自动控制原理与系统
自动控制原理与系统
二、系统的稳态性能： 系统从一个稳定状态过渡到新的稳定状态后，会 出现偏差，称为稳态误差ess。ess=0,系统称为无静差 系统。否则称为有静差系统。稳态误差的大小反映了 系统的稳态精度，表征系统的准确程度。
t
0
1
输入r(t)
t
0
1
输入c(t)
1
2
理想的
实际
ess
01
任何实际系统从原平衡状态到达新的平衡状
03
入端，以增强或减弱输入信号的效应。
04
闭环控制系统：
例2.引入闭环控制后的直流电机转速控制系统
电
压
放
大
器
可
控
硅
功
放
负载
△u
k
u
a
u
n
+
M
R
Us
uf
G
方框图
电位器
电压 放大器
可控硅 放大器
直流 电动机
测速机
us
uf
uk
-
n
扰动
ua
转速负反馈的作用：引入测速发电机后，当外来 的电网电压波动使电机的转速发生变化时，测速发电 机会将变化的情况反馈到比较环节，系统作出相应调 节，最终控制转速稳定。
振荡次数 N：指在调整时间内，输出量在稳
性能指标是衡量自动控制系统技术品质的客
01
观标准，也是定货、验收的基本依据。对性能指
02
标的要求，在同一系统中往往相互矛盾；性能指
03
标要求过高，成本会大幅增加；因此要统筹兼顾。
04
建立数学模型
定性分析：弄清工作原理
1-6 研究自动控制系统的方法
定量分析：静、动态指标
自动控制原理及系统
自动控制原理及系统自动控制原理及系统是指通过使用自动化设备和技术手段，实现对物理系统的监测、测量、分析和控制的过程。
本文将从原理和系统两个方面来介绍自动控制的相关内容。
一、自动控制原理1. 反馈原理自动控制的核心原理是反馈原理。
反馈系统将被控对象的输出信号与期望的参考信号进行比较，根据误差信号，通过控制器来调节被控对象，使输出信号接近参考信号。
反馈原理可分为负反馈和正反馈，其中负反馈是最常用的。
2. 控制器控制器是自动控制系统中的重要组成部分，用于根据反馈信号对被控对象进行控制。
常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，它们可以分别实现比例控制、积分控制和微分控制的功能，也可以组合起来构成PID控制器。
3. 传感器和执行器传感器用于监测被控对象的状态或者输出参数，将其转化为电信号或者其他形式的信号输入到控制器中。
执行器则根据控制器的输出信号，对被控对象进行调节或者操作。
传感器和执行器是自动控制系统的接口，起到连接和转换信号的作用。
二、自动控制系统1. 开环控制系统开环控制系统是指控制器的输出信号不受被控对象的状态或者输出信号的影响，只根据预设的输入信号进行控制。
开环控制系统简单，但对于系统的变化和扰动不敏感。
2. 闭环控制系统闭环控制系统是指控制器的输出信号通过反馈回路与被控对象的输出信号进行比较，实现对系统的自动调节和校正。
闭环控制系统可以有效地抑制扰动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
3. 自适应控制系统自适应控制系统是通过利用被控对象的模型来对其进行建模和识别，根据模型参数的变化实时调整控制器的参数。
自适应控制系统具有良好的适应性和鲁棒性，能够应对系统工作环境的变化和故障。
4. 分散控制系统分散控制系统是将整个控制系统分为多个子系统，每个子系统独立完成一部分控制任务，通过通信网络进行数据传输和信息交换。
分散控制系统具有模块化和可扩展性的特点，适用于大型和复杂的控制系统。
5. 非线性控制系统非线性控制系统是指被控对象或者控制器的特性存在非线性关系的控制系统。
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统是研究控制系统的基本原理和方法，以及实现自动控制功能的系统工程。
自动控制系统通常由感知器、控制器和执行器三个主要部分组成。
感知器用于获取被控对象的状态信息，可以通过各种传感器和测量设备来实现。
感知器将所获得的数据转化为电信号或数字信号，以便被控制器处理。
控制器是自动控制系统的决策与执行中枢，主要负责制定控制策略和指令，并将其转化为适合执行器操作的形式。
控制器可以采用不同的算法和控制策略，如PID控制器、状态空间控制器等。
执行器是实际执行控制指令的设备，根据控制器的输出信号来完成相应的动作。
执行器可以是各种执行机构，如电动机、阀门、液压缸等。
自动控制系统的基本原理是通过感知器获取被控对象的状态信息，经过控制器进行处理和决策，最后通过执行器实现对被控对象的控制。
这个过程通常需要进行反馈控制，即将被控对象的实际输出与期望输出进行比较，从而调整控制器的输出。
自动控制系统在各行各业中都有广泛的应用，例如工业生产中的过程控制、交通运输中的自动驾驶、航空航天中的飞行控制等。
通过自动控制系统可以提高生产效率、优化资源利用、提高安全性和稳定性等。
综上所述，自动控制原理与系统是一门研究控制系统的学科，通过感知器、控制器和执行器等组成，实现对被控对象的自动控制。
自动控制原理与系统第三章 自动控制系统的数学模型
④将该方程整理成标准形式。即把与输入量有关的 各项放在方程的右边，把与输出量有关的各项放在 方程的左边，各导数项按降幂排列，并将方程中的 系数化为具有一定物理意义的表示形式，如时间常
二、微分方程建立举例
[例3-1]直流电动机的微分方程。
1.直流电动机(Direct-Current Motor)各物理量间的 关系。
②在各环节功能框的基础上，首先确定系统的 给定量(输入量)和输出量，然后从给定量开始，由
左至右，根据相互作用的顺序，依次画出各个环节， 直至得出所需要的输出量，并使它们符合各作用量 间的关系。
③然后由内到外，画出各反馈环节，最后在图上标 明输入量、输出量、扰动量和各中间参变量。
④这样就可以得到整个控制系统的框图。
①列出直流电动机各个环节的微分方程［参见 式3-1～式3-4］，然后由微分方程→拉氏变换式→ 传递函数→功能框。今将直流电动机的各功能框列 于表3-1中。
②如今以电动机电枢电压作为输入量，以电动 机的角位移θ 为输出量。于是可由开始，按照电动 机的工作原理，由依次组合各环节的功能框，然后 再加上电势反馈功能框，如图3-15所示。
(或环节)的固有特性。它是系统的复数域模型，也 是自动控制系统最常用的数学模型。
3．对同一个系统，若选取不同的输出量或不同 的输入量，则其对应的微分方程表达式和传递函数 也不相同。
4．典型环节的传递函数有
对一般的自动控制系统，应尽可能将它分解为 若干个典型的环节，以利于理解系统的构成和系统 的分析。
它还清楚地表明了各环节间的相互联系，因此它是 理解和分析系统的重要方法。
①全面了解系统的工作原理、结构组成和支配系统 工作的物理规律，并确定系统的输入量(给定量)和 输出量(被控量) ②将系统分解成若干个单元(或环节或部件)，然后 从被控量出发，由控制对象→执行环节→功率。
《自动控制原理与系统》课程标准
《自动控制原理与系统》课程教学标准目录一、前言1.课程的地位和作用1.1课程的地位1.2课程的作用二、主要教学内容描述1. 自动控制系统的基本概念2. 自动控制系统的数学模型3. 自动控制系统的分析方法4. 自动控制系统的校正方法5. 非线性控制系统的分析三、重点和难点1.重点2.难点四、内容及要求1.模块一自动控制系统的基本概念2.模块二自动控制系统的数学模型3.模块三自动控制系统的时域分析法4.模块四自动控制系统的根轨迹法5.模块五自动控制系统的频域分析法6.模块六自动控制系统的校正方法7.模块七非线性控制系统分析五、说明1.建议使用教材和参考资料2.模块学时分配3.考核方法及手段4.注意事项课程名称：自动控制原理与系统适用专业：电气自动化必备基础知识：高等数学、物理学、电路、模拟电子技术一、前言1、课程的地位和作用1.1课程的地位《自动控制原理与系统》是电气自动化专业的一门专业基础课，也是该专业的主干必修课之一。
本课程研究控制系统分析与设计的基础知识，包括线性控制系统的建模，时域分析法，根轨迹法，频域分析法三大分析方法，以及系统的校正与计算机辅助分析。
1.2课程的作用通过本课程的学习，要求学生掌握反馈控制系统的构成，控制系统数学模型的建立方法及系统时域、频域分析和校正方法，能初步具备理论联系实际，应用控制理论初步解决实际问题的能力，为以后的工作打下良好的基础。
二、主要教学内容描述1、自动控制系统的基本概念2、自动控制系统的数学模型3、自动控制系统的分析方法4、自动控制系统的校正方法5、非线性控制系统的分析三、重点和难点1、重点开环与闭环控制的基本原理和特点，传递函数的概念，闭环系统传递函数的求取，时域分析法，根轨迹法和频域分析法的概念和特点，熟练运用开环对数频率特性曲线分析系统的稳定性，稳态性和动态性指标，各环节对系统性能指标的影响以及提高系统性能指标的方法，校正环节对系统性能的影响2、难点由原理图绘制系统方块图的方法，系统框图的等效变换，根轨迹的绘制，系统开环对数频率特性曲线的绘制，由最小相位系统的开环对数频率特性曲线确定系统的开环传递函数的方法，稳定裕度概念以及与系统相对稳定性的关系，开环对数频率特性曲线的三频段法分析系统的性能指标，串联校正环节对系统性能指标的影响四、内容及要求模块一：自动控制系统的基本概念1、教学内容（1）自动控制系统及其任务、控制的基本方式、负反馈控制原理（2）自动控制系统的基本组成及分类、对自动控制系统的基本要求2、教学要求（1）掌握开环、闭环控制系统的特点及闭环系统的组成和分类。
自动控制原理与系统课程标准
《自动控制系统与应用》学习领域（课程）标准课程编号：适用专业：电子信息工程技术应用电子技术机械制造及其自动化课程类别：岗位核心学习领域修课方式：必修教学时数: 64学时一、课程的性质和任务（一）课程定位《自动控制系统与应用》是电子信息工程技术、应用电子技术、机械制造及其自动化等相关专业技术核心课程。
由于自动控制系统与应用在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为核心课程，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。
本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。
（二）学习目标通过《自动控制系统与应用》的学习，使学生掌握以下知识、专业能力、方法能力、社会能力等目标。
1.专业能力目标（1）掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法；（2）培养利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，（3）掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。
2．社会能力目标（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；（2）具有团队精神和协作精神；（3）具有良好的心理素质和克服困难的能力。
3．方法能力目标（1）能独立制定工作计划并进行实施；（2）具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力；（3）具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力；（4）具有自学能力、理解能力与表达能力；（5）具有将知识与技术综合运用与转换的能力；（6）具有综合运用知识与技术从事程度教复杂的技术工作的能力。
（三）前导课程本课程的前导课程为《高等数学》、《线性代数》、《数字电路》、《电路分析》、《复变函数与积分变换》和《模拟电子技术基础》等。
（四）后续课程：《现代控制理论》、《机电控制技术》、《PLC与电气控制》等。
二、课程内容标准（一）学习情境划分及学时分配（二）学习情境描述三、课程实施建议（一）课程教学模式1.更新传统的教学方式传统的以教师讲授为主，学生听课为辅的教学模式很难适应现代职业教学的理念，学校的教学设备也难于发挥作用。
电气自动控制原理与系统
物联网技术还可以应用于能源 管理和智能家居等领域，提高 能源利用效率和居住体验。
云计算技术在电气自动控制系统中的应用
云计算技术可以为电气自动控制 系统提供强大的数据处理和存储
能力，实现数据共享和分析。
通过云计算技术，可以实现远程 监控和控制，提高系统的灵活性
和可扩展性。
云计算技术还可以降低系统的建 设和维护成本，提高系统的可靠
信号处理电路
信号处理电路包括放大器、滤波器、运算放大器等，这些电路能够实 现信号的转换和传输。
信号处理软件
信号处理软件包括数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列 （FPGA）等，这些软件能够实现高速和高精度的信号处理。
05
电气自动控制系统的未 来发展
人工智能在电气自动控制系统中的应用
人工智能技术为电气自动控制系统提供了更高效、智能的解决方案，能够提高系统 的自动化水平，降低人工干预和操作成本。
控制系统的传递函数与动态结构图
传递函数
描述系统动态特性的数学模型，表示系统输入与输出之间的关系。传递函数通常用于分析系统的稳定性、性能和 频率响应。
动态结构图
用图形方式表示控制系统各组成部分之间的相互作用和信号传递关系。动态结构图有助于深入理解系统的动态行 为和控制性能。
控制系统的稳定性与性能分析
性和稳定性。
电气自动控制系统的发展趋势与挑战
电气自动控制系统的发展趋势 是智能化、网络化、集成化， 不断提高系统的自动化和协同
化水平。
随着技术的发展，需要不断 更新和升级电气自动控制系 统，以适应新的应用需求和
技术环境。
同时，也需要加强系统的安全 性和隐私保护，防止数据泄露
和黑客攻击等安全问题。
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《自动控制原理与系统》课程标准
《自动控制原理与系统》课程教学标准目录一、前言1.课程的地位和作用1.1课程的地位1.2课程的作用二、主要教学内容描述1. 自动控制系统的基本概念2. 自动控制系统的数学模型3. 自动控制系统的分析方法4. 自动控制系统的校正方法5. 非线性控制系统的分析三、重点和难点1.重点2.难点四、内容及要求1.模块一自动控制系统的基本概念2.模块二自动控制系统的数学模型3.模块三自动控制系统的时域分析法4.模块四自动控制系统的根轨迹法5.模块五自动控制系统的频域分析法6.模块六自动控制系统的校正方法7.模块七非线性控制系统分析五、说明1.建议使用教材和参考资料2.模块学时分配3.考核方法及手段4.注意事项课程名称：自动控制原理与系统适用专业：电气自动化必备基础知识：高等数学、物理学、电路、模拟电子技术一、前言1、课程的地位和作用1.1课程的地位《自动控制原理与系统》是电气自动化专业的一门专业基础课，也是该专业的主干必修课之一。
本课程研究控制系统分析与设计的基础知识，包括线性控制系统的建模，时域分析法，根轨迹法，频域分析法三大分析方法，以及系统的校正与计算机辅助分析。
1.2课程的作用通过本课程的学习，要求学生掌握反馈控制系统的构成，控制系统数学模型的建立方法及系统时域、频域分析和校正方法，能初步具备理论联系实际，应用控制理论初步解决实际问题的能力，为以后的工作打下良好的基础。
二、主要教学内容描述1、自动控制系统的基本概念2、自动控制系统的数学模型3、自动控制系统的分析方法4、自动控制系统的校正方法5、非线性控制系统的分析三、重点和难点1、重点开环与闭环控制的基本原理和特点，传递函数的概念，闭环系统传递函数的求取，时域分析法，根轨迹法和频域分析法的概念和特点，熟练运用开环对数频率特性曲线分析系统的稳定性，稳态性和动态性指标，各环节对系统性能指标的影响以及提高系统性能指标的方法，校正环节对系统性能的影响2、难点由原理图绘制系统方块图的方法，系统框图的等效变换，根轨迹的绘制，系统开环对数频率特性曲线的绘制，由最小相位系统的开环对数频率特性曲线确定系统的开环传递函数的方法，稳定裕度概念以及与系统相对稳定性的关系，开环对数频率特性曲线的三频段法分析系统的性能指标，串联校正环节对系统性能指标的影响四、内容及要求模块一：自动控制系统的基本概念1、教学内容（1）自动控制系统及其任务、控制的基本方式、负反馈控制原理（2）自动控制系统的基本组成及分类、对自动控制系统的基本要求2、教学要求（1）掌握开环、闭环控制系统的特点及闭环系统的组成和分类。
《自动控制原理与系统》试题库答案
七、 G(s) =
G1 (s)G3 (s) + G3 (s)G 2 (s)
1 + H1 (s)G3 (s) + G 2 (s)G3 (s)H2 (s)
八、
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试卷参考答案
试题三
一、 1、D 2、C 3、D 4、B
5、D
二、 G(s) =
s3
+
1 ( R2C
+
R1 )S 2
实践探索
试题九
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试卷参考答案
5、 信号线 引出点 比较点 6、 交–直 直–直 直–交 交–交
二、 G(s) = RCs = τs
三、 G(s) = 16.7 s(0.042s + 1)
四、
五、σ%=30% 六、K=28。95
tP=1(s)
七、H（s）=5
八、（1）闭环系统稳定；（2）闭环系统临界稳定；（3）闭环系统稳定；（4）闭环系统不稳定。
二、系统被控对象为水箱，被控量为水箱的实际水位h，给定值为希望水位hr（与电位器设 定电压ur相对应，此时电位器电刷位于中点位置）。 当h=hr时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。一旦h≠hr时，浮子位置相应升
高（或降低），通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移或（上移），从而给电动机提 供一定的工作电压，驱动电动机通过减速器使进水开关开度减小（或增大），以使水箱
九、
被控对象：热交换皿。被控量；实际热水温度。给定量：期望的热水温度。比较、执引元件：
温度控制器
框图：
调节过程：温度传感器不断测量实际温度，并在热水温度控制口中与给定温度相比较，若低 于给定温度，使偏差值增大，让蒸汽阀门开大一点，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升 高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则又流量计测的，通过按流量顺馈补 偿，由温度控制口控制蒸汽阀门，使蒸汽量增加，从而补偿了冷水量的增加而引起的热水温度 的降低，确保热交换器中热水温度为给定值。
自动控制原理和信号与系统
自动控制原理和信号与系统好啦，今天我们来聊聊自动控制原理和信号与系统。
这个话题听起来有点高大上，但其实我们日常生活中用到的东西，基本上都离不开它们。
想象一下你家里有一个空调，按下开关它就开始工作，你能调节温度，它会根据你设定的温度自动停开，这不就是自动控制的一个例子吗？这个过程要是没点儿信号传递和系统控制，空调根本不可能根据你设定的温度来调节呀。
说到这里，你可能会觉得，哎呀，这不就跟我做饭时控制火候差不多吗？差不多！但是这背后涉及的原理可比你想的要复杂多了。
自动控制的基本概念其实很简单。
你就可以理解成是某个系统按照某种设定的目标去工作，就像你给自己设定的作息时间，系统会自动按照这个时间来“调整”。
比如，你早上8点钟闹钟响了，咣当一声你就从床上弹起来了。
那是因为你设定了一个固定的时间目标，闹钟系统根据这个目标来做出反应。
换个更有趣的例子，你家的自动马桶，按下按钮后水会自动流出，一切都在设定的控制之下完成。
就是这么神奇，自动控制就是让系统自己完成任务。
再说说信号与系统，这两个玩意儿说起来也是紧密相连的。
信号其实就是信息的载体，像你发的微信消息就是一种信号，收到的短信也是信号，听到的广播也是信号。
这些信号通过不同的方式传输，比如电线、无线电波什么的。
信号能帮我们传递各种各样的信息，今天看到的新闻，昨天的天气预报，甚至你吃饭时听到的歌，都是通过不同的信号形式传达给你。
而系统嘛，就是这些信号背后工作的“大脑”，没有它们，信号就只是无头苍蝇，不知道要去哪儿。
我们平时说的“系统”可不只是某种装置，它指的是一组相互作用的部件或元素，它们一起完成某个目标。
比如，电视机就是一个系统，里面有接收信号的部分，有解码部分，还有显示部分。
每一个部分都得精密协作，才能让你看到画面。
再比如你的车，它的引擎、刹车、油门等每个部件，都是一个个系统，要是其中某个部件出了问题，车子就不会按预期的方式工作。
很多时候你身边的一切都是“自动控制原理”和“信号与系统”在默默发挥作用。
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统自动控制原理与系统是现代工程技术中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的控制系统，从简单的家用电器到复杂的工业生产设备，都离不开自动控制原理与系统的应用。
本文将从控制原理、控制系统和自动控制的应用等方面进行介绍。
首先，控制原理是自动控制的基础，它研究控制系统的基本原理和方法。
控制原理主要包括控制系统的数学模型、控制系统的性能指标、控制系统的稳定性分析、控制系统的校正与调节等内容。
其中，控制系统的数学模型是控制原理的核心，它描述了控制系统的输入、输出和系统内部的关系，是进行控制系统设计和分析的基础。
其次，控制系统是实现自动控制的工具，它由传感器、执行器、控制器和反馈系统等组成。
传感器用于采集控制系统的输入信号，执行器用于实现控制系统的输出控制，控制器用于对输入信号进行处理和计算，反馈系统用于监测输出信号并对控制系统进行调整。
控制系统的设计和实现需要综合考虑系统的稳定性、灵敏度、鲁棒性和性能指标等因素，以实现对被控对象的精确控制。
最后，自动控制的应用非常广泛，它涉及到工业控制、航空航天、交通运输、环境监测、医疗器械等领域。
在工业控制中，自动控制系统可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和产品质量；在航空航天领域，自动控制系统可以实现飞行器的自动导航和飞行控制，保障飞行安全和飞行性能；在交通运输领域，自动控制系统可以实现交通信号的自动控制和车辆的自动驾驶，提高交通运输效率和安全性；在环境监测领域，自动控制系统可以实现对环境参数的自动监测和调节，保护生态环境和人类健康；在医疗器械领域，自动控制系统可以实现对医疗设备的自动控制和患者生命体征的监测，提高医疗服务的效率和质量。
总之，自动控制原理与系统是一门重要的学科，它对现代工程技术和生产生活都有着重要的影响。
通过对控制原理的研究和控制系统的设计实现，可以实现对各种各样的被控对象的精确控制，提高生产效率和产品质量，保障人类生活和生产的安全和可持续发展。
《自动控制原理与系统》学习及心得
《自动控制原理与系统》学习及心得《自动控制原理》包括经典控制和现代控制两个部分，其主要研究的内容识时域分析、频域分析以及状态空间表达，涉及的内容很多，要想研究生入学考试取得一个很好的成绩，我认为在*常的自控学习中应该注意以下问题。
1弄清自动控制理论课程的特点和难点自动控制理论的两门课程都是来源于控制实践的理论课程，具有以下三个特点：概念抽象；与数学联系紧密；实践性强。
不论是“自动控制原理”还是其后续课程“现代控制理论”，教材里面的许多概念和术语都定义得非常抽象，常常让我们感觉一头雾水，理解起来比较困难。
概念的抽象性成了学习道路上的第一个拦路虎。
此外，该课程在学习过程中涉及到对多门数学知识的运用，如“高等数学”、“积分变换”、“复变函数”、“线性代数”等等。
对数学知识的掌握和灵活运用是我们学习的第二道难关。
第三个难点是理论与实践容易脱节，很多学生往往注重理论学习而轻视实践结果往往只会“纸上谈兵”而短缺工程实践能力。
因此，我们要在教师引导和帮助下顺利入门，掌握课程的精髓和要点，并且能够“由厚及薄”，达到对课程整体的把握，具有一定的工程概念和实践能力。
2弄清课程教学中应当注意的一些问题2.1以数学模型为基础，以系统分析为主线自动控制理论的主要内容是系统分析。
按照一般高校的教学大纲，不论是“自动控制原理”还是“现代控制理论”课程，数学模型和系统分析的内容都占到整个课程内容的80%左右，其中系统分析大约占60%。
可见，我们应当遵循系统分析这条主线，通过一定的实例分析和各种各样的系统训练，重点培养我们的系统分析能力。
在系统分析能力的培养过程中，通过反复的训练，我们的系统综合能力也会自然而然地提高。
此外，我们千万不可忽视数学模型，因为数学模型是系统分析和系统综合的基础。
如果没有了这个基础，系统分析就成了虚无飘渺的海市蜃楼。
2.2化抽象为具体自动控制理论的难点之一在于其抽象的概念，教材中有许多“抽象概念”让我们望而生畏。
自动控制原理与系统__课件第五章自动控制系统的校正
解：原系统的Bode图如图5-8中曲线I所示。特性曲线以-40dB/dec 的斜率穿越0dB线，穿越频率ωc=13.5dB，相位裕量γ=12.3o。 采用PD调节器校正，其传递函数Gc(s)=0.2s+1，Bode图为图58中的曲线II。
图5—7
11
图5—8
12
由图可见，增加比例微分校正装置后：
r
1 Gr (s)G1 (s)G 2 (s) E (s) R(s) C (s) 1 G1 (s)G 2 (s)
26
二、按扰动补偿的复合校正 如果满足 1+Gd(s)G1(s)=0 ，即 Gd(s)=-1/G1(s)时，则 系统因扰动而引起的误 差已全部被补偿（即 E(s)=0）。
综上所述，比例微分校正不影响系统的稳态精度, 将使系统的稳定性和快速性改善，但是抗高频干扰能 力下降。 串联比例微分校正一般用于系统稳态性能已满足 要求,但动态性能有待改善的系统。
13
2.比例积分校正（相位滞后校正）
C
C
图5-9
图5—9为一比例积分校正装置，也称为PI调节 器 K C (TC s 1) 传递函数 GC ( s )
第五章 控制系统的校正与设计
1
第一节 校正的基本概念
一、校正的概念
• 自动控制系统的主要任务就是实现对被 控对象的控制。
系统的执行元件、比较元件、放大元件和测量 元件等，除放大元件的放大系数可作适当调整 以外，其它元件的参数基本上是固定不变的， 称为系统的固有部分。 根据被控对象的工作条件、技术要求、工艺要 求、经济性要求以及可靠性要求等提出控制系 统的性能指标。
图5－15
不考虑输入控制，即R(s)=0时，扰动作用下的误差为
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统自动控制是一种通过设定的规则和程序，使系统能够自动地进行调节和控制的技术。
它是现代工业生产中不可或缺的一部分，可以提高生产效率，降低成本，提高产品质量。
自动控制原理与系统作为自动控制领域的基础知识，对于工程技术人员来说具有重要的意义。
自动控制系统是由控制器、执行器和被控对象组成的。
其中，控制器是系统的大脑，它通过传感器获取被控对象的反馈信息，再根据预设的控制算法，输出控制信号给执行器，使得被控对象按照预期的状态运行。
在自动控制系统中，传感器的作用是将被控对象的状态转化为电信号，通过电信号的处理，控制器可以对被控对象进行精确的控制。
执行器则是根据控制器的指令，对被控对象进行调节和控制。
自动控制系统的设计需要考虑多种因素，包括系统的稳定性、精度、鲁棒性和成本等。
稳定性是指系统在外界干扰的情况下能够保持稳定的特性，精度是指系统能够达到预期的控制效果，鲁棒性是指系统对参数变化和干扰的抵抗能力，而成本则是设计和实施自动控制系统时需要考虑的重要因素。
自动控制原理是自动控制系统设计的基础，它包括了控制理论、信号处理、系统建模与仿真等内容。
控制理论是自动控制原理的核心，它包括了传统的PID控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制等多种控制方法。
信号处理是将传感器采集到的信号进行处理，提取有用的信息，为控制器提供输入。
系统建模与仿真是对被控对象进行数学建模，通过仿真软件对控制系统进行验证和调试。
自动控制系统在工业生产中有着广泛的应用，例如在汽车生产线上，自动控制系统可以控制机器人进行焊接、喷漆等工艺，提高生产效率和产品质量；在化工生产中，自动控制系统可以对反应釜、蒸馏塔等设备进行精确的控制，保证生产过程的安全和稳定。
同时，自动控制系统也在航空航天、电力系统、交通运输等领域有着重要的应用。
总之，自动控制原理与系统作为自动控制领域的基础知识，对于工程技术人员来说具有重要的意义。
掌握自动控制原理与系统的知识，可以帮助工程师设计和实施高效稳定的自动控制系统，提高生产效率，降低成本，提高产品质量。
自动控制原理与系统自动控制系统的基本概念
第一章 自动控制系统概述
总结
开环系统和闭环系统的输入量和输出量 都存在一一对应关系
开环系统中，只有输入量对输出量产生 控制作用，输出量不参与系统控制，因 而开环系统没有抗干扰能力
第一章 自动控制系统概述
闭环控制系统必须有检测反馈环节 和比较环节
闭环控制系统正是依靠放大的偏差 信号来纠正偏差的
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
第一章 自动控制系统概述
开环控制系统的特点:
系统结构和控制过程简单 稳定性好，成本低廉 没有自动调节能力，抗干扰能力差
适用范围：
用于对系统控制性能要求不高，系统输 入与输出关系明确、干扰较小且相对稳定的 场合。
第一章 自动控制系统概述
二、闭环控制系统
系统的输入量和输出量不仅有顺向作用， 而且输出端和输入端之间存在反馈关系，所 以称为闭环控制系统。
第一章 自动控制系统概述
按控制原理的不同，自动控制系统可分为开环控制 系统和闭环控制系统。
一、开环控制系统
开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关 系，系统的输出量对控制作用没有任何影响。这种系统控制 装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。
第一章 自动控制系统概述
开环系统示例
系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制 作用没有任何影响.输入量与输出量之间只有顺向作用，没有反 向联系。
第一章 自动控制系统概述
闭环系统示例
n↓→ ufn↓→ue ＝（ur —ufn ）↑→uc↑→ud↑→ n↑
第一章 自动控制系统概述
恒温闭环控制系统
温度↑→ufT↑→Δu↓→产生电压ud→电动机转动→带动 调压器滑动臂转动→ur↓→温度↓
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统自动控制原理与系统是现代工程中一个非常重要的领域，它涉及到各种各样的应用，包括但不限于工业生产、交通运输、航空航天、环境监测等领域。
自动控制系统的设计和应用，对提高生产效率、降低能源消耗、改善生活质量都有着重要的作用。
在本文中，我们将介绍自动控制原理与系统的基本概念、原理和应用。
首先，我们来谈谈自动控制系统的基本原理。
自动控制系统是通过对被控对象的测量和分析，然后对控制信号进行调节，使得被控对象的输出能够按照既定的要求进行调节。
自动控制系统通常由传感器、执行器、控制器和被控对象组成。
传感器用于感知被控对象的状态，控制器根据传感器的反馈信息对控制信号进行调节，执行器则根据控制信号对被控对象进行调节。
其次，我们将介绍自动控制系统的分类。
根据控制对象的性质，自动控制系统可以分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象的输入和输出都是连续变化的，比如液压系统、电机控制系统等。
离散控制系统是指被控对象的输入和输出是离散变化的，比如数字逻辑电路、计算机控制系统等。
此外，自动控制系统还可以根据控制方式的不同分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象的实际输出影响，闭环控制系统是指控制器的输出受到被控对象的实际输出影响。
然后，我们将介绍自动控制系统的应用。
自动控制系统在工业生产中有着广泛的应用，比如自动化生产线、机器人系统等。
在交通运输领域，自动控制系统也有着重要的应用，比如自动驾驶汽车、飞行器自动驾驶系统等。
此外，自动控制系统还在环境监测、医疗设备、家用电器等领域有着重要的应用。
最后，我们将介绍自动控制系统的发展趋势。
随着信息技术的发展，自动控制系统将会向着智能化、网络化方向发展。
智能化的自动控制系统可以更好地适应复杂多变的环境，网络化的自动控制系统可以实现远程监控和管理。
同时，自动控制系统还将会与人工智能、大数据等技术结合，实现更加智能化的控制和管理。
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自动控制原理与系统，第三版第一章自动控制系统概述填空1.所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程等进行自动调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。
（1.1）2.18世纪瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸气机转速保持恒定。
(1.1)3.若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，这样的系统称为开环控制系统。
(1.2)4.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为闭环控制系统。
(1.2)5.反馈信号与输入信号的极性相同则称为正反馈。
(1.3)6.恒值控制系统的特点是输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。
(1.4)7.随动系统的特点是输入量是变化着的，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化。
(1.4)8.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。
(1.5)9.控制系统的动态指标通常用最大超调量、调整时间和振荡次数来衡量。
(1.5)10.经典控制理论是建立在传递函数概念基础之上的。
(1.6)11.现代控制理论是建立在状态变量概念基础之上的。
(1.6)单选1.在自动控制系统的性能指标中，最重要的性能是() (1.5)动态性能稳定性稳态性能快速性双选1.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为() (1.2)开环控制系统闭环控制系统前馈控制系统反馈控制系统复合控制系统2.开环控制系统的适用场合是() (1.2)系统的扰动量影响不大系统的扰动量大且无法估计控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节系统的扰动量可以预计并能进行补偿3.闭环控制系统的适用场合是() (1.2)系统的扰动量影响不大控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节系统的扰动量大系统的扰动量可以预计并能进行补偿4.自动控制系统按输入量变化的规律可分为恒值控制系统和() (1.4)连续控制系统伺服系统过程控制系统离散控制系统时变系统5.自动控制系统按系统的输出量和输入量间的关系可分为() (1.4)连续控制系统离散控制系统线性系统非线性系统定常系统6.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，例如() (1.4)火炮控制系统自动调速系统雷达导引系统刀架跟随系统水位控制系统简答1. 简述开环控制和闭环控制的优缺点及适用场合。
(1.2)2. 简述图示水位控制系统的工作原理。
(1.3)当系统处于稳态时，电动机停转，A B U U =，12Q Q =，0H H =（稳态值）。
若设用水量2Q 增加，则水位H 将下降，通过浮球及杠杆的反馈作用，将使电位计RPB 的滑点上移，UB 将增大，这样0A B U U U ∆=-<，此电压经放大后，使伺服电动机反转，再经减速后，驱动控制阀V1，使阀门开大，从而使给水量Q1增加，使水位不再下降，且逐渐上升并恢复到原位。
这个自动调节的过程一直要继续到120,,,0B A Q Q H H U U U ===∆=，电动机停转为止。
3. 简述图示位置跟随系统的工作原理。
(1.3)当手轮逆时针转动时，设i θ为增加，并设i U 此时减小，则偏差电压i f U U U θ∆=-将小于零。
由于2A 为反相端输入，因此其输出k U 将为正值，使d U 为正值，设此时电动机转动将带动雷达天线作逆时针转动。
这个过程要一直继续到,0,0,0c i k d U U U θθ=∆===，电动机停转才为止。
第2章 拉普拉斯变换及其应用填空1. 经典控制理论的数学基础是拉氏变换。
(2.1)2. 拉氏变换的定义式为0()()stF s f t e dt ∞-=⎰ (2.1)3. 等加速度信号2()r t t =的拉氏变换式()R s 为32s。
(2.1) 4. 若()f t 的拉氏变换为()F s ，则()f t τ-的拉氏变换为()se F s τ-。
(2.2)单选1. 正弦信号()sin r t t ω=的拉氏变换式()R s 为() (2.1)22s ωω+22ss ω+222s ωω+222s s ω+ 2. 余弦信号()cos r t t ω=的拉氏变换式()R s 为() (2.1)222s s ω+第3章 自动控制系统的数学模型填空1. 在经典控制理论中，常用的数学模型为传递函数、系统框图和微分方程。
(3.1)2. 直流电动机有两个独立的电路:一个是电枢回路，另一个是励磁回路。
(3.1) 3. 微分方程为自动控制系统在时间域数学模型。
(3.1)4. 在传递函数的定义中所谓零初始条件是指系统的输入量和输出量及其各阶导数在0t ≤时的值也均为零。
(3.2) 5. 对同一个系统，若选取不同的输出量或不同的输入量，则其对应的微分方程表达式和传递函数也不相同。
(3.2)6. 传递函数为自动控制系统在复数域数学模型。
(3.2)7. 系统框图是传递函数的一种图形描述方式。
(3.3)8. 系统框图由信号线、引出点、比较点和功能框组成。
(3.3) 9. 积分环节的特点是它的输出量为输入量对时间的积累。
(3.4) 10. 对于惯性环节来说，当输入量发生突变时，输出量不能突变，只能按指数规律逐渐变化。
(3.4)11. 二次振荡环节的传递函数为222221()221n n n G s s s T s Ts ωξωωξ==++++。
(3.4) 12. 延迟环节的传递函数为()sG s eτ-=。
(3.4)13. 当负载转矩增加时，直流电动机内部的自动调节过程是通过电动机内部电动势的变化来进行自动调节的。
(3.5)14. 框图等效变换的原则是变换后与变换前的输入量和输出量都保持不变。
(3.6)15. 当系统中有两个(或两个以上)环节串联时，其等效传递函数为各环节传递函数的乘积。
(3.6)16. 当系统中有两个(或两个以上)环节并联时，其等效传递函数为各环节传递函数的代数和。
(3.6)17. 作调速用的直流电动机为一个二阶系统。
(3.6)18. 作位置伺服用的直流电动机为一个三阶系统。
(3.6)单选1. 描述系统的输入量和输出量之间关系的最基本的数学模型是系统的() (3.1)传递函数 微分方程 系统框图 频率特性 2. 自动控制中最常用的数学模型是() (3.2)传递函数微分方程 系统框图 频率特性双选1. 系统的传递函数取决于系统的() (3.2)内部结构参数作用量大小 作用量变化规律 外部扰动 2. 积分环节是自动控制系统中遇到的最多的环节之一,例如() (3.4)电容的电量与电流 电子放大器 直流电动机 温度与电功率 齿轮减速器 简答1. 试求图示系统的传递函数()()o i U s U s ，并说明该环节为何种典型环节？ (3.4)解：1000()()(1)()o i U s RG s R C s U s R ==-+ 此环节为比例微分环节2. 试求图示系统的传递函数()()o i U s U s ，并说明该环节为何种典型环节？ (3.4)解：1001()1()()()o i U s R G s U s R R C s==-+ 此环节为比例积分环节3. 简述当负载转矩增加时，电动机内部的自动调节过程。
(3.5) 解：4. 写出图示系统中当()R s 和()D s 同时作用时系统的输出()C s 。
(3.6)()R s ()D s (C s 1()G s 2()G s ()H s +++-解：1212()()()()1()()()r G s G s R s C s G s G s H s =+212()()()1()()()d G s D s C s G s G s H s =+()()()r d C s C s C s =+5. 试应用方框图化简的方法求取图示系统的闭环传递函数()()C s R s （要求写出变换过程） (3.6)解：第四章 分析自动控制系统性能常用的方法填空1. 在经典控制理论中，常用的分析方法有时域分析法、频率特性法和根轨迹法。
(4.1)2. 频率特性是系统(或元件)对不同频率正弦输入信号的响应特性。
(4.2)3. 频率特性是自动控制系统在频率域的数学模型。
(4.2)4. 对线性系统，若其输入信号为正弦量，则其稳态输出信号也将是同频率的正弦量. (4.2)5. 系统的频率特性包括幅频特性和相频特性。
(4.2)6. 系统频率特性的模描述了系统对不同频率的正弦输入量的衰减或放大特性。
(4.2)7. 系统频率特性的幅角描述了系统对不同频率的正弦输入信号在相位上的滞后或超前。
(4.2)8. 系统频率特性的数学式表示方式有指数形式、直角坐标和极坐标形式。
(4.2) 9. 系统频率特性的图形表示方式主要有奈氏图和Bode 图。
(4.2)10. 对数频率特性有两张图组成，一张为对数幅频特性，另一张为对数相频特性。
(4.2) 11. 积分环节的()L ω过零分贝线的点的数值即为增益K 。
(4.2)12. 在绘制惯性环节的对数幅频特性时，若以渐近线取代实际曲线，引起的最大误差约为-3.0dB 。
(4.2)13. 振荡环节的对数幅频特性曲线的渐近线与实际曲线之间的误差不仅与频率ω有关，而且还与阻尼比ξ有关。
(4.2)14. 串联环节的对数频率特性为各串联环节的对数频率特性的迭加。
(4.2)15. 若系统传递函数的极点和零点均在s 复平面的左侧，则称该系统为最小相位系统。
(4.2) 16. 若系统传递函数有在s 复平面右侧的极点和(或)零点，则称该系统为非最小相位系统。
(4.2)单选1. 在二次振荡环节中，当阻尼比1ξ=时，其阶跃响应()c t 为() (4.1)等幅振荡 衰减振荡 阻尼振荡 单调上升2. 在二次振荡环节中，当阻尼比0ξ=时，其阶跃响应()c t 为() (4.1)等幅振荡 衰减振荡 增幅振荡 单调上升3. 在二次振荡环节中，当阻尼比01ξ<<时，其阶跃响应()c t 为() (4.1)等幅振荡 阻尼振荡 增幅振荡 单调上升双选1. 当系统增设比例环节后，下列说法正确的是() (4.2)系统的()L ω平移 系统的()L ω改变形状 系统的()ϕω平移 系统的()ϕω不变 系统的()ϕω改变形状简答1.求典型一阶系统1 ()1 G sTs=+的单位斜坡响应。
(4.1)解：222111()11T TC sTs s s s Ts==-+++()t Tc t t T Te-=-+2.分析图示直流电动机构成振荡环节的条件。
(为便于表达，忽略()LT s，并记2G ame TJ RTK Kφ=)(4.1)解：21()()()()1ea a m mKN sG sU s T T s T sφ==++4maTTξ=当4m aT T<时，1ξ<，电动机为一振荡环节。