得表达控制系统得组成及信
号之间得传递关系
出水量
水位给定值 ＋
偏差
控制器
进水量
进水调节阀
水池
水位实际值
自控原理
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。
20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。
他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。
目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
同时自动控制原理也是现在高校自动化专业的一门主干课程，是学习后续专业课的重要基础，也是自动化专业硕士研究生入学必考的专业课。
该课不仅是自动控制专业的基础理论课，也是其他专业的基础理论课，目前信息科学与工程学院开设本课程的专业有计算机、电子信息、检测技术。
该课程不仅跟踪国际一流大学有关课程内容与体系，而且根据科研与学术的发展不断更新课程内容，从而提高自动化及相关专业的整体学术水平。
《自动控制原理》
《自动控制原理》教学大纲一、课程基本信息：1、课程英文名称：Principles of Automatic Control2、课程类别：技术基础课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《信号与系统》、《复变函数与积分变换》等6、适用专业：测控技术与仪器7、大纲执笔：自动化教研室罗敏8、大纲审批：电子信息工程学院学术委员会9、制定(修订)时间：2007年10月二、课程的目的与任务：随着生产和科学技术的发展，自动控制技术在国民经济和国防建设中所起的作用越来越大。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大的提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，并且在人类探索新能源，发展空间技术和改善人民物质生活都起着极为重要的作用。
自动控制原理是电子信息类专业的技术基础课（专业基础平台课），是必修课，是以原理为主的理论性课程；主要讲述自动控制原理与控制系统设计、实验等内容。
根据自动控制技术发展的不同阶段，自动控制原来可分为古典控制理论和现代控制理论两大部分。
本课程主要介绍古典控制理论，其主要内容是以传递函数为基础，研究单输入单输出自动控制系统的分析和设计问题。
这些理论研究较早，现在已经比较成熟，并且在工程实践中得到了广泛的应用。
主要目的是培养学生掌握经典控制论中线性定常连续、单输入单输出闭环控制系统的工作原理、分析和综合，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力，使学生对系统的认识上升到更高的层次。
三、课程的基本要求：本课程是电子信息类专业重要的技术基础课。
要求在理解有关自动控制系统的基本概念、建立控制系统数学模型的基础上，掌握并灵活运用时域法、根轨迹法和频率法进行系统分析的思路和方法，基本明确三种方法各自的特点及其内在联系。
基本掌握运用频率法进行串联校正设计的能力。
通过对离散系统的学习，掌握离散控制系统的特点，理解脉冲传递函数和系统稳定性分析等知识。
自控原理
1、自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备、或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
2、扰动破坏系统输入量和输出量的规律和信号。
3、自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体，这就是自动控制系统。
4、反馈及负反馈通常我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，成为反馈。
若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈。
5、自动控制系统基本控制方式反馈控制方式、开环控制方式、复合控制方式。
6、反馈控制是自动控制系统最基本的控制方式，也是应用最广泛的一种控制方式。
除此之外，还有开环控制方式和复合控制方式，他们都有各自的特点和不同的使用场合，近几十年来，以现代数学为基础，引入电子计算机的新的控制方式也有了很大发展，如最优控制、自适应控制、模糊控制等。
7、开环控制方式是指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，按这种方式组成的系统称为开环控制系统。
9、按扰动控制方式在技术上较按偏差控制方式简单，但它只适用于扰动是可测量的场合，而且一个补偿装置只能补偿一种扰动因素，对其余扰动均不起补偿作用。
10、自动控制系统有多种分类方法按控制方式可分为开环控制、反馈控制、复合控制等；按元件类型可分为机械系统、电器系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等；按系统功用可分为温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等；按系统特性可分为线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统等；按输入量变化规律可分为恒值控制系统、随动系统和程序控制系统等。
为了全面反应自动控制系统的特点，常常将上述各种分类方法组合应用。
11、离散系统是指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，因而信号在时间上是离散的，连续信号经过采样开关的采样就可以转换成离散信号。
自控原理习题答案(全)
普通高等教育“十一五”国家级规划教材全国高等专科教育自动化类专业规划教材《自动控制原理》习题答案主编：陈铁牛机械工业出版社1-11-21-3闭环控制系统主要由被控对象，给定装置，比较、放大装置，执行装置，测量和变送装置，校正装置等组成。
被控对象：指要进行控制的设备和过程。
给定装置：设定与被控量相对应给定量的装置。
比较、放大装置：对给定量与测量值进行运算，并将偏差量进行放大的装置。
执行装置：直接作用于控制对象的传动装置和调节机构。
测量和变送装置：检测被控量并进行转换用以和给定量比较的装置。
校正装置：用以改善原系统控制性能的装置。
题1-4答：（图略）题1-5答：该系统是随动系统。
（图略）题1-6答：（图略）题2-1 解：（1）F(s)=12s 1+-Ts T（2）F(s)=0.5)421(2+-s s（3）F(s)=428+⋅s es sπ（4）F(s)=25)1(12+++s s（5）F(s)=32412ss s ++ 题2-2 解：(1) f(t)=1+cost+5sint (2) f(t)=e -4t(cost-4sint)(3) f(t)=t t t te e e 101091811811----- (4) f(t)= -tt t te e e ----+-3118195214(5) f(t)= -tt e e t 4181312123--+++题2-3 解：a)dtdu u C R dt du R R c c r 22111=++）（ b)r c c u CR dt du R R u C R dt du R R 1r 12112111+=++）（ c) r r r c c c u dtdu C R C R dtu d C C R R u dtdu C R C R C R dtu d C C R R +++=++++）（）（1211222121122111222121 题2-4 解：a) G(s)=1)(212++s T T sT (T 1=R 1C, T 2=R 2C )b) G(s)=1)(1212+++s T T s T (T 1=R 1C, T 2=R 2C )c) G(s)= 1)(1)(32122131221+++++++s T T T s T T s T T s T T (T 1=R 1C 1, T 2=R 1C 2, T 3=R 2C 1, T 4=R 2C 2 )题2-5 解：(图略)题2-6 解：33)(+=Φs s 题2-7 解：a) ksf ms s +-=Φ21)(b) )()()(1))(1)(()(21221s G s G s G s G s G s +++=Φc) )()(1)())()(()(31321s G s G s G s G s G s ++=Φd) )()()()(1))()()(323121s G s G s G s G s G s G s -+-=Φe) G(s)=[G 1(s)- G 2(s)]G 3(s)f) )()()()()()()()()()(1)()()()()(43213243214321s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s +-++=Φg) )()()()()()()()(1)()()()(43213212321s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s -+-=Φ题2-8 解：102310)1()()(k k s s T Ts k k s R s C ⋅++++⋅=1023101)1()()(k k s s T Ts k k s N s C ⋅++++⋅=1023102)1()()(k k s s T Ts s T k k s N s C ⋅++++⋅⋅⋅= 题2-9 解：)()()()(1)()()(4321111s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()(4321222s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()()()(432142121s G s G s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()(4321412s G s G s G s G s G s R s C += 题2-10 解：(1)3212321)()(k k k s k k k s R s C +=3212032143)()()(k k k s s G k k k s k k s N s C +⋅+= (2) 2140)(k k sk s G ⋅-= 题2-11 解：122212211111)()1()()(z z s T s T T C s T T s T k k s s m m d e L ⋅++⋅+++⋅=ΘΘ (T 1=R 1C, T 2=R 2C, T d =L a /R a , T m =GD 2R a /375C e C m )第三章 习题答案3-1． s T 15=（取5%误差带） 3-2． 1.0=H K K=2 3-3．当系统参数为：2.0=ξ，15-=s n ω时，指标计算为：%7.52%222.0114.32.01===-⨯---e eξξπσs t ns 352.033=⨯==ξωs t n p 641.02.01514.3122=-⨯=-=ξωπ当系统参数为：0.1=ξ，15-=s n ω时，系统为临界阻尼状态，系统无超调，此时有：st ns 95.057.10.145.67.145.6=-⨯=-=ωξ3-4．当110-=s K 时，代入上式得：110-=s n ω，5.0=ξ，此时的性能指标为：%3.16%225.0114.35.01===-⨯---e eξξπσs t ns 6.0105.033=⨯==ξωs t n p 36.05.011014.3122=-⨯=-=ξωπ当120-=s K 时，代入上式得：11.14-=s n ω，35.0=ξ，此时的性能指标为：%5.30%2235.0114.335.01===-⨯---e eξξπσs t ns 6.01.1435.033=⨯==ξω由本题计算的结果可知：当系统的开环放大倍数增大时，其阻尼比减小，系统相对稳定性变差，系统峰值时间变短，超调量增大，响应变快，但由于振荡加剧，调节时间不一定短，本题中的调节时间一样大。
自控原理课件第1章自动控制系统概
目录
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的工作原理 • 自动控制系统的性能指标 • 自动控制系统的应用领域 • 自动控制系统的发展趋势和挑战
01
自动控制系统概述
自动控制系统的定义
总结词
自动控制系统是一种无需人为干预，能够自动调节、检测、控制和决策的装置 或系统。
模块化
为了提高系统的可维护性和可扩展性，自动控制 系统正朝着模块化方向发展，将系统划分为若干 个独立的模块，每个模块具有特定的功能和接口 ，便于系统的升级和扩展。
网络化
物联网和云计算技术的广泛应用，使得自动控制 系统逐渐实现网络化，系统之间可以相互连接和 通信，实现信息共享和协同工作。
绿色环保
随着环保意识的提高，自动控制系统正朝着绿色 环保方向发展，采用节能技术和环保材料，降低 系统运行过程中的能耗和排放，减少对环境的影 响。
闭环控制系统
闭环控制系统的定义
闭环控制系统是一种通过反馈机制来调节和控制系统的输出，使 输出能够跟踪输入的变化的控制系统。
闭环控制系统的特点
闭环控制系统具有较高的控制精度和抗干扰能力，能够快速响应外 部干扰和变化。
闭环控制系统的应用场景
闭环控制系统广泛应用于各种工业控制、航空航天、机器人等领域 。
自动化控制系统应用于精准农业，实现农田的智能化管理、节水 灌溉等功能。
农业机器人
自动化控制系统在农业机器人中的应用，提高了农业生产效率和 农产品质量。
温室环境控制
通过自动化控制系统，实现对温室环境的自动调节和控制，确保 作物的生长环境适宜。
05
自动控制系统的发展趋势和挑战
发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，自动 控制系统正朝着智能化方向发展，能够自主地学 习和适应环境变化，提高系统的性能和效率。
自控原理
自控原理：1、自控原理的精髓概括：负反馈。
2、自控原理的任务：在没有人直接参与情况下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于期望值。
3、传递函数的概念：对线性定常系统，在零初试条件下，系统的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换的比。
4、一、二阶系统的参数与含义：一阶系统参数T，时间常数，表征系统惯性；二阶系统参数固有频率和阻尼比，阻尼比影响超调量，固有频率影响振荡频率，最佳阻尼比为0.707。
5、稳态误差的计算方法：终值定理。
6、根轨迹的含义：开环传递函数中某个参数从零变到无穷时，闭环特征根在s 平面上移动的轨迹。
可用于求解系统稳定的参数范围。
7、系统稳定要求：所有特征根均具有负实部。
系统快速性好要求：特征根远离虚轴。
系统平稳性好要求：特征根与负实轴成正负45度夹角附近。
8、什么是系统的频率特性：在正弦输入下，线性定常模型输出的稳态分量与输入的复数比。
9、评价一个系统常用的时域和频域指标：时域指标主要针对的是阶跃响应，包括超调量、调节时间、上升时间、稳态误差（开环增益影响稳态误差）。
频域指标主要针对开环频率特性，包括截止频率、相稳定裕度、模稳定裕度。
10、列举几种校正方式：串联校正（包括超前校正、滞后校正）、反馈校正、前置校正等。
11、非线性系统的两种分析方法：相平面法和描述函数法。
12、现代控制理论的重要分析方法是什么，它与经典的传递函数分析方法有什么优势：状态空间分析方法。
传递函数只能描述单输入单输出系统，且为零初始条件，状态空间发同样适用于多输入多输出系统，而且初始状态可以不为0。
13、同一个系统，如果状态变量选择不同，状态方程也会不同。
通过可逆线性变换可以将系统的状态方程改变形式，但系统没变，系统的特征方程和特征根也没变，传递函数阵也没变，只是表达形式上变了。
14、可控与可观的概念：可控性就是回答“系统的状态能否控制”，可观性就是回答“状态的变化能否由输出反映出来”。
具体定义为：一线性定常系统，若存在某输入u能在一个有限的时间t，使系统的状态由任一初态x0转移到另一任意状态x1，则称此系统可控；若在有限时间内，根据输出值y和输入值u，能够确定系统的初始状态x0的每一个分量，则称此系统可观。
浙江大学自动控制原理2007-2009年真题精讲及答题技巧
浙江大学自动控制原理2007-2009年真题精讲及答题技巧历年试题精讲及答题技巧通过真题的学习和掌握，可以帮助学生把握考试重点。
每年的考点在历年试题中几乎都有重复率，因此，通过对历年真题的把握，可以掌握今年考试的重点。
另外，可以通过对历年真题的学习，把握出题者的思路及方法。
每种考试都有自己的一种固定的模式和结构，而这种模式和结构很难用语言来表述。
而通过认真揣摩历年真题，可以找到这种感觉。
因此，第三部分就真题进行详细的剖析，以便考生掌握命题规律、知悉命题的重点、难点、高频考点，帮助考生迅速搭建该学科考试的侧重点和命题规则。
4.1 真题剖析4.1.1 2007年真题【点评】本年份真题包括以下两种题型：判断题，总计10分；计算题，总计140分；和往年考试题目对比，题型变化很小，其中，题型变化最大的是判断题的出现。
【题目】1【解题】【分析】本题考查控制系统的微分方程描述、以及传递函数的转化。
要求大家会分析常用的物理规律和化学规律以及拉氏变换。
一般常用的模型为电路模型、弹簧模型以及转动模型等。
对于三种模型书上均有例题，大家应仔细理解。
本题考查转动模型，比较少见，要求掌握利用转矩方程构造微分方程。
【题目】2求系统输出y(s)的表达式。
【解题】移动点相加，N2(s)前移，N3(s)前移越过H1、G1得：【分析】本题考查通过结构图的变换列写传递函数。
要求大家掌握书中提供的常用的结构图简化的规则，会进行结构图的等效变换，特别是前移后移的等效变换。
关键点即遵循等效原则。
本题涉及到4个输入，等效变换后还要利用叠加定理。
【题目】3单位负反馈系统的开环传递函数其中K>0, T>0。
试求：（1）闭环系统稳定，K和T应满足的条件；在K-T直角坐标系中画出该系统稳定的区域。
（2）若闭环系统处于临界稳定，且振动频率w=1rad/s。
求K和T的值。
（3）若系统的输入为单位阶跃，分析闭环系统的稳态误差。
解：（1）系统的特征方程为：Routh判据得，系统稳定：由K-T描点，得到曲线：【分析】本题主要考察线性系统稳定性的分析及稳态误差的计算。
自控原理课件ppt
目录
• 自控原理概述 • 自动控制系统类型 • 自动控制系统的性能指标 • 自动控制系统设计 • 自动控制系统实例
01
自控原理概述
定义与特点
定义
自控原理是研究如何通过自动控制系统实现特定目标的一门学科。它涉及控制 系统的设计、分析和优化，以实现系统的稳定、准确和高效运行。
特点
自控原理具有广泛的应用领域，包括工业自动化、航空航天、交通运输、能源 管理等领域。它强调系统的闭环控制，通过反馈机制来不断调整系统状态，以 达到预期的控制效果。
作。
系统优化
03
根据实际运行情况，对系统进行优化，提高系统性能和稳定性
。
05
自动控制系统实例
温度控制系统
总结词
通过温度传感器检测温度，控制器根据设定值与实际值的偏 差来调节加热或制冷装置，以控制温度维持在设定范围内。
详细描述
温度控制系统广泛应用于工业、家庭和科学实验等领域，如 恒温箱、空调系统等。通过合理选择传感器、控制器和执行 器，能够实现对温度的精确控制，提高生产效率和保证产品 质量。
自控原理的应用领域
工业自动化
航空航天
在制造业中，自控原理被广泛应用于生产 线的控制、机器人的运动控制等，以提高 生产效率和产品质量。
在飞行器控制中，自控原理用于实现飞行 姿态的稳定、导航控制等，以确保飞行的 安全和准确。
交通运输
能源管理
在智能交通系统中，自控原理用于实现车 辆的自动驾驶、交通信号灯的控制等，以 提高交通效率和安全性。
02
自动控制系统类型
开环控制系统
开环控制系统是指系统中各个环 节之间没有反馈，系统的输入直
接决定了输出。
开环控制系统的结构相对简单， 控制精度一般较低，抗干扰能力
自控原理资料
自控原理
自控原理是指在一个系统中，通过设定目标、监测实际状况，然后通过反馈来对系统进行调整，以使系统能够自我调节、自我控制的一种原理。
自控原理被广泛运用于许多领域，如工程控制系统、生态系统、经济系统等。
自控原理在工程控制系统中的应用
在工程控制系统中，自控原理起着至关重要的作用。
工程控制系统是指通过传感器获取系统的状态信息，然后通过执行器对系统进行控制，以实现系统的预期目标。
自控原理在工程控制系统中的应用可以帮助系统实现自动化控制，提高系统的稳定性和效率。
自控原理在生态系统中的应用
生态系统是一个复杂的系统，包括了许多生物和非生物组成部分。
在生态系统中，自控原理可以帮助系统自我调节，保持生态平衡。
例如，生物通过自觉的选择食物和生存环境，以维持生态系统的稳定性。
同时，自控原理也可以帮助人类更好地保护和管理生态系统，以实现人与自然的和谐共生。
自控原理在经济系统中的应用
在经济系统中，自控原理可以帮助企业实现自我调节和自我控制。
通过设定目标、监测市场状况，企业可以及时调整经营策略，提高竞争力。
同时，政府也可以通过自控原理来制定经济政策，以促进经济的稳定增长。
综上所述，自控原理作为一种普遍适用的原理，可以帮助系统实现自我调节、自我控制，提高系统的稳定性和效率。
通过深入理解和运用自控原理，我们可以更好地管理和优化各种系统，实现系统的良性发展。
自动控制原理第七版解析
自动控制原理第七版解析引言自动控制原理是现代工程领域中的一门重要学科，它研究如何利用现代科学技术手段来设计和实现自动控制系统，以便达到稳定、高效地控制和调节各种工业过程的目的。
自动控制原理第七版是一本经典的教材，在本文中，我们将对该书进行全面、详细和深入的解析。
概述自动控制原理第七版由高继宏教授编著，是中国工程院院士高继宏教授在多年教学和研究的基础上总结出来的经验和心得。
该书系统地介绍了自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法，同时也包括了一些前沿领域和应用案例的介绍。
自动控制原理的基本概念自动控制原理第七版首先介绍了自动控制的基本概念，包括控制系统的组成、控制对象的数学模型、控制信号的产生和传输等。
通过对这些基本概念的介绍，读者可以初步了解自动控制的基本原理和基本方法。
自动控制原理的基本原理在自动控制原理第七版中，作者详细地介绍了自动控制的基本原理，包括反馈原理、校正原理、稳定性分析、校正方法等。
这些基本原理是理解和设计自动控制系统的基础，通过学习这些原理，读者可以进一步深入理解自动控制原理的本质。
反馈原理自动控制系统中的反馈是一个重要的概念，它指的是将输出信号反馈到输入端，用于调节控制系统的行为。
反馈可以提高系统的稳定性和精确度，避免系统出现偏差和摄动。
稳定性分析稳定性分析是自动控制系统设计中的重要环节，它用于分析系统的稳定性特性。
稳定性分析可以通过数学模型和频域分析等方法进行，可以判断系统是否稳定以及系统的稳定范围。
校正方法自动控制系统中的校正方法用于调节系统的输出信号，使得系统能够按照预期的要求工作。
校正方法包括比例控制、积分控制、微分控制等，可以根据系统需求选择不同的校正方法。
自动控制原理的应用案例自动控制原理第七版不仅介绍了基本原理和方法，还包括了一些实际应用案例的介绍。
这些应用案例涉及了不同领域的应用，如工业控制、机器人控制、电力系统控制等。
通过学习这些应用案例，读者可以将理论知识应用到实际工程领域中，提高自己的应用能力。
自控原理
自控原理1、自动控制科学：研究自动控制共同规律的技术科学。
2、自动控制：在无人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使机器设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（称被控量）自动地按照预定的规律运行。
3、反馈控制原理：反馈是控制理论的核心内容，其控制原理把系统的输出量反送到输入端，与输入端的给定量比较产生偏差量，根据偏差量设计控制器使被控系统下一步的偏差量变小，以此循环，系统的偏差量小到允许的范围甚至消失。
故反馈控制原理即为按偏差控制的原理。
4、自动控制系统的基本组成：被控对象与控制装置，其中控制装置基本组成为：测量装置、给定环节、比较环节、放大环节、执行机构与校正装置。
5、自动控制系统的分类：①按控制方式分：开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统；②按输入信号特征分：恒值控制系统、随动系统、程序控制系统；③按系统特性分：连续系统和离散系统；定常系统和时变系统；线性系统和非线性系统，其中线性系统具有叠加性和齐次性(**自动控制原理主要分析线性定常系统)：叠加性：n个输入同时产生的输出等于各个输入单独作用的输出之和；齐次性：输入增加或减少k倍时，其对应的输出也相应增加或减少k 倍。
6、对控制系统的基本要求：稳、快、准。
注1：测试信号的选取条件为：数学表达式尽可能简单，尽可能反映系统在实际工作中所受到的实际输入，容易在现场或实验室获得，同时该信号能够使系统工作在最不利情况。
注2：由幂级数或傅里叶级数可知，实际输入可近似看成是阶跃函数、斜坡函数和抛物线函数的组合或者是正弦函数的组合。
注3：一般认为阶跃输入对系统而言是比较严峻的工作状态，如果系统在阶跃函数的作用下也能满足性能要求，那么其他情况也应该是令人满意的。
注4：自控这门课其实就是做两件事，第一件是分析系统，分析系统稳定性与性能指标，即认识系统；第二件是对系统进行校正，即改造系统。
自控原理
自动控制理论是研究自动控制一般原理的一门技术科学。
《自动控制原理》也是高校自动化专业的一门专业课。
它是学习后续专业课程的重要基础，也是硕士研究生自动化专业的一门专业课程。
自动控制是指利用附加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称为受控对象）在一定的工作条件或参数（即受控量）下，按照预定的规律自动运行，没有人能直接参与。
自动控制理论是研究自动控制一般原理的一门技术科学。
在其发展初期，它是一种基于反馈理论的自动调节原理，主要用于工业控制。
第二次世界大战期间，为了设计和制造基于反馈理论的飞机和海上自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等军事装备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。
战后，以经典控制理论的传递函数为基础，形成了一套完整的自动控制理论体系，主要研究单输入单输出、线性常数系统的分析与设计问题。
20世纪60年代初，随着现代应用数学和计算机应用的新成果，为了适应航天技术的发展，自动控制理论进入了现代控制理论的新阶段。
主要研究高性能、高精度的多变量参数最优控制问题。
采用的主要方法是基于状态的状态空间方法。
目前，自动控制理论仍处于发展阶段，正在深入到基于控制论、信息论和仿生学的智能控制理论。
为了完成各种复杂的控制任务，被控对象和控制装置之间应以某种方式连接起来，形成一个有机的整体，即自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出即受控量是需要严格控制的物理量。
可能需要保持某些恒定值，如温度、压力或飞行轨迹。
控制装置是控制被控制对象的整个机构。
它可以采用不同的原理和方法来控制被控对象，但它是基于反馈控制原理的最基本的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控制装置的控制功能是来自被控制量的反馈信息，用来不断修正被控制量与被控制量之间的偏差，从而实现对任务控制量的控制。
这就是反馈控制的原理。
同时，《自动控制原理》也是高校自动化专业的主干课程。
它是后续专业课程的重要基础，也是自动化专业的一门专业课程。