《自动控制原理》电子教案

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自动控制原理电子教案

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自动控制原理电子教案第一章:绪论1.1 自动控制的概念解释自动控制的定义强调自动控制在现代工业和日常生活中的重要性1.2 自动控制系统的分类介绍开环控制系统和闭环控制系统解释数字控制系统和模拟控制系统的区别1.3 自动控制系统的性能指标介绍稳定性、线性、收敛性和鲁棒性等性能指标解释这些指标对系统性能的影响第二章:反馈控制系统2.1 反馈控制系统的组成介绍控制器、执行器和传感器的功能和作用2.2 反馈控制系统的类型解释正反馈和负反馈的区别和应用场景2.3 控制器的设计方法介绍PID控制器和模糊控制器的原理和方法第三章:线性系统的状态空间分析3.1 状态空间表示法介绍状态空间的概念和数学表示方法3.2 状态方程和输出方程推导状态方程和输出方程的求解方法3.3 线性系统的可控性和可观测性解释可控性和可观测性的概念和判断方法第四章:非线性控制系统分析4.1 非线性系统的分类介绍线性与非线性的区别和常见的非线性特性4.2 非线性方程的求解方法解释求解非线性方程的数值方法和解析方法4.3 非线性控制系统的稳定性分析介绍李雅普诺夫理论和Lyapunov 函数的应用第五章:现代控制理论5.1 现代控制理论的概念解释现代控制理论的背景和发展5.2 鲁棒控制理论介绍鲁棒控制的概念和设计方法5.3 自适应控制理论解释自适应控制的概念和应用场景第六章:控制系统的设计方法6.1 系统设计的基本原则介绍控制系统设计中的稳定性、准确性和快速性原则6.2 控制器设计方法详细讲解PID控制器、模糊控制器、自适应控制器的设计步骤和注意事项6.3 系统仿真与实验介绍使用MATLAB等工具进行控制系统仿真的方法强调实验在控制系统教学和工程应用中的重要性第七章:线性调节器的设计7.1 调节器的作用与分类解释调节器的作用以及比例、积分、微分调节器的特点7.2 调节器的设计方法介绍Ziegler-Nichols方法等经典调节器设计方法7.3 调节器的参数整定讲解如何通过观察系统响应来整定调节器参数第八章:系统辩识8.1 系统辩识的基本概念解释系统辩识的目的和方法8.2 输入输出数据采集介绍如何采集系统的输入输出数据8.3 系统模型的建立与参数估计讲解如何根据采集到的数据建立数学模型并进行参数估计第九章:数字控制系统9.1 数字控制系统的组成介绍数字控制系统的硬件和软件组成部分9.2 数字控制算法详细讲解离散PID控制、模糊控制等数字控制算法9.3 数字控制器的实现介绍如何实现数字控制器,包括硬件实现和软件实现第十章:自动控制系统的应用10.1 工业自动化讲解自动控制系统在工业生产中的应用案例10.2 家居自动化介绍自动控制系统在智能家居中的应用案例10.3 汽车自动化探讨自动控制系统在现代汽车工业中的应用案例重点和难点解析重点环节:1. 自动控制的概念和分类2. 反馈控制系统的组成和类型3. 状态空间分析方法4. 非线性控制系统分析5. 现代控制理论6. 控制系统的设计方法和步骤7. 调节器的设计和参数整定8. 系统辩识的方法和模型建立9. 数字控制系统的组成和算法实现10. 自动控制系统的应用案例难点解析:1. 自动控制的概念和分类:理解自动控制的基本原理和不同类型控制系统的特点。

自动控制原理(经典部分)课程教案

自动控制原理(经典部分)课程教案

xx科技大学《自动控制原理》(经典部分)课程教案授课时间:适用专业、班级:编写人:编写时间:)())()m n s z s p --时间常数表达式2221)(1)21)(1)i j s s T s T s ζττζ++++++授课学时:2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图(1)备注教学目的和要求1.会绘制结构图。

2.会由结构图等效变换求传递函数。

2、会由结构图等效变换求传递函数。

重点难点重点: 结构图的绘制;由结构图等效变换求传递函数。

难点: 复杂结构图的等效变换。

难点:复杂结构图的等效变换。

教学方法教学手段1、教学方法: 课堂讲授法为主;用精讲多练的方法突出重点, 用分析举例的方法突破难点。

2、教学手段: 以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

3、教学手段:以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

教学进程设计(含教学内容、教学设计、时间分配等)一、引入(约3min)从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。

二、教学进程设计(一)结构图的组成(约7min)1、信号线: 表示信号的传递方向。

2、方框:表示输入和输出的运算关系, 即C(S)=R(S)*G(S)。

(二)比较点: 表示两个以上信号进行代数运算。

(三)引出点: 一个信号引出两个或以上分支。

(四)结构图的绘制(约40min)绘制: 列写微分方程组, 并列写拉氏变换后的子方程;绘制各子方程的结构图, 然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来, 得到系统的结构图。

例题讲解。

(二)结构图的简化(约46min)1、任何复杂的系统结构图, 各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。

方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点, 进行方框运算后, 将串联、并联和反馈连接的方框合并, 求出系统传递函数。

串联的简化:12()()()G s G s G s=并联的简化:12()()()G s G s G s=±反馈连接方框的简化:11()()1()()G s s G s H s Φ=比较点的移动: 移动前后保持信号的等效性。

自动控制原理电子教案

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一、教案基本信息自动控制原理电子教案课时安排:45分钟教学目标:1. 理解自动控制的基本概念和原理。

2. 掌握自动控制系统的分类和特点。

3. 了解常用自动控制器的原理和应用。

教学方法:1. 讲授:讲解自动控制的基本概念、原理和特点。

2. 互动:提问和回答,让学生积极参与课堂讨论。

3. 案例分析:分析实际应用中的自动控制系统,加深学生对知识的理解。

教学工具:1. 投影仪:用于展示PPT和视频资料。

2. 计算机:用于播放教学视频和演示软件。

二、教学内容和步骤1. 自动控制的基本概念(5分钟)讲解自动控制系统的定义、作用和基本组成。

通过举例说明自动控制系统在实际中的应用,如温度控制、速度控制等。

2. 自动控制系统的分类和特点(10分钟)讲解自动控制系统的分类,包括线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、开环系统和闭环系统等。

介绍各种系统的特点和应用场景。

3. 常用自动控制器原理和应用(15分钟)介绍常用的自动控制器,如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

讲解其原理和结构,并通过实际案例分析其应用。

4. 课堂互动(5分钟)提问和回答环节,让学生积极参与课堂讨论,巩固所学知识。

可以设置一些选择题或简答题,检查学生对自动控制原理的理解。

三、教学评价1. 课堂表现:观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等。

2. 作业完成情况:检查学生作业的完成质量,包括答案的正确性、解题思路的清晰性等。

3. 课程测试:在课程结束后进行一次测试,检验学生对自动控制原理的掌握程度。

四、教学资源1.PPT:制作精美的PPT,用于展示教学内容和实例。

2. 视频资料:收集相关自动控制原理的教学视频,用于辅助讲解和演示。

3. 案例分析:挑选一些实际应用中的自动控制系统案例,用于分析和学习。

五、教学拓展1. 开展课后讨论:鼓励学生在课后组成学习小组,针对课堂所学内容进行讨论和交流。

2. 参观实验室:组织学生参观自动控制实验室,实地了解自动控制系统的原理和应用。

自动控制原理教案

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自动控制原理教案一、教材分析《自动控制原理》是自动化专业的一门基础课程,主要介绍自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法。

通过学习本课程,学生能够掌握自动控制系统的基本知识,了解自动控制原理在工程实践中的应用,并具备设计和分析自动控制系统的能力。

本教材主要包括以下内容:一、自动控制系统的基本概念和基本原理;二、控制系统的数学模型;三、时域分析方法;四、频域分析方法;五、稳定性分析与设计;六、校正与补偿。

二、教学目标1. 理论目标:(1)了解自动控制系统的基本概念和基本原理;(2)掌握控制系统的数学模型表示方法;(3)掌握时域分析方法和频域分析方法;(4)掌握自动控制系统的稳定性分析与设计方法;(5)了解校正与补偿的基本方法。

2. 实践目标:(1)培养学生分析和设计自动控制系统的能力;(2)培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力;(3)培养学生团队协作和沟通能力。

三、教学重点与难点1. 教学重点:(1)自动控制系统的基本概念和基本原理;(2)控制系统的数学模型表示方法;(3)时域分析方法和频域分析方法。

2. 教学难点:(1)自动控制系统的稳定性分析与设计方法;(2)校正与补偿的基本方法。

四、教学内容与教学方法1. 教学内容:第一章自动控制系统基本概念1.1 自动控制系统的定义和分类1.2 自动控制系统的基本组成1.3 自动控制系统的特点第二章自动控制系统数学模型2.1 自动控制系统的数学模型表示2.2 控制系统的状态方程表示2.3 控制系统的传递函数表示第三章时域分析方法3.1 系统的时域响应3.2 时域性能指标3.3 时域分析的基本方法第四章频域分析方法4.1 复频域的基本概念4.2 频域性能指标4.3 常用频域分析方法第五章稳定性分析与设计5.1 稳定性的基本概念5.2 稳定性的判据5.3 稳定性的设计方法第六章校正与补偿6.1 校正与补偿的基本概念6.2 控制系统的传感器6.3 控制系统的执行器6.4 控制系统的校正与补偿方法2. 教学方法:(1)理论教学:讲授自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法;(2)案例分析:通过实例分析和讨论,加深学生对自动控制原理的理解;(3)实验设计:设计实际的控制系统,通过实验验证和巩固所学的知识;(4)讨论与互动:鼓励学生积极参与课堂讨论和互动,提高学生的思维能力和团队合作能力。

《自动控制原理》电子教案

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《自动控制原理》电子教案自动控制原理是一门应用于工程系统中的基础课程,主要教授控制系统的基本原理、方法和技术。

本教案分为导入、教学过程、课堂活动、作业布置和教学总结五个部分。

一、导入控制系统是现代工程中不可或缺的部分,它在各个领域中都有着广泛的应用,如机械、电子、航空航天、化工等。

本课程将重点介绍控制系统的基本原理和常用的控制方法,通过理论与实践相结合的方式,让学生对自动控制有一个全面的了解。

二、教学过程1.引入控制系统的概念和意义-通过举例说明控制系统在日常生活中的应用,如电梯、温度调节器等。

-引导学生思考控制系统的目的是什么,如稳定性、精确度、鲁棒性等。

2.基本概念和术语-介绍控制系统的基本构成要素,如输入、输出、传感器、执行器等。

-解释控制系统的基本术语,如开环控制、闭环控制、反馈、控制器等。

3.数学模型建立与分析-介绍控制系统的数学建模方法,如微分方程、状态空间等。

-通过实例演示如何建立系统的数学模型,如电机控制系统、液位控制系统等。

-分析系统的稳定性和动态响应,引入根轨迹和频率响应的概念。

4.控制方法与技术-介绍常见的控制方法,如比例、积分、微分控制器,PID控制器等。

-讲解先进的控制技术,如自适应控制、鲁棒控制、优化控制等。

-针对不同的控制任务,介绍相应的控制算法和调参方法。

5.实验与仿真-安排实验课程,让学生通过实际操作来深入理解控制系统的原理和方法。

-使用仿真软件进行虚拟实验,提供学生自主学习和实践的机会。

三、课堂活动1.小组讨论:请学生分小组讨论不同控制系统的应用,并分享自己的观点和想法。

2.解答问题:教师提供一些与课程内容相关的问题,鼓励学生积极参与回答,加深对知识的理解。

3.实例分析:教师提供一些典型的控制系统实例,让学生逐步分析其数学模型和控制方法。

四、作业布置1.阅读相关文献资料,进一步了解控制系统的发展和应用。

2.完成课后习题,加强对知识的巩固。

3.准备下一堂课的报告,选择一个感兴趣的控制系统进行介绍。

自动控制原理(北航)电子教案扰动下对稳态误差及减小稳态误差的措施(第10讲)

自动控制原理(北航)电子教案扰动下对稳态误差及减小稳态误差的措施(第10讲)

第10讲3.6 线性系统的稳态误差计算3.6.1 稳态误差的定义3.6.2 系统类型3.6.3 扰动作用下的稳态误差以上讨论了系统在参考输入作用下的稳态误差。

事实上,控制系统除了受到参考输入的作用外,还会受到来自系统内部和外部各种扰动的影响。

例如负载力矩的变化、放大器的零点漂移、电网电压波动和环境温度的变化等,这些都会引起稳态误差。

这种误差称为扰动稳态误差,它的大小反映了系统抗干扰能力的强弱。

对于扰动稳态误差的计算,可以采用上述对参考输入的方法。

但是,由于参考输入和扰动输入作用于系统的不同位置,因而系统就有可能会产生在某种形式的参考输入下,其稳态误差为零;而在同一形式的扰动作用下,系统的稳态误差未必为零。

因此,就有必要研究由扰动作用引起的稳态误差和系统结构的关系。

考虑图3-23的系统,图中)(s R 为系统的参考输入,)(s N 为系统的扰动作用。

为了计算由扰动引起的系统稳态误差,假设R(s)=0,则输出对扰动的传递函数为 (控制对象控制器)图3-23 控制系统N(s)C(s))()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s C s M N +== (3-71))()()(21s G s G s G = 由扰动产生的输出为)()()()(1)()()()(212s N s H s G s G s G s N s M s C N n +==(3-72)系统的理想输出为零,故该非单位反馈系统响应扰动的输出端误差信号为)()()()(1)()(0)(212s N s H s G s G s G s C s E n n +-=-=(3-73) 根据终值定理和式(3-73)求得在扰动作用下的稳态误差为)()()()(1)()(lim 2120s N s H s G s G s sG s sE e n s ssn +-==→ (3-74) 若令图3-23中的21)()(,)()(222111ννs s W K s G s s W K s G == (3-75)为讨论方便起见假设1)(=s H 则系统的开环传递函数为νs s W K s W K s G s G s G )()()()()(221121==(3-76)1)0()0(,2121==+=W W ννν。

《自动控制原理》电子教案

《自动控制原理》电子教案
大纲制订人:杨志超 大纲审定人:李先允 制订日期:2005 年 6 月
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《自动控制原理》电子教案
《自动控制原理》课程实验教学大纲
一、实验教学目标与基本要求
《自动控制原理》课程实验通过上机使用 MATLAB 软件,使学生初步掌握 MATLAB 软件在控制理论中的 基本应用,学会利用 MATLAB 软件分析控制系统,从而加深对自动控制系统的认识,帮助理解经典自动控 制的相关理论和分析方法。通过本课程上机实验,要求学生对 MATLAB 软件有一个基本的了解,掌握 MATLAB 软件中基本数组和矩阵的表示方法,掌握 MATLAB 软件的基本绘图功能,学会 MATLAB 软件中自动控制理论 常用函数的使用,学会在 MATLAB 软件工作窗口进行交互式仿真和使用 M_File 格式的基本编程方法,初步
制系统的性能。了解开环零、极点对系统性能的影响。
5.熟悉频率分析法分析控制系统性能的方法 熟悉典型环节频率特性的求取以及频率特性曲线,掌握系统开环对数频率特性曲线、极坐标曲线绘制 的基本方法。了解根据开环对数频率特性曲线分析闭环系统性能的方法。熟悉用奈奎斯特稳定判据判断系
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《自动控制原理》电子教案
4.频率法反馈校正的基本原理和方法(选讲)
(七)非线性控制系统 了解非线性系统与线性系统的区别,了解非线性特性和非线性系统的主要特征,学会非线性系统的描 述函数分析方法,了解非线性系统的相平面分析法(选讲)。
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1. 非线性系统的基本概念
2. 典型非线性特性、非线性系统的主要特征
三、实验方法、特点与基本要求
本课程实验采用计算机 MATLAB 软件仿真方法,其特点是利用 MATLAB 软件丰富的功能函数、灵活的编 程和调试手段以及强大的人机交互和图形输出功能,可以实现对控制系统直观和方便的分析和设计。

自动控制原理电子教学案

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第一章自动控制原理的基本概念主要内容:自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中,要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。

同时,干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。

例如:卫星运行轨道,导弹飞行轨道,加热炉出口温度,电机转速等控制控制:为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。

控制任务可由人工控制和自动控制来完成。

§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面,因生产和生活需要,希望液面高度h维持恒定。

当水的流入量与流出量平衡时,水箱的液面高度维持在预定的高度上。

当水的流出量增大或流入量减小,平衡则被破坏,液面的高度不能自然地维持恒定。

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。

人工控制的例子。

这种人为地强制性地改变进水量,而使液面高度维持恒定的过程,即是人工控制过程。

1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。

当出水与进水的平衡被破坏时,水箱水位下降(或上升),出现偏差。

这偏差由浮子检测出来,自动控制器在偏差的作用下,控制阀门开大(或关小),对偏差进行修正,从而保持液面高度不变。

2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能,从而实现自动控制的。

画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。

比较两图可以看出,自动控制实现人工控制的功能,存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件:测量元件与变送器(代替眼睛)自动控制器(代替大脑)执行元件(代替肌肉、手)这些基本元件与被控对象相连接,一起构成一个自动控制系统。

下图是典型控制系统方框图。

自动控制原理电子教案新a

自动控制原理电子教案新a

自动控制原理电子教案新a一、前言1. 课程简介:自动控制原理是研究自动控制系统的基本理论、方法和应用的学科。

本课程旨在使学生掌握自动控制的基本概念、原理和设计方法,为后续专业课程和实际工程应用打下基础。

2. 教学目标:通过本课程的学习,学生应能理解自动控制系统的组成、工作原理和性能评价,掌握常见控制器的设计方法和应用,具备分析解决自动控制问题的能力。

3. 教材及参考书:(1)教材:《自动控制原理》,作者:何贵林,出版社:清华大学出版社。

(2)参考书:《现代自动控制原理》,作者:陈玉祥,出版社:机械工业出版社。

二、课程内容1. 自动控制基本概念1.1 自动控制系统的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制系统的性能指标2. 经典控制理论2.1 传递函数2.2 动态响应2.3 稳定性分析2.4 控制器设计方法3. 现代控制理论3.1 状态空间描述3.2 状态空间分析3.3 控制器设计三、教学方法与手段1. 讲授:通过课堂讲授,使学生掌握自动控制原理的基本概念、理论和方法。

2. 实验:安排实验课程,让学生亲手操作,加深对自动控制原理的理解。

3. 案例分析:分析实际工程案例,提高学生解决实际问题的能力。

4. 习题讨论:组织学生进行习题讨论,巩固所学知识。

四、课程考核1. 期末考试:包括选择题、填空题、计算题和简答题,考察学生对自动控制原理的基本知识和应用能力的掌握。

2. 实验报告:评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题能力。

3. 课程设计:培养学生解决实际自动控制问题的能力。

五、课程安排1. 课时:共计32课时,其中理论课时24课时,实验课时8课时。

2. 授课安排:每课时45分钟,共8周完成。

3. 实验安排:第9周开始,共2个实验。

六、自动控制系统的数学模型6.1 系统的微分方程系统的输入输出关系系统的状态变量微分方程的建立6.2 系统的传递函数传递函数的定义传递函数的性质典型环节的传递函数6.3 状态空间描述状态空间的概念状态空间的建立状态空间的性质七、系统的稳定性分析7.1 稳定性概念系统稳定的定义稳定性的判定方法稳定性的性质7.2 劳斯-赫尔维茨定理定理的表述定理的应用定理的推广7.3 李雅普诺夫方法李雅普诺夫函数的定义李雅普诺夫第一定理李雅普诺夫第二定理八、系统的控制器设计8.1 概述控制器的作用控制器设计的目标控制器设计的步骤8.2 比例积分微分(PID)控制器PID控制器的原理PID控制器的参数调整PID控制器的应用8.3 模糊控制器模糊控制器的原理模糊控制器的结构模糊控制器的应用九、系统的准确度分析与校正9.1 系统准确度的概念系统准确度的定义系统准确度的评价指标系统准确度的改善方法9.2 系统校正的方法系统校正的目的系统校正的原理系统校正的方法9.3 系统校正的实例分析实例一:线性系统的校正实例二:非线性系统的校正实例三:时变系统的校正十、自动控制系统的应用10.1 工业控制系统工业控制系统的类型工业控制系统的应用工业控制系统的案例分析10.2 航空航天控制系统航空航天控制系统的特点航空航天控制系统的应用航空航天控制系统的案例分析10.3 生物医学控制系统生物医学控制系统的类型生物医学控制系统的应用生物医学控制系统的案例分析十一、非线性控制系统11.1 非线性系统的特点非线性系统的定义非线性系统的常见类型非线性系统分析的挑战11.2 非线性控制理论非线性系统的数学模型非线性系统的稳定性分析非线性控制策略11.3 非线性控制应用实例实例一:倒立摆控制系统实例二:控制系统实例三:电子电路控制系统十二、现代控制理论12.1 状态空间法的优势状态空间法的概念状态空间法的应用状态空间法与传统控制理论的比较12.2 李雅普诺夫理论李雅普诺夫理论的基本概念李雅普诺夫稳定性分析李雅普诺夫理论的应用12.3 鲁棒控制理论鲁棒控制的概念鲁棒控制的设计方法鲁棒控制在实际系统中的应用十三、自适应控制系统13.1 自适应控制的需求自适应控制的概念自适应控制的目标自适应控制的重要性13.2 自适应控制算法自适应控制算法的基本原理自适应控制算法的类型自适应控制算法的实现13.3 自适应控制的应用实例实例一:自适应PID控制实例二:自适应模糊控制实例三:自适应神经网络控制十四、自动控制系统的仿真14.1 仿真在自动控制系统中的应用仿真技术的概念仿真软件的选择与使用仿真在系统设计与分析中的重要性14.2 系统仿真的方法离散时间系统的仿真连续时间系统的仿真非线性系统的仿真14.3 仿真案例分析案例一:飞行器控制系统仿真案例二:工业过程控制系统仿真案例三:生物医学控制系统仿真十五、课程总结与展望15.1 自动控制原理课程总结课程主要内容的回顾重点和难点的梳理学生学习情况的评估15.2 自动控制技术的未来发展趋势新型控制理论的发展智能化控制的应用跨学科融合的创新15.3 课程实践与研究建议学生如何进行课程实践教师如何进行教学研究课程改进的方向和建议重点和难点解析:一、前言重点:自动控制原理的概念、意义和应用领域。

《自动控制原理》电子教案

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自动控制原理电子教案第 1 次课授课时间2学时授课题目(章、节)第一章绪论(1-3节)主要内容1.自动控制在各领域的应用2.自动控制的作用3.自动控制定义:自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量自动地按预先给定的规律去运行。

4.自动控制系统的基本职能元件及基本框图等5.开环控制与闭环控制目的与要求了解自动控制系统的基本职能元件、基本术语及方框图掌握自动控制定义掌握开环、闭环控制的定义、基本框图重点与难点重点:自动控制的定义、开环控制与闭环控制的定义及框图教学手段授课、例题讲解思考题或作业题1-21.1 引言 无论是人们的日常生活、工业生产,还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中,自动控制技术无所不在、无所不能。

自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。

 自动控制技术是建立在控制论基础上的,而控制论研究的是控制的一般性理论,它不具体面对某一类控制系统的,因此它是一门以理论为主的课程。

 自动控制理论是一门理论性和工程性的综合科学。

 1.控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论(也即,它是研究系统共性的控制过程的理论,可以把实际对象的物理涵义抽象出来,因此,它一定是以数学工具作为主要研究手段的)。

 2.控制理论的研究对象 控制论的研究是面向系统的。

 广义地讲:控制论是研究信息的产生、转换、传递、控制和预报的科学; 狭义地讲:根据期望的输出来改变控制输入,使系统的输出能达到某中预期的效果。

 3.控制论与数学及自动化技术的关系 控制论是应用数学的一个分支,它的某些理论的研究还要借助于抽象数学。

而控制论的研究成果若要应用于实际工程中,就必须在理论概念与用来解决这些实际问题的实用方法之间架起一座桥梁。

 1.2 自动控制和自动控制系统 1.2.1自动控制问题的提出 人们存在着一种普遍的要求或希望,即要求某些物理量维持在某种特定的(如恒定不变或按某种规律变化或跟踪某个变化的量等等)标准上。

自动控制原理教案

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自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础,广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。

本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用,使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法,具备分析和解决自动控制问题的能力。

1.2 教学目标(1)理解自动控制的基本概念、原理和分类;(2)掌握线性系统的数学模型建立和求解方法;(3)熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析;(4)学会设计简单的线性控制器;(5)了解自动控制技术的应用和发展趋势。

二、教学内容2.1 自动控制的基本概念(1)自动控制系统的定义和分类;(2)自动控制系统的组成和基本环节;(3)自动控制系统的性能指标。

2.2 线性系统的数学模型(1)连续时间线性系统的数学模型;(2)离散时间线性系统的数学模型;(3)系统的状态空间表示。

2.3 系统的稳定性分析(1)连续时间线性系统的稳定性;(2)离散时间线性系统的稳定性;(3)系统稳定性的判定方法。

2.4 系统的瞬态和稳态性能分析(1)连续时间线性系统的瞬态响应;(2)离散时间线性系统的瞬态响应;(3)系统的稳态性能分析。

2.5 控制器的设计方法(1)PID控制器的设计;(2)状态反馈控制器的设计;(3)观测器的设计。

三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授,系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。

3.2 案例分析法通过分析实际案例,使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。

3.3 实验法安排实验课程,让学生亲自动手进行实验,培养实际操作能力和问题解决能力。

3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论,促进学生思考和交流,提高分析和解决问题的能力。

四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等,占总成绩的30%。

4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度,占总成绩的30%。

4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度,占总成绩的40%。

自动控制原理电子教案

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自动控制原理电子教案第一章:绪论1.1 自动控制的概念介绍自动控制的定义和意义解释自动控制系统的组成和功能1.2 自动控制系统的分类介绍连续控制系统和离散控制系统的区别介绍开环控制系统和闭环控制系统的区别1.3 自动控制的发展历程介绍自动控制的发展历程和重要里程碑介绍自动控制在我国的发展状况第二章:自动控制系统的数学模型2.1 数学模型的概念介绍数学模型的定义和作用解释数学模型在自动控制系统中的应用2.2 连续系统的数学模型介绍连续系统的微分方程表示法介绍连续系统的传递函数表示法2.3 离散系统的数学模型介绍离散系统的差分方程表示法介绍离散系统的Z域表示法第三章:自动控制系统的稳定性分析3.1 稳定性概念介绍系统稳定性的定义和重要性解释稳定性的判定标准3.2 连续系统的稳定性分析介绍劳斯-赫尔维茨稳定性判据介绍尼科尔斯-李雅普诺夫稳定性判据3.3 离散系统的稳定性分析介绍离散系统的稳定性判定方法介绍离散系统的劳斯-赫尔维茨判据第四章:自动控制系统的控制器设计4.1 控制器设计概述介绍控制器设计的意义和目标解释控制器设计的基本方法4.2 连续系统的PID控制器设计介绍PID控制器的原理和结构介绍PID控制器的参数调整方法4.3 离散系统的控制器设计介绍离散PID控制器的设计方法介绍离散控制器的实现和优化方法第五章:自动控制系统的仿真与实验5.1 自动控制系统仿真概述介绍自动控制系统仿真的意义和目的解释仿真软件的选择和使用方法5.2 连续系统的仿真实验介绍连续系统的仿真实验方法和步骤分析实验结果和性能指标5.3 离散系统的仿真实验介绍离散系统的仿真实验方法和步骤分析实验结果和性能指标第六章:线性系统的状态空间分析6.1 状态空间的概念介绍状态空间及其在自动控制系统中的应用解释状态向量和状态方程的含义6.2 状态空间表示法介绍状态空间表示法的基本原理解释状态转移矩阵和系统矩阵的概念6.3 状态空间分析法介绍状态空间分析法在系统稳定性、可控性和可观测性方面的应用解释李雅普诺夫理论在状态空间分析中的应用第七章:非线性系统的分析与控制7.1 非线性系统概述介绍非线性系统的定义和特点解释非线性系统分析的重要性7.2 非线性系统的数学模型介绍非线性系统的常见数学模型解释非线性方程和方程组的求解方法7.3 非线性控制策略介绍非线性控制的基本策略和方法分析非线性控制系统的性能和稳定性第八章:现代控制理论及其应用8.1 现代控制理论概述介绍现代控制理论的定义和发展历程解释现代控制理论在自动控制系统中的应用8.2 鲁棒控制介绍鲁棒控制的定义和目标解释鲁棒控制在自动控制系统中的应用和优势8.3 自适应控制介绍自适应控制的定义和原理解释自适应控制在自动控制系统中的应用和效果第九章:自动控制系统的实现与优化9.1 系统实现概述介绍自动控制系统实现的意义和目标解释系统实现的方法和技术9.2 数字控制器的实现介绍数字控制器的实现方法和步骤解释数字控制器实现中的主要技术问题9.3 系统优化方法介绍系统优化方法的定义和目标解释系统优化方法在自动控制系统中的应用和效果第十章:自动控制技术的应用案例分析10.1 工业自动化控制系统案例分析工业自动化控制系统的组成和功能解释工业自动化控制系统在工业生产中的应用案例10.2 控制系统案例分析控制系统的组成和功能解释控制系统在现代工业和生活中的应用案例10.3 航空航天控制系统案例分析航空航天控制系统的组成和功能解释航空航天控制系统在航空航天领域的应用案例重点和难点解析重点环节1:自动控制的概念与系统组成自动控制系统的定义和功能是理解自动控制理论的基础,需要重点关注。

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第一章自动控制原理的基本概念主要内容:自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中,要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。

同时,干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。

例如:卫星运行轨道,导弹飞行轨道,加热炉出口温度,电机转速等控制控制:为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。

控制任务可由人工控制和自动控制来完成。

§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面,因生产和生活需要,希望液面高度h维持恒定。

当水的流入量与流出量平衡时,水箱的液面高度维持在预定的高度上。

当水的流出量增大或流入量减小,平衡则被破坏,液面的高度不能自然地维持恒定。

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。

人工控制的例子。

这种人为地强制性地改变进水量,而使液面高度维持恒定的过程,即是人工控制过程。

1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。

当出水与进水的平衡被破坏时,水箱水位下降(或上升),出现偏差。

这偏差由浮子检测出来,自动控制器在偏差的作用下,控制阀门开大(或关小),对偏差进行修正,从而保持液面高度不变。

2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能,从而实现自动控制的。

画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。

比较两图可以看出,自动控制实现人工控制的功能,存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件:测量元件与变送器(代替眼睛)自动控制器(代替大脑)执行元件(代替肌肉、手)这些基本元件与被控对象相连接,一起构成一个自动控制系统。

下图是典型控制系统方框图。

自动控制原理课程教案

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自动控制原理课程教案第一章自动控制系统导论本章教学目标:1使学生掌握自动控制系统的相关概念2使学生理解和掌握自动控制的基本原理3使学生了解自动控制系统的分类和基本要求本章基本要求:1正确理解和掌握负反馈控制的原理2了解控制系统的组成与分类3能确定被控系统的被控对象,被控量和给定量,掌握根据原理图绘制系统方框图的方法。

本章各节的教学内容:1自动控制系统的基本原理2自动控制系统分类3对控制系统的基本要求4自动控制的发展简史5控制系统设计概论本章教学重点:1要求学生了解自动控制系统基本概念、基本变量、基本组成及工作原理2理解信息反馈的含义和作用,区别开环控制和闭环控制3绘制控制系统方框图本章教学内容的深化和拓宽:使学生了解更多工程实际中所用的控制系统,并深入了解它们的工作原理。

本章教学方式:采用工程实例和设疑方法引导学生用系统论,信息论观点分析广义系统的动态特征、信息流,理解信息反馈的作用。

绘制控制系统方框图。

在讲述控制理论发展史引入我国古代指南车和“二弹一星”特殊贡献科学家——钱学森在自动控制理论方面的成就,进行爱国主义和专业教育。

在讲述控制系统系统设计概论,引用转台转速控制和磁盘驱动读取系统的设计实例,强化设计训练。

本章教学过程中应注意的问题:本章概念较多,多举事例说明,以吸引学生的兴趣。

本章主要参考书目:《自动控制原理》吴秀华主编,中国水利水电出版社,2006年《自动控制原理》修订版,孙亮,北京工业大学出版社,2006 年《自动控制原理》胡寿松,北京航空航天大学,2006 年。

《自动控制原理》黄家英主编,东南大学出版社,1991年《自动控制原理》李友善主编,国防工业出版社,1989年《控制理论基础》王显正、陈正航主编,科学出版社,2000年第二章控制系统的数学模型本章教学目标:通过本章学习,使学生掌握不同域对应的不同种类的数学模型,学会系统微分方程和传递函数的求法,能绘制系统结构图和信号流图,会用结构图等效变换和梅森公式求系统的传递函数。

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自动控制原理教案教案标题:自动控制原理教案教案目标:1. 了解自动控制原理的基本概念和原理。

2. 掌握自动控制系统的组成和分类。

3. 理解自动控制系统的基本特性和性能指标。

4. 能够分析和设计简单的自动控制系统。

教案内容:课时一:自动控制原理概述1. 自动控制的定义和意义2. 自动控制原理的基本概念和基本原理3. 自动控制系统的组成和分类课时二:自动控制系统的数学模型1. 自动控制系统的数学描述2. 传递函数和状态空间表示法3. 控制系统的输入输出关系课时三:自动控制系统的特性和性能指标1. 稳定性分析与判据2. 阶跃响应和频率响应3. 控制系统的性能指标:超调量、调节时间、稳态误差等课时四:经典控制方法1. 比例控制2. 比例-积分控制3. 比例-微分控制4. PID控制器设计课时五:现代控制方法1. 状态空间控制2. 标准回路配置法3. 频域设计法教学方法:1. 讲授:通过讲解理论知识,介绍自动控制原理的基本概念和原理。

2. 实例分析:通过实际案例,分析自动控制系统的应用和设计过程。

3. 讨论互动:组织学生进行小组讨论和互动,加深对自动控制原理的理解和应用能力。

4. 实践操作:设置实验环节,让学生亲自操控和调试自动控制系统,加强实际操作技能。

教学评估:1. 课堂练习:通过课堂练习,检验学生对自动控制原理的理解和应用能力。

2. 实验报告:要求学生完成一次自动控制实验,并撰写实验报告,评估其实际操作和分析能力。

3. 期末考试:设置期末考试,全面考察学生对自动控制原理的掌握程度。

教学资源:1. 教材:选择一本权威的自动控制原理教材作为主要教学资源。

2. 多媒体资料:准备相关的多媒体资料,如PPT、视频等,辅助教学讲解。

3. 实验设备:准备相应的自动控制实验设备,供学生进行实践操作。

教学建议:1. 强调理论与实践的结合,通过实际案例和实验操作,加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。

2. 鼓励学生积极参与讨论和互动,培养其分析和解决问题的能力。

自动控制原理电子教案-新ac

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开环系统性能改善
通过串联校正、反馈校正 等方法改善开环系统性能 ,提高系统稳定性和动态 性能。
闭环系统频率特性及性能指标计算
闭环系统频率特性
根据闭环传递函数,绘制 闭环幅频特性和相频特性 曲线,分析系统稳定性、 抗干扰能力和动态性能。
性能指标计算
计算系统的相位裕度、幅 值裕度、谐振频率和谐振 峰值等指标,评估系统性 能。
二阶系统
响应可能呈现振荡形式,其性能指标如峰值时间、超调量与系统的阻尼比ζ和自 然频率ωn有关。根据ζ的大小,二阶系统可分为过阻尼(ζ>1)、临界阻尼( ζ=1)和欠阻尼(0<ζ<1)三种类型。
稳定性判据及应用举例
01
劳斯判据
通过构造劳斯表,判断特征方程根在复平面的位置,从而确定系统的稳
定性。若劳斯表中第一列元素均为正,则系统稳定;若存在负数,则系
在零初始条件下,系统输出与输入之 间的拉普拉斯变换比,描述系统动态 特性。
传递函数性质
传递函数与微分方程关系
探讨传递函数与微分方程之间的联系 ,理解两者在描述系统时的等价性。
分析传递函数的稳定性、幅频特性、 相频特性等性质,了解系统性能。
状态空间模型描述及转换
状态空间模型建立

01
根据系统内部状态变量和输入输出关系,建立状态空间模型,
统不稳定。
02
赫尔维茨判据
通过判断特征方程的各项系数是否满足一定条件来判断系统的稳定性。
若各项系数均大于零,且满足赫尔维茨行列式大于零的条件,则系统稳
定。
03
应用举例
在控制系统设计中,常利用稳定性判据来判断所设计的控制器是否能使
系统稳定。例如,在PID控制器设计中,可通过调整比例、积分和微分

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第1章自动控制理论的发展史及内容教学目的: 知识:掌握什么是自动控制,自动控制控制原理的发展史和主要内容技能:通过学习自动控制原理的发展进程了解本课程主要的任务教学重点: 自动控制原理的主要内容教学难点: 本课程的任务教学方法: 结合多媒体讲授法教学进度: 本内容为4学时,其中1.1、1.2、1.3节2学时,1.4、1.5、1.6节2学时。

参考资料:《现代控制工程》绪方胜彦著,科学出版社教学内容第一节自动控制理论的发展史及内容一提到自动化很多人就会问自动化是什么?所谓自动化就是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。

广义的讲,自动化还包括模拟或再现人的自能活动。

自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。

采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来,而且能扩展、放大人的功能和创新的功能,极大地提高劳动生产率,增强人类认识世界和改造世界的能力。

因此自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。

在我国的古代,很多的能工巧匠就发明了许多原始的自动装置,以满足生产、生活和作战的需要。

其中比较著名的就有以下几种:(1)指南车指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。

指南车是一种马拉的双轮独辕车,车箱上立一个伸臂的木人。

《宋史·舆服志》中对指南车的构造和各齿轮大小和齿轮数都有详细的记载。

(2)铜壶滴漏即漏壶,中国古代的自动计时装置,又称刻漏或漏刻。

漏壶的最早记载见于《周记》。

这种计时装置最初只有两个壶,由壶上滴水到下面的受水壶,液面使浮箭升起以示刻度(时间)。

(3)饮酒速度的自动调节宋朝仇士良著的《岭外代答》(公元1178)蹭记载中国南方和西南方部落村民的一种习俗,就是常用长0.6米以上的饮酒管饮酒。

在这种竹制饮酒管中有一条银制小鱼,作为可动的开关(即浮子式阀门)。

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第一章自动控制的一般概念第一节控制理论的发展自动控制的萌芽:自动化技术学科萌芽于18世纪,由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。

特点:简单的单一对象控制。

1. 经典控制理论分类线性控制理论,非线性控制理论,采样控制理论2. 现代控制理论3. 大系统理论4. 智能控制理论发展历程:1. 经典控制理论时期(1940-1960)研究单变量的系统,如:调节电压改变电机的速度;调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。

⏹1945年美国人Bode出版了《网络分析与放大器的设计》,奠定了控制理论的基础;⏹1942年哈里斯引入传递函数;⏹1948年伊万恩提出了根轨迹法;⏹1949年维纳关于经典控制的专著。

特点:以传递函数为数学工具,采用频率域法,研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计,而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。

2. 现代控制理论时期(20世纪50年代末-60年代初)研究多变量的系统,如,汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏板)和两个输出(方向和速度)的控制系统。

空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题,用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上,对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。

并推动了控制理论的发展。

⏹Kalman的能控性观测性和最优滤波理论;⏹庞特里亚金的极大值原理;⏹贝尔曼的动态规划。

特点:采用状态空间法(时域法),研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。

3. 大系统控制时期(1970s-)各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂。

大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论,研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。

它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。

如:人体,我们就可以看作为一个大系统,其中有体温的控制、情感的控制、4. 智能控制时期这是近年来新发展起来的一种控制技术,是人工智能在控制上的应用。

它的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧,解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。

特点:人工智能、神经网络等的普遍研究和应用到自动控制之中。

第二节自动控制及自动控制系统控制:使对象达到预期的状态或性能的动作。

基本概念自动化(Automation 或Automatization)1. 自动控制——就是指在脱离人的直接干预,利用控制装置(简称控制器)使被控对象(或生产过程等)的某一物理量(如温度、压力、PH值等)准确地按照预期的规律运行。

2. 自动控制系统——能自动对被控对象的被控量(或工作状态)进行控制的系统。

3. 被控对象(又称受控对象)——指工作状态需要加以控制的机械、装置或过程。

4. 被控量——表征被控对象工作状态且需要加以控制的物理量,也是自动控制系统的输出量。

5. 给定值(又称为参考输入)——希望被控量趋近的数值。

又称为规定值。

6. 扰动量(又分为内扰和外扰)——引起被控量发生不期望的变化的各种内部或外部的变量。

7. 控制器(又称调节器)——组成控制系统的两大要素之一(另一大要素即为被控对象),是起控制作用的设备或装置。

8. 调节机构——接受调节作用而去改变调节量的具体设备。

9. 负反馈控制原理——将系统的输出信号反馈至输入端,与给定的输入信号相减,所产生的偏差信号通过控制器变成控制变量去调节被控对象,达到减小偏差或消除偏差的目的。

控制装置自动控制系统由被控对象和控制装置两部分组成。

控制装置包含的主要单元:测量单元——用来测量被调量,并将被调量转换为与之成比例(或其它函数关系)的某种便于传送和综合的信号。

由检测元件和变送器组成。

给定单元——用来设定被调量的给定值,发生与测量信号同一类型的给定值信号。

调节单元——接受被调量和给定值信号,比较后的偏差信号发出一定规律的调节执行给执行器。

由控制器或计算机装置组成。

执行器——根据调节单元送来的调节指令去推动调节机构,改变调节量。

控制——就是根据被调量偏离给定值的情况,适当地动作调节机构,改变调节量,最后抵消扰动的影响,使被调量回复到给定值。

第三节 自动控制系统的方框图在研究自动控制系统时,为了便于分析并直观地表示系统中各个组成部分(环节)间的相互影响和信号的传递关系,一般习惯采用方框图(也称方块图)来表示。

一. 几个基本概念① 环节——方框图中,系统的每一个具有一定功能的组成部分称为环节。

图形为方框,环节间信号的传递用带箭头的作用线来表示,箭头方向为作用方向。

② 输入信号——箭头进入方框的信号。

输入信号就是使系统这个元件发生变化的原因。

③ 输出信号——箭头离开方框的信号。

在输入信号作用下,引起元件变化的结果。

对于整个系统而言,系统的输出量即为被控量,而系统的输入量则有两个:一个是给定值的变化,另一个是干扰的输入。

不同的干扰起作用也不同。

例如:对于汽包而言,输出量为水位,而引起液位变化的因素有两个,即给水流量的变化和蒸汽负荷的变化。

而实际系统中,蒸汽是从汽包中流出。

二. 广义对象方框图的应用可繁可简,其基本原则就是能清楚地表达所需研究的信号的传递关系和所研究环节的性能。

在工程实际中,所测量的对象的特性,往往还包含检测元件、变送器和执行机构的特性,这时,对象的特性则称为“广义对象特性”。

第四节 自动控制系统的分类一、按信号的传递路径来分类1、开环控制系统系统的输出端与输入端不存在反馈回路,输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。

给定值 c特点:系统的被控量对系统的控制作用没有影响;系统结构简单,控制精度取决于系统各组成环节元部件的精度;对于干扰无法自动补偿,控制精度难以保证;仅适用于输入/输出关系已知,且系统几乎不存在干扰的场合。

前馈控制:对于开环控制,如果存在可测的干扰信号,则可利用干扰信号产生控制作用,以补偿干扰对被控量的影响。

例如:自动报警器、自动售货机、自动流水线等。

这种按照开环补偿原理建立起来的系统称为开环补偿系统,该控制称为前馈控制。

特点:是一种主动控制方式;单纯的前馈控制一般难以满足控制要求;控制精度受到原理的限制。

2. 闭环控制系统(反馈控制系统)特点:系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。

“闭环”这个术语的含义,就是将输出信号通过测量元件反馈到系统的输入端,通过比较、控制来减小系统误差。

特点:统的输出量(被控量)对控制作用有直接影响;都是负反馈控制系统,按照偏差进行控制;不管由于干扰或由于系统结构参数的变化所引起的被控量偏离给定值,都会产生控制作用去消除该偏差。

该系统从原理上提供了实现高质量控制的可能性。

常见的控制系统绝大多数均属于闭环控制系统。

3. 复合控制系统给定值 被控量 位移由于反馈控制只是在偏差出现以后才产生控制作用,因此,系统在强干扰作用下,被控量有可能产生较大波动的控制过程。

对于这种工作环境适宜采用按偏差调节和按干扰补偿相结合的复合控制系统。

二、按系统的控制作用来分类控制的任务:使被控对象的被控量等于给定值。

即:1、恒值控制系统(或称自动调节系统、自动镇定系统、定植控制系统)特点:输入信号是一个恒定的数值,r(t)=const 。

工业生产中的恒温、恒压等自动控制系统都属于这一类型,如汽包水位控制、过热汽温控制等。

2、过程控制系统(或称程序控制系统)特点:输入信号是一个已知的函数,r(t)=f(t)。

系统的控制过程 按预定的程序进行,要求被控量能迅速准确地复现输入,如化工中的压力、温度、流量控制,电站汽轮机启动过程中希望转速随时间成一定函数关系。

恒值控制系统可看成输入等于常值的过程控制系统。

3、随动系统(或称伺服系统)特点:输入信号是一个未知函数。

要求控制系统的输出量跟随输入信号变化。

如:负荷控制、锅炉燃烧过程中的风量的控制等。

三、按系统传输信号的性质来分类1、连续系统特点:系统各部分的信号都是时间的连续函数。

目前工业中普遍采用的常规仪表PID 调节器控制的系统。

2、离散系统特点:系统中存在一个或几个时间上离散的信号。

系统中用脉冲开关或采样开关,将连续信号转变为离散信号。

其中离散信号以脉冲形式传递的系统又叫脉冲控制系统,离散信号以数码形式传递的系统又叫数字控制系统。

给定值 被控量四、按描述系统的数学模型不同来分类1、线性系统特点:系统由线性元件构成,描述运动规律的数学模型为线性微分方程。

运动方程一般形式:式中:r(t)—系统输入量; c(t)—系统输出量主要特点是具有叠加性和齐次性。

1、线性系统主要特点是具有叠加性和齐次性。

线性定常系统——描述系统运动状态的微分方程(差分方程)的系数是不随时间变化的常数。

线性时变系统——描述系统运动状态的微分方程(差分方程)的系数是时间的函数。

2、非线性系统特点:在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节。

非线性的理论研究远不如线性系统那么完整,目前尚无通用的方法可以解决各类非线性系统。

非线性系统不具备叠加性和均匀性。

线性系统和非线性系统的比较:r(t)和c(t)分别表示系统的输入和输出,判断各方程所描述的系统的类型(线性/非线性、定常/时变、动态/静态)。

线性系统的要领:(1)线性系统的一般形式:(2)方程中的每一项均与c(t),r(t)或其各阶导数有关。

(3)系统不能为他们的导数或c(t),r(t)。

(4)ai 和bi 均为常数时为定常系统,否则为时变系统。

(5)当方程中只含有c(t),r(t)而不含其导数项时,为静态系统。

(6)分段特性系统是非线性系统,因为动态是指全范围满足叠加性。

其他的分类方法:c(t)a dt dc(t)a dt c(t)d a dt c(t)d a 011-n 1-n 1-n 1-n n n n n ++++Λr(t)b dtdr(t)b dt r(t)d b dt r(t)d b 011-m 1-m 1-m 1-m m m m m ++++=Λ。

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