201自动控制原理(中英文).pptx
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自动控制原理教学ppt
前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
《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)
《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。
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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
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
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
自动控制原理课件ppt
控制系统的性能分析
1. 稳态误差分析：分析系统在稳态下的误差以及如 何进行补偿。 2. 响应速度分析：分析系统的响应速度，并且可以 通过合适的控制参数来提高响应速度。 3. 稳定性分析：分析系统的稳定性及如何通过控制 来保证系统的稳定性。
3
反馈控制系统设计
Design of feedback control system
传感器与执行器
它可以感知环境变化并反馈给控制器；执行器则负责将控制器输出的电信号转化为机械运动，控制被控制对象 实现预定动作。这两者在自动控制系统中起到了至关重要的作用，是系统稳定性和机能性的关键依托。除了常 见的传感器和执行器外，还有许多其他类型的传感器和执行器，如力传感器、温度传感器、阀门等。在实际应 用中，要根据具体情况选择合适的传感器和执行器，从而实现自动化、智能化控制。
控制系统基础
第一部分主要介绍控制系统的定义、分类以及控 制系统中常见的各种变量； 第二部分介绍了控制系统的主要组成部分，包括 传感器、执行器、控制器等； 第三部分则着重探讨了控制系统的性能要求，如 稳定性、灵敏度、鲁棒性等方面。通过深入了解 控制系统的基础知识，可以更好地理解和应用自 动控制原理。
自动控制原理
Principles of Automatic Control
Form：XXX
202X-XX-XX
1. 概述自动控制原理 2. 控制系统数学模型 3. 反馈控制系统设计 4. 梯形图及控制程序设计 5. 控制系统稳定性分析 6. 现代控制理论应用
目录
1
概述自动控制原理
Overview of automatic control principles
4
梯形图及控制程序设计
Ladder diagram and control program design
自动控制原理2021双语cha幻灯片PPT
Chapter 1 Introduction to control systems
控制系统简介
2
The Principle of Automatic Control 2008
Course Description
• This course is concerned with the analysis and design of control system
Manipulated variable 〔操纵量〕:按照指定规律变化使得被控 量到达指定目标的变量(varied by controller so as to affect the controlled variable)
e.g. Temperature control system (空调〕
Speed control system 〔汽车〕
转速0~1000转 扰动
P
电位器 ur
电压 uk 放大器
可控硅 ua 直流 n
功放
电动机
13
The Principle of Automatic Control 2008
Comments on open-loop control system
• The output is not measured and compared with the input, no feedback
comparing and using the difference (error) as a means of control –feedback control system
15
The Principle of Automatic Control 2008
Block diagram
r
控制系统简介
2
The Principle of Automatic Control 2008
Course Description
• This course is concerned with the analysis and design of control system
Manipulated variable 〔操纵量〕:按照指定规律变化使得被控 量到达指定目标的变量(varied by controller so as to affect the controlled variable)
e.g. Temperature control system (空调〕
Speed control system 〔汽车〕
转速0~1000转 扰动
P
电位器 ur
电压 uk 放大器
可控硅 ua 直流 n
功放
电动机
13
The Principle of Automatic Control 2008
Comments on open-loop control system
• The output is not measured and compared with the input, no feedback
comparing and using the difference (error) as a means of control –feedback control system
15
The Principle of Automatic Control 2008
Block diagram
r
自动控制原理中英文对照
自动控制原理中英文对照Automatic Control Principles 自动控制原理Introduction 简介Automatic control principles refer to the principles and theories that govern the design, development, and implementation of automated control systems. These systems are used in a variety of fields, including manufacturing, transportation, aerospace, and more. The goal of automatic control principles is to create systems that can operate independently and make decisions based on the input they receive.自动控制原理是指掌握设计、开发和实现自动控制系统的原理和理论。
这些系统应用于各种领域，包括制造业、交通运输、航空航天等。
自动控制原理的目标是创建能够独立运作并根据所接收的输入做出决策的系统。
Types of Control Systems 控制系统的类型There are two main types of control systems: open-loop and closed-loop. Open-loop systems are those that operate without any feedback, meaningthat they do not adjust their output based on the input they receive. Closed-loop systems, on the other hand, use feedback to adjust their output based on the input they receive.控制系统主要有两种类型：开环和闭环。
自控原理课件(英文版)分析
There is the need to know an accurate model of individual components.
1-4 types and Basic components of control systems.
Features of open-loop control
优点：简单，相对来说成本低 缺点：对可能出现的被控量偏离给定 值的偏差没有任何修正能力，抗干扰 能力差，控制精度不高。
1-4 types and Basic components of control systems.
Open-loop Control System
R
U
C
Controller
被Pl控ant对象
Controller
Measurement U
n
Plant
C
The output of the open-loop system has no effect upon the input signal.
Reference input
Comparison
Controller
Feedback signal
Measurement
Plant
Output
1-4 types and Basic components of control systems.
Features of feedback control systems
Example: Furnace temperature control system
Switch
Heater
Furnace
Power
Command input Switch & Heater Controller
1-4 types and Basic components of control systems.
Features of open-loop control
优点：简单，相对来说成本低 缺点：对可能出现的被控量偏离给定 值的偏差没有任何修正能力，抗干扰 能力差，控制精度不高。
1-4 types and Basic components of control systems.
Open-loop Control System
R
U
C
Controller
被Pl控ant对象
Controller
Measurement U
n
Plant
C
The output of the open-loop system has no effect upon the input signal.
Reference input
Comparison
Controller
Feedback signal
Measurement
Plant
Output
1-4 types and Basic components of control systems.
Features of feedback control systems
Example: Furnace temperature control system
Switch
Heater
Furnace
Power
Command input Switch & Heater Controller
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C、采用复合控制技术
第四章 根轨迹 （6 课时） 根轨迹方程，根轨迹绘制的基本法则，广义根轨迹，系统性能的分析与估算，基于
根轨迹的控制系统校正方法，MATLAB 语言根轨迹分析法。
1 根轨迹方程 （ 相角、幅值条件） 2 根轨迹绘制的基本法则，绘制根轨迹
第五章 线性系统的频域分析 （10 课时） 频率特性，典型环节和开环系统频率特性，奈奎斯特稳定判据，稳定裕度， 闭环频
标准
课程编号：2020161 课程类别：必修
《自动控制原理》课程教学大纲
授课对象：本科三年级
先修课程：复变函数，积分变换，信号与系统。
学分：4 总学时：56 课内学时：48 一、课程性质、教学目的与任务
实验学时： 8
课程性质：专业基础课，专业知识链条中的关键环节之一，自动控制原理是仪器仪 表类、测控类专业的重要基础课之一，这些专业主要学习信号传感（获取）、信号处理、 控制及光机电系统等知识，而控制是知识链条中的重要一环，随着科技发展，自动化、 智能化已成为仪器、产品、系统等的重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面的 知识。
文案
4
标准
实验安排：
实验二 直流电机速度控制实验
（8 课时）
1、开环控制、闭环控制系统设计
2、控制系统的校正设计
3、PID 调节器 开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作（实验目的、原理分析，
实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。
四、学时分配 总学时 56 学时 讲课 48 学时 实验 8 学时 课外学时 64 学时
二、教学基本要求 学习经典控制的基本理论和基本方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理
论和基本方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系 统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
三、教学内容 第一章 控制系统的一般要概念 （4 课时）
自动控制的基本原理与方式，自动控制系统示例，自动控制系统的分类，对自动控 制系统的基本要求
1、 基本概念；
文案
1
标准
2、 反馈系统基本组成； 3、 基本控制方式； 4、 控制系统分类：开环、闭环、复合控制； 第二章 控制系统的数学模型 （8 课时）
控制系统的时域数学模型，拉普拉斯变换，控制系统的复域数学模型，控制系统的 状态空间模型，控制系统的结构图与信号流图 2-1 时域模型、微分方程表示方法；
教学目的与任务：培养学生自动控制原理的基础知识，学习掌握经典控制的基本理 论、基本方法和控制系统的基本设计方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理 论、基本方法及控制系统设计方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的 时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法 等。
五、教材与参考资料 胡寿松等，《自动控制原理》，国防工业出版社，第 4 版，2002 1 自动控制原理，清华大学出版社，吴麒主编； 2 自动控制原理，中国科学技术大学出版社，庞国仲编； 3 自动控制原理试题精选与答题技巧，哈尔滨工业大学出版社，王彤主编； 4 自动控制原理常见题型解析及模拟题，西北工业大学出版社，史忠科，卢京潮编著； 5 MATLAB 语言工具箱—TOOLBOX 实用指南，西北工业大学出版社，施阳 李俊等编著； 6MATLAB 语言—演算纸式的科学工程计算语言，中国科学技术大学出版社，张培强主 编；
2 复域模型 1、 传递函数的定义与性质； 2、 传递函数的零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等； 3、 典型环节的传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；
3 控制系统的结构图与信号流图 1、结构图的等效变换与化简 2、 信号流图组成与性质 A．性质 、术语（理解） B．由结构图转 化为信号流图方法 C．梅逊公式
第三章 线性系统的时域分析法 （10 课时） 线性系统时间响应的性能指标，一阶系统的时域分析，二阶系统的时域分析，高阶
系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误差计算。 1 线性系统时间响应的性能标
tr ，t p ，ts ， %
2 一阶系统的单位阶跃响应， 3 二阶系统的时域响应
1、二阶系统的标准数学模型 闭环传递函数形式，表示为单位反馈系统形式 2、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形）
率特性，系统时域指标估算，传递函数的实验确定法，MATLAB 语言频域分析法。 2 频率特性 1、基本概念 系统频率特性与传函间关系 2、频率特性表示方法 幅相曲线；幅频特性；对数幅频特性曲线；相频特性曲线； 对数相频特性曲线
3 典型环节和开环系统频率特性
文案
3
标准
1、典型环节的幅频、相频特性 2、开环对数幅频、幅相曲线绘制 对数幅频特性采用渐近线法 3、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数的方法 4 奈奎斯特稳定性判据 1、奈代判据，实际使用判据，幅相曲线对称性 2、对数频率特性稳定性判据 I 型以上辅助线作法 5 稳定裕度 概念：截止频率；相角交界频率；相角裕度；幅值裕度 6 闭环频率特性（了解） 7 系统时域指标与频域指标关系
tr ， t p ， ts ， %
3、二阶系统性能改善
文案
2
标准
A、比例一微分控制 掌握原理、特点 B、测速反馈控制 掌握原理、特点及性能参数计算 4 高阶系统时域分析，主导闭环极点概念 5 线性系统稳定性分析 劳斯判据及其应用
6 线性系统的稳态误差 1、误差传递函数计算 2、利用终值定理求稳态误差 3、系统类型（型别） 4、典型参考信号输入下的稳态误差；误差系数 5、减小稳态误差方法：提高型别、提高开环增益、采用复合控制 6、扰动误差的传函、减小扰动误差方法 A、增加扰动作用点之前积分环节数目 B、增加扰动作用点之前环节的增益
了解它们之间的联系；
第六章 线性系统的校正方法 （10 课时） 系统的设计与校正问题，常用校正装置及其特性，串联校正，反馈校正，复合校正，
PID 调节器，基于 MATLAB 语言的校正分析法。 1 校正方法 串联，反馈，前馈，复合，原理，特性 2 常用校正装置及其特性（传函，特性，重要公式） 1、无源超前 2、无源迟后 3、无源迟后—超前 3 串联校正 1、串联超前 方法，实用范围 2、串联迟后 方法，实用范围 3、串联迟后—超前 方法，实用范围 4 反馈校正 （原理，优点） 5 复合校正 A. 按扰动补偿 （原理，扰动误差传函推导，误差全补偿条件） B. 按输入补偿 （原理，误差传函推导，误差全补偿条件） 6 PID 控制原理（P，PD，I，PI，PID 的特点）
第四章 根轨迹 （6 课时） 根轨迹方程，根轨迹绘制的基本法则，广义根轨迹，系统性能的分析与估算，基于
根轨迹的控制系统校正方法，MATLAB 语言根轨迹分析法。
1 根轨迹方程 （ 相角、幅值条件） 2 根轨迹绘制的基本法则，绘制根轨迹
第五章 线性系统的频域分析 （10 课时） 频率特性，典型环节和开环系统频率特性，奈奎斯特稳定判据，稳定裕度， 闭环频
标准
课程编号：2020161 课程类别：必修
《自动控制原理》课程教学大纲
授课对象：本科三年级
先修课程：复变函数，积分变换，信号与系统。
学分：4 总学时：56 课内学时：48 一、课程性质、教学目的与任务
实验学时： 8
课程性质：专业基础课，专业知识链条中的关键环节之一，自动控制原理是仪器仪 表类、测控类专业的重要基础课之一，这些专业主要学习信号传感（获取）、信号处理、 控制及光机电系统等知识，而控制是知识链条中的重要一环，随着科技发展，自动化、 智能化已成为仪器、产品、系统等的重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面的 知识。
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4
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实验安排：
实验二 直流电机速度控制实验
（8 课时）
1、开环控制、闭环控制系统设计
2、控制系统的校正设计
3、PID 调节器 开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作（实验目的、原理分析，
实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。
四、学时分配 总学时 56 学时 讲课 48 学时 实验 8 学时 课外学时 64 学时
二、教学基本要求 学习经典控制的基本理论和基本方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理
论和基本方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系 统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
三、教学内容 第一章 控制系统的一般要概念 （4 课时）
自动控制的基本原理与方式，自动控制系统示例，自动控制系统的分类，对自动控 制系统的基本要求
1、 基本概念；
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2、 反馈系统基本组成； 3、 基本控制方式； 4、 控制系统分类：开环、闭环、复合控制； 第二章 控制系统的数学模型 （8 课时）
控制系统的时域数学模型，拉普拉斯变换，控制系统的复域数学模型，控制系统的 状态空间模型，控制系统的结构图与信号流图 2-1 时域模型、微分方程表示方法；
教学目的与任务：培养学生自动控制原理的基础知识，学习掌握经典控制的基本理 论、基本方法和控制系统的基本设计方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理 论、基本方法及控制系统设计方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的 时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法 等。
五、教材与参考资料 胡寿松等，《自动控制原理》，国防工业出版社，第 4 版，2002 1 自动控制原理，清华大学出版社，吴麒主编； 2 自动控制原理，中国科学技术大学出版社，庞国仲编； 3 自动控制原理试题精选与答题技巧，哈尔滨工业大学出版社，王彤主编； 4 自动控制原理常见题型解析及模拟题，西北工业大学出版社，史忠科，卢京潮编著； 5 MATLAB 语言工具箱—TOOLBOX 实用指南，西北工业大学出版社，施阳 李俊等编著； 6MATLAB 语言—演算纸式的科学工程计算语言，中国科学技术大学出版社，张培强主 编；
2 复域模型 1、 传递函数的定义与性质； 2、 传递函数的零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等； 3、 典型环节的传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；
3 控制系统的结构图与信号流图 1、结构图的等效变换与化简 2、 信号流图组成与性质 A．性质 、术语（理解） B．由结构图转 化为信号流图方法 C．梅逊公式
第三章 线性系统的时域分析法 （10 课时） 线性系统时间响应的性能指标，一阶系统的时域分析，二阶系统的时域分析，高阶
系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误差计算。 1 线性系统时间响应的性能标
tr ，t p ，ts ， %
2 一阶系统的单位阶跃响应， 3 二阶系统的时域响应
1、二阶系统的标准数学模型 闭环传递函数形式，表示为单位反馈系统形式 2、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形）
率特性，系统时域指标估算，传递函数的实验确定法，MATLAB 语言频域分析法。 2 频率特性 1、基本概念 系统频率特性与传函间关系 2、频率特性表示方法 幅相曲线；幅频特性；对数幅频特性曲线；相频特性曲线； 对数相频特性曲线
3 典型环节和开环系统频率特性
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1、典型环节的幅频、相频特性 2、开环对数幅频、幅相曲线绘制 对数幅频特性采用渐近线法 3、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数的方法 4 奈奎斯特稳定性判据 1、奈代判据，实际使用判据，幅相曲线对称性 2、对数频率特性稳定性判据 I 型以上辅助线作法 5 稳定裕度 概念：截止频率；相角交界频率；相角裕度；幅值裕度 6 闭环频率特性（了解） 7 系统时域指标与频域指标关系
tr ， t p ， ts ， %
3、二阶系统性能改善
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A、比例一微分控制 掌握原理、特点 B、测速反馈控制 掌握原理、特点及性能参数计算 4 高阶系统时域分析，主导闭环极点概念 5 线性系统稳定性分析 劳斯判据及其应用
6 线性系统的稳态误差 1、误差传递函数计算 2、利用终值定理求稳态误差 3、系统类型（型别） 4、典型参考信号输入下的稳态误差；误差系数 5、减小稳态误差方法：提高型别、提高开环增益、采用复合控制 6、扰动误差的传函、减小扰动误差方法 A、增加扰动作用点之前积分环节数目 B、增加扰动作用点之前环节的增益
了解它们之间的联系；
第六章 线性系统的校正方法 （10 课时） 系统的设计与校正问题，常用校正装置及其特性，串联校正，反馈校正，复合校正，
PID 调节器，基于 MATLAB 语言的校正分析法。 1 校正方法 串联，反馈，前馈，复合，原理，特性 2 常用校正装置及其特性（传函，特性，重要公式） 1、无源超前 2、无源迟后 3、无源迟后—超前 3 串联校正 1、串联超前 方法，实用范围 2、串联迟后 方法，实用范围 3、串联迟后—超前 方法，实用范围 4 反馈校正 （原理，优点） 5 复合校正 A. 按扰动补偿 （原理，扰动误差传函推导，误差全补偿条件） B. 按输入补偿 （原理，误差传函推导，误差全补偿条件） 6 PID 控制原理（P，PD，I，PI，PID 的特点）