北京理工大学 自动控制原理考研 ppt课件
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《自动控制原理》PPT课件
4
4-1 根轨迹的基本概念
4-1-1 根轨迹
闭环极点随开环根轨迹增益变化的轨迹
目标
系统参数 连续、运动、动态
开环系统中某个参数由0变化到 时，
闭环极点在s平面内画出的轨迹。一 个根形成一条轨迹。
5
例4-1 已知系统如图，试分析 Kc 对系统特征根分布的影响。
R(s)
_ Kc
1
C(s)
s(s+2)
解：开环传递函数 G(s) Kc 开环极点：p1 0
s(s 2)
开环根轨迹增益：K * Kc 闭环特征方程：s2 2s K * 0
闭环特征根
2 s1,2
4 4K* 1
2
1 K*
p2 2
6
研究K*从0～∞变化时，闭环特征根的变化
K*与闭环特征根的关系 s1,2 1 1 K*
引言
时域分析法
优点：可以直接分析系统的性能 缺点：不能在参数变化时，预测系统性能；
不能在较大范围内，给出参数优化设 计的预测结果
系统的闭环极点
系统的稳定性 系统的动态性能
系统闭环特征方程的根
高阶方程情形 下求解很困难
系统参数（如开环放大倍数）的变化会引起其 变化，针对每个不同参数值都求解一遍根很麻 烦。
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
G(s)H(s) [G(s)H(s)] 1(2k 1) G(s)H(s) (2k 1)
4-1 根轨迹的基本概念
4-1-1 根轨迹
闭环极点随开环根轨迹增益变化的轨迹
目标
系统参数 连续、运动、动态
开环系统中某个参数由0变化到 时，
闭环极点在s平面内画出的轨迹。一 个根形成一条轨迹。
5
例4-1 已知系统如图，试分析 Kc 对系统特征根分布的影响。
R(s)
_ Kc
1
C(s)
s(s+2)
解：开环传递函数 G(s) Kc 开环极点：p1 0
s(s 2)
开环根轨迹增益：K * Kc 闭环特征方程：s2 2s K * 0
闭环特征根
2 s1,2
4 4K* 1
2
1 K*
p2 2
6
研究K*从0～∞变化时，闭环特征根的变化
K*与闭环特征根的关系 s1,2 1 1 K*
引言
时域分析法
优点：可以直接分析系统的性能 缺点：不能在参数变化时，预测系统性能；
不能在较大范围内，给出参数优化设 计的预测结果
系统的闭环极点
系统的稳定性 系统的动态性能
系统闭环特征方程的根
高阶方程情形 下求解很困难
系统参数（如开环放大倍数）的变化会引起其 变化，针对每个不同参数值都求解一遍根很麻 烦。
1 绘制依据 ——根轨迹方程
R(s) _
C(s) G(s)
闭环的特征方程：1 G(s)H(s) 0
H(s)
即：G(s)H(s) 1 ——根轨迹方程（向量方程）
用幅值、幅角的形式表示：
G(s)H(s) 1
G(s)H(s) [G(s)H(s)] 1(2k 1) G(s)H(s) (2k 1)
北理工自动控制理论课件
t
cmax = sup |c(t)|,0 ≤ t ≤ ∞
调整时间 上升时间
§5 自动控制系统的研究方法
• 自动控制研究的三个基本问题： 建立数学模型 系统性能分析 控制器设计 • 分析： 在给定系统的条件下，将物理系统抽象成数学模型， 然 后用已经成熟的数学方法和先进的计算工具来定性或定量地 对系统进行动、静态的性能分析。 • 综合： 在已知被控对象和合定性能指标的前提下，寻求控制规 律，建立一个能使被控对象满足性能要求的系统。
三.自动控制技术的作用 1. 自动控制技术的应用不仅使生产过程实 现了自动化，极大地提高了劳动生产率， 而且减轻了人的劳动强度。 2. 自动控制使工作具有高度的准确性，大 大地提高了武器的命中率和战斗力，例如 火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才 能打下高速高空飞行的飞机。 3. 某些人们不能直接参与工作的场合就更离 不开自动控制技术了，例如原子能的生产、 火炮或导弹的制导等等。
控制系统的工作原理 1.人工控制恒温箱温度
控制过程： 1 观测恒温箱中的温度（被控 量） 2 与要求的温度（给定值）进 行比较得到温度偏差的大小和 方向 3 根据偏差大小和方向调节调 压器，控制加热电阻丝的电流 以调节温度回复到要求的温度
控制流程如图：
控制的实质：检测偏差和纠正偏差
2 恒温箱自动控制系统
•
美国的M. E. Merchant 提出计算机集成制造 的概念(1969)；
•
日本Fanuc 公司研制出由加工中心和工业机 器人组成的柔性制造单元(1976)；
中国批准 863高技术计划，包括自动化领域的 计算机集成制造系统和智能机器人两个主题 (1986)。
• 日本安川公司娱制 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。
《自动控制原理》PPT课件_OK
例如对一个微分方程，若已知初值和输入值，对 微分方程求解，就可以得出输出量的时域表达式。 据此可对系统进行分析。所以建立控制系统的数学 模型是对系统进行分析的第一步也是最重要的一步。
控制系统如按照数学模型分类的话，可以分为线 性和非线性系统，定常系统和时变系统。
2021/7/21
2
自动控制原理
[线性系统]：如果系统满足叠加原理，则称其为线性系 统。叠加原理说明，两个不同的作用函数同时作用于 系统的响应，等于两个作用函数单独作用的响应之和。
[解]速度控制系统微分方程为：
a2 a1 a0 b1ug b0ug 对上式各项进行拉氏变换，得：
(s)(a2s2 a1s a0) Ug (s)(b1s b0)
即：
(s)
(b1s (a2s2
b0 ) a1s
a0 )
U
g
(s)
当输入已知时，求上式的拉氏反变换，即可求得输出
的时域解。
2021/7/21
2021/7/21
20
自动控制原理
[关于传递函数的几点说明]
❖ 传递函数的概念适用于线性定常系统，与线性常系 数微分方程一一对应。与系统的动态特性一一对应。
❖ 传递函数不能反映系统或元件的学科属性和物理性 质。物理性质和学科类别截然不同的系统可能具有 完全相同的传递函数。而研究某传递函数所得结论 可适用于具有这种传递函数的各种系统。
将上式求拉氏变化，得(令初始值为零）
(ansn an1sn1 a1s a0)Y(s) (bmsm bm1sm1 b1s b0)X (s)
G(s)
Y (s) X (s)
bm s m an s n
bm1sm1 b1s b0 an1sn1 a1s a0
控制系统如按照数学模型分类的话，可以分为线 性和非线性系统，定常系统和时变系统。
2021/7/21
2
自动控制原理
[线性系统]：如果系统满足叠加原理，则称其为线性系 统。叠加原理说明，两个不同的作用函数同时作用于 系统的响应，等于两个作用函数单独作用的响应之和。
[解]速度控制系统微分方程为：
a2 a1 a0 b1ug b0ug 对上式各项进行拉氏变换，得：
(s)(a2s2 a1s a0) Ug (s)(b1s b0)
即：
(s)
(b1s (a2s2
b0 ) a1s
a0 )
U
g
(s)
当输入已知时，求上式的拉氏反变换，即可求得输出
的时域解。
2021/7/21
2021/7/21
20
自动控制原理
[关于传递函数的几点说明]
❖ 传递函数的概念适用于线性定常系统，与线性常系 数微分方程一一对应。与系统的动态特性一一对应。
❖ 传递函数不能反映系统或元件的学科属性和物理性 质。物理性质和学科类别截然不同的系统可能具有 完全相同的传递函数。而研究某传递函数所得结论 可适用于具有这种传递函数的各种系统。
将上式求拉氏变化，得(令初始值为零）
(ansn an1sn1 a1s a0)Y(s) (bmsm bm1sm1 b1s b0)X (s)
G(s)
Y (s) X (s)
bm s m an s n
bm1sm1 b1s b0 an1sn1 a1s a0
北京理工大学810自动控制原理考研课件9
K L( s ) (10s 1)(2s 1)(0.2 s 1)
determine the stability of the system at K=20 and K=100.
14
1. start： lim L( j ) lim K K 0
0 0
2. end： lim L ( j )＝0 270
n i 1 M
(s p )
k 1 k
• The poles of F(s) are the poles of L(s). • The zeros of F(s) are the characteristic roots of the system.
9
• For a system to be stable, all the zeros of F(s) must lie in the left-hand s-plane. • Choose a contour Γ s in the s-plane that encloses the entire right-hand s-plane, the number of encirclements of the origin of the j F(s)-plane is N=Z-P. Z: zeros in RHP P: poles in RHP r=∞ • So the number of unstable 0 poles of the system is Z=N+P
5
7.2 Mapping Contours in the s-plane
• A contour map is a contour in one plane mapped into another plane by a relation F(s). Example: s
determine the stability of the system at K=20 and K=100.
14
1. start： lim L( j ) lim K K 0
0 0
2. end： lim L ( j )＝0 270
n i 1 M
(s p )
k 1 k
• The poles of F(s) are the poles of L(s). • The zeros of F(s) are the characteristic roots of the system.
9
• For a system to be stable, all the zeros of F(s) must lie in the left-hand s-plane. • Choose a contour Γ s in the s-plane that encloses the entire right-hand s-plane, the number of encirclements of the origin of the j F(s)-plane is N=Z-P. Z: zeros in RHP P: poles in RHP r=∞ • So the number of unstable 0 poles of the system is Z=N+P
5
7.2 Mapping Contours in the s-plane
• A contour map is a contour in one plane mapped into another plane by a relation F(s). Example: s
自动控制原理24 24页PPT文档
-
1
1 uo(s)
R 2 I2(s) C 2 s
为了求出总的传递函数，需要进行适当的等效变换。一个
可能的变换过程如下：
C2s
ui (s) -
1 I1(s) - 1 u (s)
R1
I(s) C1s
1 R2C2s 1
uo(s) ①
ui (s) -
9/8/2019
-1
R1
R1C2s
1
u(s)
C1s
1 R2C2s 1
9/8/2019
20Leabharlann 动输入作用下的闭环系统的传递函数（二）扰动作用下的闭环系统：
此时R(s)=0,结构图如下：
N (s)
E(s)
+
G1(s)
G2 (s)
-
B(s) H (s)
输出对扰动的传递函数为：
C(s)
N(s)C N((ss))1G G 21(G s)2H
输出为：C(s) G2 N(s) 1G1G2H
u f (s)
Kf
- (s)
在结构图中，不仅能反映系统的组成和信号流向，还能表 示信号传递过程中的数学关系。系统结构图也是系统的数学模 型，是复域的数学模型。
9/8/2019
5
结构图的等效变换
二、结构图的等效变换： [定义]：在结构图上进行数学方程的运算。 [类型]：①环节的合并；
--串联 --并联 --反馈连接 ②信号分支点或相加点的移动。 [原则]：变换前后环节的数学关系保持不变。
①信号相加点的移动：
把相加点从环节的输入端移到输出端
X1(s)
G(s) Y (s)
X2(s)
X1(s) G(s) X2(s) N (s)
自动控制原理课件ppt
G3(s)
G2(s)
H3(s)
E(S)
R(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
P2= - G3G2H3
△2= 1
P2△2=
梅逊公式求E(s)
P1= –G2H3
△1= 1
N(s)
G1(s)
H1(s)
H2(s)
C(s)
G3(s)
G2(s)
H3(s)
R(s)
E(S)
四个单独回路，两个回路互不接触
e
A
100%
一阶系统时域分析
无零点的一阶系统 Φ(s)=
Ts+1
k
, T
时间常数
(画图时取k=1,T=0.5)
单 位 脉 冲 响 应
k(t)=
T
1
e-
T
t
k(0)=
T
1
K’(0)=
T
1
2
单位阶跃响应
h(t)=1-e-t/T
h’(0)=1/T
h(T)=0.632h(∞)
h(3T)=0.95h(∞)
h(2T)=0.865h(∞)
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
飞机示意图
给定电位器
反馈电位器
给定装置
放大器
舵机
飞机
反馈电位器
垂直陀螺仪
θ0
θc
扰动
俯仰角控制系统方块图
飞机方块图
液位控制系统
控制器
自动控制原理课件ppt
课件3 ~6为第一章的内容。制作目的是节省画图时间，便于教师讲解。 课件6要强调串联并联反馈的特征，在此之前要交待相邻综合点与相邻引出点的等效变换。 课件7中的省略号部分是反过来说，如‘合并的综合点可以分开’等。最后一条特别要讲清楚，这是最容易出错的地方！ 课件10先要讲清H1和H3的双重作用，再讲分解就很自然了。 课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用梅逊公式求传递函数。
自动控制原理(全套课件659P)
手动控制
人在控制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值；
（2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行
判断节，如调节阀门开度、改变触点位置。
ppt课件 4
1.1 自动控制的基本概念
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。 如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收
ppt课件 6
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系统的稳定性，求取系
统的动态、静态性能指标，并据此评价系统的过程称为控制系统分 析。
控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，
合理的确定控制装置的结构参数，称为控制系统设计。 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 。 给定值：系统输出量应达到的数值（例如与要求的炉温对应的电 压）。 扰动：是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号，如电源电压
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）
与控制作用之间存在着负反馈的控制 方式。采用闭环控制的系统称为闭环
控制系统或反馈控制系统。闭环控制
是一切生物控制自身运动的基本规律。 人本身就是一个具有高度复杂控制能
力的闭环系统。
优点：具有自动补偿由于系统内部和外 部干扰所引起的系统误差（偏差）的
能力，因而有效地提高了系统的精度。
脑
手
输出量 （手的位置）
ppt课件
16
闭环控制系统方框图
ppt课件
17
反馈控制系统的组成、名词术语和定义
反馈控制系统方框图
ppt课件
18
1.2 自动控制理论的发展
《自动控制原理》PPT课件
i1
j1
i1
j1
f
G(s)
K G (1s 1)(22s2 22s 1) s (T1s 1)(T22s2 2T2s 1)
KG'
(s zi )
i1 q
(s pi )
i1
前向通道增益 前向通道根轨迹增益
KG'
KG
1 2 2 T1T2 2
反馈通道根轨迹增益
l
(s z j )
H(s) K H '
狭义根轨迹（通常情况）：
变化参数为开环增益K，且其变化取值范围为0到∞。
G(s)H (s) K s(s 1)
(s) C(s) K R(s) s2 s K
D(s) s2 s K 0
s1,2
1 2
1 2
1 4K
K＝0时 s1 0 s2 1
0 K 1/ 4 两个负实根
K值增加 相对靠近移动
i1
i1
负实轴上都是根轨迹上的点！
m
n
(s zi ) (s pi ) | s2 p1 135
i1
i1
负实轴外的点都不是根轨迹上的点！
二、绘制根轨迹的基本规则
一、根轨迹的起点和终点 二、根轨迹分支数 三、根轨迹的连续性和对称性 四、实轴上的根轨迹 五、根轨迹的渐近线 六、根轨迹的分离点 七、根轨迹的起始角和终止角 八、根轨迹与虚轴的交点 九、闭环特征方程根之和与根之积
a
(2k 1)180 nm
渐近线与实轴交点的坐标值：
n
m
pi zi
a＝ i1
i1
nm
证明
G(s)H (s) K '
m
(s zi )
i 1 n
自动控制原理课件ppt
控制目标。
传感器
检测系统的状态或参数，并将 检测结果转换为电信号传输给
控制器。
调节机构
根据控制器的指令调整系统的 参数或结构，以实现系统的稳
定和性能优化。
02
控制系统基本概念
系统稳定性
01Biblioteka 0203稳定性的定义
一个控制系统在受到扰动 后能够回到原始状态的能 力。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可 以分为渐近稳定、指数稳 定和不稳定三种类型。
闭环控制系统
系统的输出反馈到输入端，通过反馈 控制提高控制精度。
03
控制系统的数学模型
传递函数
定义
传递函数是描述线性定常系统动 态特性的数学模型，它反映了系 统输出与输入之间的函数关系。
形式
传递函数通常表示为有理分式的 形式，即 G(s) = num(s)/den(s) ，其中 s 是复变量，num(s) 是 分子多项式，den(s) 是分母多项
参数优化
根据系统性能指标，调整控制器的参数，以实现更好的控制效果 。
结构优化
对控制系统结构进行调整，以提高系统的稳定性和动态性能。
鲁棒性优化
提高系统对不确定性和干扰的抵抗能力，保证系统在各种情况下 都能稳定运行。
控制系统的调试与测试
硬件调试
对控制系统的硬件部分进行调试，确保硬件设备正常工作 。
软件调试
自动控制的应用
工业自动化
航空航天
交通运输
智能家居
自动化生产线、机器人 、自动化仪表等。
飞行器控制、卫星轨道 控制等。
自动驾驶车辆、列车控 制等。
智能家电、智能照明等 。
自动控制系统的组成
01
02
03
传感器
检测系统的状态或参数，并将 检测结果转换为电信号传输给
控制器。
调节机构
根据控制器的指令调整系统的 参数或结构，以实现系统的稳
定和性能优化。
02
控制系统基本概念
系统稳定性
01Biblioteka 0203稳定性的定义
一个控制系统在受到扰动 后能够回到原始状态的能 力。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可 以分为渐近稳定、指数稳 定和不稳定三种类型。
闭环控制系统
系统的输出反馈到输入端，通过反馈 控制提高控制精度。
03
控制系统的数学模型
传递函数
定义
传递函数是描述线性定常系统动 态特性的数学模型，它反映了系 统输出与输入之间的函数关系。
形式
传递函数通常表示为有理分式的 形式，即 G(s) = num(s)/den(s) ，其中 s 是复变量，num(s) 是 分子多项式，den(s) 是分母多项
参数优化
根据系统性能指标，调整控制器的参数，以实现更好的控制效果 。
结构优化
对控制系统结构进行调整，以提高系统的稳定性和动态性能。
鲁棒性优化
提高系统对不确定性和干扰的抵抗能力，保证系统在各种情况下 都能稳定运行。
控制系统的调试与测试
硬件调试
对控制系统的硬件部分进行调试，确保硬件设备正常工作 。
软件调试
自动控制的应用
工业自动化
航空航天
交通运输
智能家居
自动化生产线、机器人 、自动化仪表等。
飞行器控制、卫星轨道 控制等。
自动驾驶车辆、列车控 制等。
智能家电、智能照明等 。
自动控制系统的组成
01
02
03
自动控制理论第一章绪论
четверг, 10 июня 2021 г.
E精XI选TPPT课件
第1章第5页 5
1.1 引言 1.2控制系统基本工作原理 1.3控制系统分类 1.4闭环控制系统的基本组成 1.5控制系统的基本要求 1.6控制理论的发展历程
четверг, 10 июня 2021 г.
E精XI选TPPT课件
你身边的自动控制系统
全自动洗衣机 电冰箱 电饭煲 电梯控制系统 温度控制系统 水位控制系统 速度控制系统
четверг, 10 июня 2021 г.
E精XI选TPPT课件
第1章第12页12
ABS 刹车防抱死系统 EBD 电子制动力分配系统 EBA 电子刹车辅助系统 TCS 遁迹控制系统 ESP 牵引力控制系统
控制器
четверг, 10 июня 2021 г.
步进电机
齿轮
E精XI选TPPT课件
第1章第22页22
第1章 自动控制理论概述
2) 闭环控制系统：输入量和输出量之间不仅有顺作用， 而且具有反向作用（反馈），则为闭环控制系统。
特点：闭环控制系统都是利用负反馈原理进行工作的， 能够自动修正输出量的偏差，能够修正扰动引起的误 差，其控制精度较高，但结构复杂，成本较高。
четверг, 10 июня 2021 г.
E精XI选TPPT课件
第1章第3页 3
平时成绩：30％ 考试成绩：70％
平时成绩：1 课堂回答问题； 2 课堂测验成绩； 3 作业。
четверг, 10 июня 2021 г.
E精XI选TPPT课件
第1章第4页 4
课堂纪律： 1 不影响他人听讲； 2 不得带耳机，吃零食； 3 请将手机关闭或设为静音。
北京理工大学自动化辅导班自动控制理论讲义
北京理工大学自动控制原理内部讲义第一讲专业信息介绍首先欢迎大家来听我讲课，既然大家选择报考北京理工大学，相信大家对学校的自动化这个专业在全国的一个整体的位置肯定有个大致的了解！我个人认为还是相当不错的！那我们学校招收这个专业的学院很多，主要以原信息科学技术学院和原宇航科学技术学院为主，当然也包括其他几个学院，下面就是08年招生的一个表。
招生学院招生人数（单位：个）信息科学技术学院（1院）133宇航科学技术学院（2院）34化工与环境学院（5院）13管理与经济学院（8院） 1计算机学院（12院） 22009年由于学校进行了学院调整，原信息学院调整为自动化学院，信息与电子学院以及光电学院，宇航科学技术学院调整为宇航学院与机电学院等，专业调整较大，人数不便统计，在此不一一列举。
总体而言，招生人数很多，但同时报考人数也多，历年来比例均维持在1：3到1：4之间，竞争非常激烈。
整个控制科学与工程这个一级学科下面分了6个方向，分别是控制理论与控制工程、导航制导与控制、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、系统工程、运动驱动与控制。
由于各个方向以后的发展不同招生的人数不同，所以报考的人数也不同。
这就导致了复试分数线也不同，所以选好相对应的方向直接影响你是否会被录取。
下面以就自动化学院，宇航学院以及机电学院为例介绍关于此方面的信息。
控制理论与控制工程（简称双控）是国家重点学科，所以报考人非常多，其中最出名的导师就是伍清河教授，控制理论与控制工程比较偏向于理论研究，有这方面爱好的同学可以报考。
就业方面导航、制导与控制方向是国防重点学科，长期有国家大型项目，所以发展的非常好，其中最富盛名的导师有付梦印教授；模式识别与智能系统这个比较偏向电子，这个方向的导师有任雪梅等教授，检测技术与自动化装置方向的导师主要有陈祥光，彭光正等教授。
系统工程方向也是比较偏向理论的方向，与控制理论与控制工程相比报考的人数会少些，当然钟秋海教授就是这个方面比较权威的专家。
北理自动控制原理第一章课件.
没有反向联系的控制作用。
输入
控制器、执
行机构
输出 被控对象
（2）反馈控制： 在反馈控制系统中，控制装置对控制对象
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的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制 的原理。例如：汽车驾驶控制系统
预期行 + 驶路线
偏差 驾车人
驾驶机构
汽车
实际行 驶路线
-
视觉和触觉测量
反馈： 取出输出量送回到输入量，并与输入
信号相比较产生偏差信号的过程。
负反馈：
若反馈的信号是与输入信号相减，使 产生的偏差越来越小；反之，则称为正反 馈。
反馈控制： 就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过
程，而且，由于引入了被控量的反馈信息， 整个控制过程称为闭合的，因此反馈控制也 称闭环控制。
二是美国数学家Kalman提出的状态空间、能控性、 能观性、反馈镇定、卡尔曼滤波
70年代的智能控制阶段 借鉴人工智能中发展出来的逻辑推力、
启发式知识、专家系统等，解决难以建立精 确数学模型的复杂系统的控制问题，
主要有： 模糊控制、神经网络、专家系统、定性
学习、学习控制等
2．基本控制方式
（1）开环控制： 控制装置和被控对象之间只有顺向作用而
公元1769年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽
机的速度，由此产生了第一次工业革命。飞球调节器是人 们普遍认为最早应用于工业过程的自动反馈控制器。
J.C.Maxwell（麦克斯韦尔）最早研究 了这种不稳定现象。1868年发表《论调节 器》，对反馈机理作了理论论述，并从数学 上进行了探讨。
离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数 码形式传递的系统。
输入
控制器、执
行机构
输出 被控对象
（2）反馈控制： 在反馈控制系统中，控制装置对控制对象
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的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制 的原理。例如：汽车驾驶控制系统
预期行 + 驶路线
偏差 驾车人
驾驶机构
汽车
实际行 驶路线
-
视觉和触觉测量
反馈： 取出输出量送回到输入量，并与输入
信号相比较产生偏差信号的过程。
负反馈：
若反馈的信号是与输入信号相减，使 产生的偏差越来越小；反之，则称为正反 馈。
反馈控制： 就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过
程，而且，由于引入了被控量的反馈信息， 整个控制过程称为闭合的，因此反馈控制也 称闭环控制。
二是美国数学家Kalman提出的状态空间、能控性、 能观性、反馈镇定、卡尔曼滤波
70年代的智能控制阶段 借鉴人工智能中发展出来的逻辑推力、
启发式知识、专家系统等，解决难以建立精 确数学模型的复杂系统的控制问题，
主要有： 模糊控制、神经网络、专家系统、定性
学习、学习控制等
2．基本控制方式
（1）开环控制： 控制装置和被控对象之间只有顺向作用而
公元1769年，英国人J.Watt用离心式调速器控制蒸汽
机的速度，由此产生了第一次工业革命。飞球调节器是人 们普遍认为最早应用于工业过程的自动反馈控制器。
J.C.Maxwell（麦克斯韦尔）最早研究 了这种不稳定现象。1868年发表《论调节 器》，对反馈机理作了理论论述，并从数学 上进行了探讨。
离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数 码形式传递的系统。
北理工自动化课件1
1-5 控制系统的典型输入信号
1、阶跃函数
0 x(t ) A 1(t ) A 单位阶跃函数： A
A t0
t0
1
t0
A
0
A t0
t
0
t
t0
0
t
0
t0
t
A t0
A A A 1t 1t t 0 t t0 t0 t0
2、理想脉冲函数（或冲击函数）
5. 控制系统方框图
用方框和箭头表示的控制系统元件作用图
r(t)
e(t)
校正 装置 放大 元件
扰动
被控 对象
给定 装置
u(t)
控制量
偏差 (-) 参考 信号 输入信号
执行 器
c(t)
被控量
控制器 (或调节器) 反馈装置 测量变送器
广义被控系统
反馈信号
•方框图中的几种表示法：
输入量 环节名称 输出量 (或特性)
4.自动控制理论研究简史
经典控制理论：20世纪40-50年
起源：二战军工技术的需求 目标：反馈控制系统的稳定性 方法：微分方程、传递函数、根轨迹、频域分析 应用系统:单输入单输出系统（SISO）
现代控制理论：20世纪60年代
起源：冷战时期，空间技术发展的需求 目标：最优控制
自动控制技术已经成为现代社会中的不可缺少的一部分比人工作的更好更快更准把人从繁重危险的任务中解放出来完成人无法完成的工作工业生产军事装备航空航天生物医学经济运行社会管理日常生活等诸多领域都有自动控制系统自动控制原理这门课程就是来研究这些自动控制装置或系统的基本工作规律和原理主要以丽字头的丽京丽斯丽高丽嘉丽宫及美林香槟小镇誉天下棕榈滩组成温榆广场是其主要商业配套英国学校等国际学校是其主要的教育资源
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4
Root Locus
unstable
4
K
3 G(s) s2 (s 2)
2
1
Imag Axis
0
-1
-2
-3
-4
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Real Axis
5
理硕教育—专注于北理工考研辅 导
• 本资料由理硕教育整理，理硕教育是全国 唯一专注于北理工考研辅导的学校，相对 于其它机构理硕教育有得天独厚的优势。 丰富的理工内部资料资源与人力资源确保 每个学员都受益匪浅，确保理硕教育的学 员初试通过率89%以上，复试通过率接近 100%，理硕教育现开设初试专业课VIP一 对一，初试专业课网络小班，假期集训营 ，复试VIP一对一辅导，复试网络小班，考 前专业课网络小班，满足学员不同的需求 6
compensated root locus.
5. Evaluate the total system gain at the desired root
location and then calculate the error constant.
6. If the error constant is not satisfactory, a Phase-lag
R(s) Gc(s) + -
Y(s) G(s)
H(s)
(d) Input compensation
3
2. Phase-lead design using the root locus Adding a single zero moves root locus to
the left and achieves the higher stability.
Chapter 5 Root Locus Method
5.1 The Root Locus Concept 5.2 Tபைடு நூலகம்e Root Locus Procedure 5.3 Examples for Drawing Root Locus 5.4 Parameter Design by the Root Locus Method 5.5 Relationship between Performance and the
location (or to the left of the first two real poles).
4. Determine the pole location so that the total angle at the
desired root location is 180° and therefore is on the
compensator is needed.
10
Example 5.15 Lead compensator using root locus
The uncompensated loop transfer function is
distributing of close-loop zeros and poles 5.6 Compensation by Using Root Locus Method 5.7 Summary 5.8 Three-term (PID) Controllers
1
5.6 Compensation by Using Root Locus Method
whether the desired root location can be realized.
3. If a compensator is necessary, place the zero of the
phase-lead network directly below the desired root
j
0
0
9
1. List the system specification and translate them into a
desired root location for the dominant roots.
2. Sketch the uncompensated root locus, and determine
1. Introduction
The design of a control system is concerned with the arrangement, or the plan, of the system structure and the selection of suitable components and parameters.
Gc (s) 1 Td s The noise is amplified, especially, the higher frequency noise.
8
Phase-lead network
Gc (s)
s 1 s 1
sz s p
j
1, or p z 0
The alteration or adjustment of a control system in order to provide a suitable performance is called compensation.
2
A compensator is an additional component or circuit that is inserted into a control system to compensate for a deficient performance.
R(s) + -
Gc(s)
G(s) Y(s)
H(s) (a) Cascade compensation
R(s) + -
Y(s) G(s)
Gc(s)
H(s)
(b) Feedback compensation
R(s) + -
Y(s)
G(s)
Gc(s)
H(s) (c) Output compensation
Root Locus
4
K (s 0.5) 3 G(s) s2 (s 2)
2
stable
1
Imag Axis
0
-1
-2
-3
-4
-2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2
0
Real Axis
7
Shortcomings It is difficult to realize
Root Locus
unstable
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K
3 G(s) s2 (s 2)
2
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Imag Axis
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Real Axis
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理硕教育—专注于北理工考研辅 导
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compensated root locus.
5. Evaluate the total system gain at the desired root
location and then calculate the error constant.
6. If the error constant is not satisfactory, a Phase-lag
R(s) Gc(s) + -
Y(s) G(s)
H(s)
(d) Input compensation
3
2. Phase-lead design using the root locus Adding a single zero moves root locus to
the left and achieves the higher stability.
Chapter 5 Root Locus Method
5.1 The Root Locus Concept 5.2 Tபைடு நூலகம்e Root Locus Procedure 5.3 Examples for Drawing Root Locus 5.4 Parameter Design by the Root Locus Method 5.5 Relationship between Performance and the
location (or to the left of the first two real poles).
4. Determine the pole location so that the total angle at the
desired root location is 180° and therefore is on the
compensator is needed.
10
Example 5.15 Lead compensator using root locus
The uncompensated loop transfer function is
distributing of close-loop zeros and poles 5.6 Compensation by Using Root Locus Method 5.7 Summary 5.8 Three-term (PID) Controllers
1
5.6 Compensation by Using Root Locus Method
whether the desired root location can be realized.
3. If a compensator is necessary, place the zero of the
phase-lead network directly below the desired root
j
0
0
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1. List the system specification and translate them into a
desired root location for the dominant roots.
2. Sketch the uncompensated root locus, and determine
1. Introduction
The design of a control system is concerned with the arrangement, or the plan, of the system structure and the selection of suitable components and parameters.
Gc (s) 1 Td s The noise is amplified, especially, the higher frequency noise.
8
Phase-lead network
Gc (s)
s 1 s 1
sz s p
j
1, or p z 0
The alteration or adjustment of a control system in order to provide a suitable performance is called compensation.
2
A compensator is an additional component or circuit that is inserted into a control system to compensate for a deficient performance.
R(s) + -
Gc(s)
G(s) Y(s)
H(s) (a) Cascade compensation
R(s) + -
Y(s) G(s)
Gc(s)
H(s)
(b) Feedback compensation
R(s) + -
Y(s)
G(s)
Gc(s)
H(s) (c) Output compensation
Root Locus
4
K (s 0.5) 3 G(s) s2 (s 2)
2
stable
1
Imag Axis
0
-1
-2
-3
-4
-2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2
0
Real Axis
7
Shortcomings It is difficult to realize