自动控制理论
自动控制理论
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
首页
上页 第六章 控制系统的综合校正
下wk.baidu.com 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
电气与新能源学院
2019/12/16
3
教材及参考书
1、《自动控制理论》，邹伯敏 主编，机械出版社
自 动
2、《自动控制原理》，蒋大明
戴胜华
主编，清华出
控 制
版社
理 论
3、《控制理论CAI教程》，颜文俊
等
编著，科学出
版社
4、《自动控制原理》，周其节 等 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
念以及分析与综合控制系统的基本方法。
本课程需要较坚实的高等数学、工程数学（复 变函数和积分变换等）、大学物理、电路等基础知 识。
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电气与新能源学院
2019/12/16
2
主要内容
本课程的主要内容有绪论、系统数学模型的建立、时域
自 分析、复频域分析、根轨迹分析、系统综合与校正、离散系
自动控制原理的原理是
自动控制原理的原理是
自动控制原理，又称为控制理论，是一门研究如何通过建立数学模型，设计控制器，并在开环或闭环控制系统中实现对系统状态的调节和稳定的学科。其核心原理是通过对系统的测量和分析，以及对控制器的建模和设计，实现对系统的自动调节以达到某种预期的目标。
自动控制原理的核心原理可以总结为以下几个方面：
1. 反馈与控制：自动控制原理的基本思想是通过对系统输入和输出的采集与测量，将系统的实际输出与期望输出进行比较，并根据比较结果进行调整，以实现对系统状态的控制与调节。这种通过对系统的反馈进行控制的思想，使控制系统能够自动调节和稳定。
2. 数学模型与控制器设计：为了实现对系统的控制，需要建立系统的数学模型。数学模型是对系统工作原理的数学描述，它可以基于物理原理、经验公式或统计方法进行建模。根据系统的数学模型，可以设计相应的控制器，决定输入与输出之间的关系和调节策略。
3. 系统响应与稳定性分析：通过对系统的数学模型进行分析，可以得到系统的一些重要性能指标，如稳态误差、响应速度和稳定边界等。根据这些指标，可以评估和分析系统的稳定性和控制效果，并对控制器进行优化和调整，以满足系统性能需求。
4. 开环和闭环控制：自动控制系统可以采用开环或闭环控制方式。开环控制是在固定的输入条件下，根据系统的数学模型预先设定输出值，不对系统的实际状态进行反馈和调节。闭环控制则是根据系统的实际输出值进行反馈和调节，使系统能够自动调整并适应不同的工况变化。
5. 稳定性与鲁棒性：自动控制系统的稳定性是指无论系统输入和外部扰动如何变化，系统输出都能保持在一定范围内，不发生震荡和不稳定行为。鲁棒性则是指控制系统对于模型误差、参数变化和噪声等扰动的抵抗能力。保证系统的稳定性和鲁棒性是自动控制原理中的重要目标和考虑因素。
自动控制原理所有定理
利用计算机仿真软件，如MATLAB等， 可以方便、准确地绘制出系统的根轨 迹。
图解法
在复平面上标出开环极点、零点以及 根轨迹的渐近线、分离点等关键信息， 通过图解的方式绘制根轨迹。
根轨迹与系统性能的关系
根轨迹与阻尼比
阻尼比反映了系统的振荡性能，可以通过观察根轨迹的形 状和位置来判断系统的阻尼比大小。
用于机器人的路径规划、运动控制等。
电力系统
用于电力系统的负荷分配、频率控制 等。
化工过程
用于化工过程的温度、压力、流量等 参数的最优控制。
THANKS
感谢观看
非线性系统的特点
具有多值性、非均匀性、突变性、记忆性等。
非线性系统的分类
根据非线性特性的不同，可分为饱和非线性、死 区非线性、间隙非线性等。
非线性系统的描述函数法
描述函数法的定义
一种用一次谐波分量近似表示非 线性环节特性的方法，适用于非 线性程度不高且包含正弦波输入 信号的系统。
描述函数法的应用
通过描述函数法可将非线性系统 近似为线性系统进行分析，简化 系统设计和分析过程。
求法
通过对系统的微分方程进行拉普拉斯变换得到。
状态空间模型
状态变量
能够完全描述系统动态行为的最小变量组。
状态方程
描述状态变量与输入变量之间关系的一阶微 分方程组。
输出方程
自动控制理论概述
对象施加某种作用，使其改变输入量。
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
控制系统的详细分类： 测量、变送
元件
设定元件
放大元件 执行元件
比较元件
能源元件
校正元件
第一章 自动控制的基本概念
1.3 自动控制系统的组成
第一章 自动控制的基本概念
1.2
简要发展历史
1788年，詹姆斯·瓦特设计了 离心调节器，誉为自动控制领 域第一项重大成果。
而后到20世纪30年代，相继对 系统稳定性进行分析，并提出 用于位置控制系统的伺服机构 的概念。
20世纪40年代发展了系统系统 的频域分析法和根轨迹法，成 为经典控制理论的核心。
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。
图1-2 直流电动机转速控制方框图
自动控制原理简答
自动控制原理简答
1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。
自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法。
2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？
常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法；
分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。
3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？
系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟踪器等。
4、人闭上眼见很难达到预定的目的试从控制系统的角度进行分析。
人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。
5、试分析汽车行驶原理
首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑（给定值），然后与实际测量的行车路线相比较，获得行驶偏差。通过手来操作方向盘，调节汽车，使其按照预定行车路线行驶。
6、对飞机与轮船运行原理加以分析
飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为数据，进而可知偏差而及时修正，这是时刻都进行的。所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。
7、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？
控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。
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。
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。
第五章 ——第五次课自动控制理论
[例] 某单位反馈系统的开环传递函数为
G( s) K s(1 0.2s)(1 0.05s)
试求：K = 1时的 Kg 和 解 基于在wg处开环频率特性的相角为
(wg ) 90 arctan 0.2wg arctan 0.05wg 180
arctan0.2wg arctan0.05wg 90
180 (wc ) 76
• 三、相对稳定性与对数幅频特性中频段斜率的关系
为使系统具有良好的相对稳定性，一般要求在wc处的开 环对数幅频渐近线的斜率为-20dB/dec。
如果该处的斜率小于-20dB/dec，则对应的系统可能为不 稳定。或者即使能稳定，但其相位裕量一般会较小。因 而稳定性也较差。
28 dB 20lg Kg L(wg ) 28dB
10 10 L(wg ) 20lg1 20lg10 20lg 1 ( ) 2 20lg 1 ( ) 2 5 20
K 1 ，wc 1 (wc ) 90 arctan 0.2 arctan 0.05 104.17
1 2 1
2
1 1 1 2
Mr2
M p exp 2 1
2 M M 1 r r M p exp M r M r2 1
2: 调整时间和峰值时间与谐振频率和截止频率
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）
自动控制理论第二章 控制系统的数学模型
y y0 k1 ( x1 x10 ) k2 ( x2 x20 )
f k1 x1
( x10 , x20 )
f k2 x2
( x10 , x20 )
输出量为整流电压UD ,二者之间的关系为
U D U 0 cos
试建立其线性化方程。 解：预定工作点为 [ 0 ,U D ]
0
K
dU D0 d
0
U 0 sin 0
U D U D0 K ( 0 ) U 0 sin 0 ( 0 )
U D K ( 0 ) U 0 sin 0 ( )
电学系统： 元件约束
电学系统： 网络约束
遵从基尔霍夫电压电流定律 例：考虑由电阻R与电容C组成的一阶滤波电路， 写出以 ui 为输入，u0 为输出的微分方程。
由基尔霍夫电压定律
元件约束
整理得
力学系统： 牛顿定律约束
例：设弹簧－质量－阻尼器系统如图所示，试列 出以力 Fi 为输入，以质量单元的位移 x 为输出的 运动方程。
总结
多变量非线性 方程如何线性 化？
• 本质非线性系统不可以作线性化 •不同的工作点，不同的线性化系数，有 不同的线性化方程。 •工作点邻域的线性化方程是增量方程
y f ( x1 , x2 ) 为连续可导的非线性函数
( x10 , x20 , y0 ) 为预定工作点，则其在预定工作
第一章 自动控制理论概述
三、闭环控制系统
将输出量引入到输入端，使输出量对控制作用产生直接 的影响。形成闭环控制系统。
控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
前向通道：系统输入量到输出量之间的通道。 前向通道：系统输入量到输出量之间的通道。 反馈通道：从输出量到反馈信号之间的通道。 反馈通道：从输出量到反馈信号之间的通道。 比较环节：输入量和反馈量之间的偏差。 比较环节：输入量和反馈量之间的偏差。 输入量： 输入量：ur 输出量： 输出量：n 反馈量： 反馈量：uf 控制量： 控制量：ua 控制工程基础
偏差量(ue)＝输入（给定）量 (ur )－反馈量(uf ) 偏差量 ＝输入（给定） －反馈量
第一章 自动控制基本概念 闭环控制系统：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(从而减小或消除误差) 的控制系统。 闭环控制系统的特点： 闭环控制系统的特点： 1. 系统对外部或内部干扰(如内部件参数变动)的影响不甚敏感。 2. 由于采用反馈装置，导致设备增多，线路复杂。 3. 闭环系统存在稳定性问题。由于反馈通道的存在，对于那些 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。 注意：对于主反馈必须采用负反馈。若采用正反馈将使 偏差越来越大。 控制工程基础
第一章 自动控制基本概念
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
自动控制的原理及其应用
自动控制的原理及其应用
1. 引言
自动控制是一种基于控制理论、电子技术、计算机技术等多学科交叉的技术，
通过对系统状态的监测和控制指令的发送，实现对机械、电子、化工等各种设备和系统的自动化运行和控制。本文将介绍自动控制的基本原理以及其在不同领域的应用。
2. 自动控制的基本原理
自动控制的基本原理可以总结为以下几个方面： 1. 传感器与执行器：传感器负责将所测量的物理量（如温度、压力、速度等）转化为电信号，而执行器则负责将电信号转化为相应的控制行为（如启动电机、调节阀门等）。 2. 控制器：控制器
是自动控制系统的核心，负责接收传感器的信号，并对其进行处理和判断，最后输出控制信号给执行器。常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
3. 反馈控制：反馈控制是指将系统输出与期望输出进行比较，并根据比较结果对控制信号进行修正。通过不断地进行反馈，系统能够更快地达到目标状态。
4. 开环
控制：开环控制是指控制信号不依赖于系统输出的控制方式。虽然开环控制简单，但无法对外部干扰和内部变化进行修正，容易导致系统偏离目标状态。
3. 自动控制的应用领域
自动控制技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：
3.1 工业自动化
工业自动化是自动控制技术最早应用的领域之一。在工厂生产线上，自动控制
系统可以实现对设备和流程的自动化控制，提高生产效率和产品质量。例如，汽车生产线上的机器人可以自动完成车身焊接、喷漆等工序。
3.2 交通运输
交通运输领域也是自动控制技术的应用领域之一。自动驾驶技术在汽车、无人
自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论沈传文pdf
自动控制理论是一门研究物理、化学、生物等实际系统的自动控制原理和方法的学科。自动控制理论重要的基本概念包括系统、控制器、信号、误差、反馈等。自动控制理论的核心是控制器的设计，即根据系统的特性和要求选择合适的控制器结构和参数，使得系统能够满足预定的控制要求。
自动控制理论的发展史可以追溯到19世纪中叶。20世纪初，随着电力系统、飞机、火箭等重要工程的发展，自动控制理论得到了迅速的发展。到了20世纪50年代，计算机的出现进一步推动了自动控制理论的发展，使得控制系统的精度、稳定性、可靠性等都有了质的飞跃。
沈传文教授是中国自动控制理论的开创者之一。他的《现代控制理论》一书被誉为中国自动控制理论教材的经典之作。该书系统地介绍了现代控制理论的主要内容和基本方法，成为了一代代控制工作者的必备读物。
总之，自动控制理论在现代科技中的应用非常广泛，涉及到机电设备、通信、交通运输、航空航天、冶金、化工、生物医药等众多领域。掌握自动控制理论对于控制工作者来说非常重要，能够提高工程技术水平，实现科学、高效的控制。
自动控制原理教学大纲 (自动化专业)
《自动控制理论A》课程教学大纲
课程名称：自动控制理论A
英文名称：Automatic Control Theory A
课程代码：190807439
学分/学时：3.5学分60学时（其中理论52学时、实验8学时）
开课学期：第4学期
适用专业：自动化专业
先修课程：大学物理、电路分析基础、模拟电子技术等
后续课程：自动化专业综合设计、自动化专业生产实习、自动化专业毕业设计等
课程负责人：
开课单位：电气与电子信息学院
一、课程性质和课程目标
1.课程性质
自动控制理论是自动化、轨道交通信号与控制、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业基础必修课。通过本课程学习，使学生掌握自动控制理论的基本知识，具备应用控制的思想分析问题的意识，能够利用自动控制理论的相关知识分析、设计实际控制系统的能力，为后续控制类专业课程打下重要的基础。
2.课程目标
课程目标1：掌握系统数学模型的建立方法。
课程目标2：掌握模拟控制系统分析的时域法、根轨迹法、频域法，离散控制系统的分析方法，掌握每种方法下对系统稳定性、准确性、快速性指标的计算。
课程目标3：了解PID控制规律，掌握控制系统校正的串联超前、滞后、滞后-超前等手段，改善控制系统性能指标。
课程目标4：通过使用MA TLAB/SIMULINK仿真平台结合控制理论演示控制系统搭建与分析，掌握仿真平台分析控制系统的手段，拓展学生对控制理论的自我研究与探索。
课程目标5：能根据提供的实验设备，搭建实验对象，在实验中验证控制系统分析的不
同方法，通过调节调节器，改善系统性能指标并能对实验数据进行分析和解释，得出有效结论。
自动控制原理
自动控制原理
自动控制原理是指自动控制系统的基础理论，它涉及系统的输入、输出、感知、计算、控制以及操纵器的运行。自动控制系统可以自动完成一定的任务，其主要任务是维护机器或设备的状态按照预定的期望。自动控制系统不仅可以自动控制一个系统，还可以控制多个设备系统，以此完成系统控制。因此，自动控制系统可以大大提高工作效率，是实现许多复杂任务的关键技术。
自动控制系统是基于控制理论而建立的，控制理论是由控制系统、传感器、控制器、输入输出单元和观测器组成的。这些部件完成一系列功能，使系统实现自控的目的。
控制系统中的控制器是自动控制的核心元素，是控制系统的主要部件。它类似于一个电脑，用来运算、求解控制系统的模型，并输出控制信号来更新系统的变量。根据输出的控制信号，控制器可以控制系统的运行状态，从而实现系统自动控制。
传感器是控制系统的重要部件，它可以检测系统内的变量，将其变量值传递给控制器，使控制器能够更新系统的变量。传感器的类型多种多样，如温度传感器、湿度传感器、变频器和光学传感器等。
输入输出单元可以控制系统的输入和输出。它可以通过控制器调节系统的输入信号，并将系统的输出结果输出到外部。观测器可以用来检测系统的运行状态，它可以实时监测系统的输入和输出，以便及时发现系统故障。
自动控制原理是由传感器、控制器、输入输出单元和观测器组成
的，可以实现机器的自动控制，使机器的运行更加精确和高效。自动控制原理的主要内容包括：系统输入输出的检测、控制原理的研究、控制器的设计和实现、控制系统的构建和控制系统在应用中的研究。
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。
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第一章自动控制系统的概论
基本要求：了解控制理论发展史、自动控制定义、基本控制方式：开环控制、闭环（反馈）控制及复合控制。掌握闭环控制系统基本组成、分类和性能要求(稳定性、快速性、准确性)。
第一章自动控制系统概论
1.1 自动控制系统的组成、分类和发展
控制理论的发展：（工业控制理论）
1 经典控制理论
40--50年代形成SISO系统
基于：二战军工技术
目标：反馈控制系统的镇定
基本方法：传递函数，频率法，PID调节器 (频域)
2 现代控制理论
60--70年代形成MIMO系统
基于：冷战时期空间技术，计算机技术
目标：最优控制
基本方法：状态方程
3 智能控制技术
90年代开始发展
专家系统
模糊控制
神经网络
4 正在发展的各个领域
自适应控制
大系统理论
H∞鲁棒控制
非线性控制（微分几何，混沌，变结构）
第一章自动控制系统概论
1.2 “自控原理”课程的特点和要求
《自动控制原理》是自动化、电气工程与自动化等专业的专业基础课。该课程需要一定的工程背景，利用数学知识较多。它主要研究自动控制系统的基本概念、数学模型的建立及方块图等效变换。针对控制系统的基本要求，利用时域分析法、根轨迹法和频域法分析和设计控制系统。通过该课程的学习，要求学生系统地掌握自动控制系统的基本理论和基本方法，培养学生理论联系实际的能力，为专业课和工程实践打下坚实的基础
第二章数学模型
基本要求：了解数学模型的概念和分类，掌握自动控制系统动态方程的建立及非线性控制系统的线性化，重点掌握传递函数和结构图的概念及结构图等效变换法则。
第二章数学模型
2.1 传递函数与系统结构图
线性系统————满足叠加原理
非线性系统
设单输入单输出线性定常系统
例：枢控直流电动机调速系统
输入量u r 输出量ω(n)
建立数学模型：由局部（元件）→系统
传递函数结构图的组成：信号线(变量)，函数方框图，综合点，分支点
传递函数结构图：子方框图
系统结构图既保留子系统的原貌，又反映系统的结构
典型环节的传递函数
非线性环节的处理
结构图的变换和简化：(按代数运算规则，原则：保持变换前后输入输出关系不变)
3,负反馈
4，节点移动
例：求传递函数试探：从输入到输出，先元件后联出系统
例：求传递函数
例：求传递函数
闭环控制系统的基本结构
第二章数学模型2.2 信号流图及Mason公式
由方框图到信号流图，有些中间变量可以不表示出来，如I1。有些中间变量（位于综合点前，有输出）必须表示出来，如E i和E，用单位增益支路将它们分开。
•G ——从输入节点到输出节点的总增益（系统传递函数）•Δ= 1 －ΣL i + ΣL a L b - ΣLαLβLγ +…
L i——一个回路的总增益
L a L b ——两两互不接触的回路的总增益
LαLβLγ——三个互不接触的回路的总增益
•G k——从输入到输出第k条通道的总增益
•Δk——Δ中去掉与第k条通道接触的部分
回路——沿信号方向每一个节点只通过一次的闭路。
通道——从输入到输出沿信号方向每个节点只通过一次的通道。
接触——指有公共的节点和支路。
be, cf回路, becf 不是回路
abcd是通道，aecd 和abecd不是
例1
例2：
第三章控制系统的稳定性分析
基本要求：熟悉自动控制系统的稳定性概念，理解Routh稳定判据、Nyquist稳定判据和Lyapunov稳定判据，利用这些稳定判据能够熟练地分析自动控制系统的稳定性。
第三章控制系统的稳定性分析
3.1系统的稳定性
1，渐近稳定：
第三章控制系统的稳定性分析
3.2 Lyapunov稳定判据
1，Lyapunov第一方法——间接法
非线性系统线性化
特征值判据：
（1）特征值全部实部系统渐近稳定
（2）特征值只要有一个正根系统不稳定
（3）特征值只要有一个实部为零的根线性化失败
2，Lyapunov第一方法——直接法
用能量的观点分析系统的稳定性
3,Lyapunov直接法用于线性定常系统
第三章控制系统的稳定性分析
3.3 Routh稳定判据
根据特征方程的系数判断特征根是否为负实部
而不需要解微分方程。虚轴和右半平面视为不稳定。
2, Routh某一行全为零
Routh判据的应用
第三章控制系统的稳定性分析
3.4 Nyquist稳定判据
（1）作图分析，计算量小，信息量大。
（2）不但判稳定，也能给出稳定裕量。
（3）可以用实验手段得到频率特性。
小结：积分环节数r = 1 在无穷远处顺时针绕行r = 2 在无穷远处顺时针绕行
r = 3 在无穷远处顺时针绕行
第五章系统的校正和控制器设计
基本要求：熟悉自动控制系统的校正方式，理解无源校正网络的组成、特性和作用，掌握基于根轨迹法设计串联滞后校正网络和超前（领先）校正网络，重点掌握基于频域法设计串联滞后校正网络、超前（领先）校正网络和滞后-超前校正网络。
第五章系统的校正和控制器的设计