哈工大控制原理专业课
哈工大自动控制原理课件-第一章
1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
哈工大控制原理专业课
: 0
斜率为
k 20 lg G( j2 ) 20 lg G( j1） dB/dec lg 2 lg 1
2）相频特性 纵轴是角度
（3）奈奎斯特稳定判据。
1）奈奎斯特图
• Z-闭环正极点数，P-开环正极点数， R-逆时针包围圈数。Z=0闭环系统稳定
•
Z=P-R
2）伯德图 N-在0dB以上的频段内，相 频特性对-180°正负穿越次数之差。 Z=0闭环系统稳定。
开环增益K
• 2005-5. 系统A,B,C的幅频特性见图 • 单位阶跃信号，比较稳态误差的大小 • 比较开环增益的大小。 • 比较超调量 • 比较调整时间
• 2005-6. 开环频率特性见图，求 • 系统的开环增益。 • 系统的相位裕度和幅值裕度。 • 系统的开环增益增大到原来的10倍时
的相位裕度和幅值裕度。
• 幅值裕度 Kg 20 dB 的开环增益K • 在原系统中串联一个
滞后环节 e0.1s ， 求相位裕度和幅值裕度
• 2004-4 系统的开环传递函数为
G(s)
50
s(s 5)(s 1)
• 试用奈氏判据判断系统的稳定性。
• 2004-5 控制系统如图所示。为使系统的
相角裕量等于 50 ，试确定K值。
• 写出三种校正装置的传递函数
• 哪一种校正装置使系统的相角裕度最 大，其值为多少？
• 校正后的系统在单位速度信号作用下 的稳态误差分别是多少？
• 2007-4. 系统的 • 开环传递函数为
G(s) K e s s(s 1)
• 其中K=10。为保证闭环稳定，求τ的 取值范围。
• 2006-4 系统见图，n为正整数。Gc (s) K
40 30
哈工大控制科学与工程介绍
哈工大控制科学与工程介绍
哈尔滨工业大学控制科学与工程专业是一门综合性强的学科，主
要涉及控制理论和工程、计算机应用、电子技术等学科。
它主要以研
究控制系统的基本原理和工程应用为主要内容，涉及了从传感器到执
行机构的电子、机械和软件子系统，因此它既是电子信息、机械制造
和计算机科学等学科的综合体，也是工程技术与实践的重要基础。
控制科学与工程专业的课程主要包括数学、物理、电路基础、信
号与系统、微机原理与接口技术、数字信号处理、电子设计自动化、
计算机程序设计、控制理论及其应用等。
学生通过理论学习及工程实践，能够熟悉掌握电机控制、机器人控制、航空航天控制、自动化生
产控制等领域的知识和技术，能够从事控制系统设计、实施和维护等
工作。
此外，该专业要求学生具有较强的数学、物理基础和计算机技术，能够独立思考、分析问题和解决问题，具备创新的能力和综合运用工
程知识的能力，能够适应新技术和新工艺的变化，这些素质都是控制
科学与工程领域人才所需要的。
2020-2021哈尔滨工业大学控制工程专业810自动控制原理上岸经验
哈尔滨工程大学控制工程专业考研经验贴先做个自我介绍，黑龙江某双非院校信息工程学院控制工程专业，现为哈尔滨工程大学在读控制研究生。
下面是各个科目的考研经验分享。
专业课810自动控制原理的复习：控制工程专业属于自动化学院，考研专业课考的是810自动控制原理，专业课自控复习参考书《自动控制原理》刘胜编，哈尔滨工程大学出版社，第一轮专业课复习就是刘胜课本+刘胜课后习题答案，对于一些同学来说，看书就足矣，因为自控考试重点非常明显，不管是本科期末考试还是历年研究生入学真题，基本上每个章节一道大题，课本知识消化了课后习题一定要去做！结合刘胜的答案对比一下，还有觉得题目不够可以用《胡寿松自动控制原理题海》这本题海拿来练手，在解答题目的时候计算量比较大，所以草稿纸我们可以通过写一些步骤打下草稿，再写重要步骤就行，另外我再说下难点，根轨迹不难，按照步骤解题就没错，一道题15分左右，按步骤来也差不多了，线性系统串联并联校正及非线性系统都是难点，刘胜课本基础性比较好，要是还有时间也可以利用胡寿松的自控原理，稍加复习；最后11月份，和数学一样对错题进行回顾，再把历年真题反复去练考前每个礼拜都要像考场一样进行模拟考试，并且在脑袋里面想象下考试的真实感觉，要的就是那种feel！公共课数学的复习：数学是分阶段复习的，第一阶段是基础阶段，可以用李永乐的《复习全书》时间安排可以放在3-7月份，一般是上午俩小时，我们都知道打基础往往是痛苦的，这个阶段我主要是跟着老师的视频复习，做好基础笔记并且适当训练自己的解题能力，这一阶段不是特别建议去做课后习题，讲真，从开始复习到考研我一直都没做过课后习题，因为觉得课后习题难度的维数和考研不在一个层次就没放在心上了。
第二个阶段，7-9月份，这个时候又是怀疑自己能力和智力不行的时候，所以想和大家说两个字，坚持！我用的是《张宇真题大全解》，由于我第一个阶段复习得比较扎实，唯一的就是缺乏题库的训练，所以我特别建议大家对于真题的训练可以多来几遍，不仅仅是张宇的真题大全解，张宇的资料跳跃性有点大，不是特别注意细节，但真题大全解也是很nice的，分门别类，我们在复习的时候也可以一目了然。
哈工大自动控制原理
哈工大自动控制原理
哈尔滨工业大学自动控制原理（Automatic Control Principles）
是自动控制学科的基础课程之一，旨在介绍自动控制系统的基本原理和方法。
该课程主要内容包括以下几个方面：
1. 控制系统基本概念：介绍控制系统的定义、组成、分类和基本概念，如输入、输出、控制信号和误差等。
2. 控制系统数学模型：介绍控制系统的数学建模方法，包括线性时不变系统和非线性系统的建模方法。
3. 闭环控制原理：介绍闭环控制系统的原理，包括控制器、传感器、执行器和反馈环节的设计与分析。
4. 开环控制原理：介绍开环控制系统的原理，包括传感器、执行器和开环控制器的设计与分析。
5. 稳定性分析与设计：介绍控制系统的稳定性分析方法，包括根轨迹法、频率响应法和Lyapunov稳定性分析法等。
6. 控制系统设计：介绍控制系统的设计方法，包括根轨迹设计、频域设计和状态空间设计等。
7. 多变量控制系统：介绍多变量控制系统的建模、分析和设计方法。
哈尔滨工业大学的自动控制原理课程旨在培养学生对自动控制系统的基本理论和方法的掌握，为进一步学习自动控制专业课程和进行科学研究打下坚实基础。
801控制原理考纲哈工大
硕士研究生入学考试大纲
课程名称：【801 】控制原理
一、考试要求要求考生全面掌握控制原理的基本概念和基础理论，并具有运用基本概念和基础理论分析问题与解决问题的能力。
二、考试内容
1) 控制系统的数学描述控制系统的运动方程式控制系统的传递函数控
制系统的方框图及其简化信号流图控制系统的状态空间描述
2) 线性连续控制系统的分析线性系统的时域法线性系统的根轨迹法线
性系统的频域法线性系统的状态空间法
3) 线性离散控制系统的分析线性系统的离散化脉冲传递函数线性离散控制
系统的分析与计算
4) 非线性系统的分析
相平面法描述函数法
5) 线性连续控制系统的综合
PID 控制规律控制系统的校正线性系统的状态空间综合法
三、试卷结构考试时间：180 分钟，满分150 分。
题型结构
简答题( 20 分) 分析、计算题( 100 分) 理论题( 30 分)
四、参考书目
(1) 裴润，宋申民，《自动控制原理》(上、下册)修订版，哈尔滨工业大学出版社，2011
(2) 胡寿松，《自动控制原理》第六版，科学出版社，2013
(3) Katsuhito Ogata ，《现代控制工程》第五版，电子工业出版社，2011。
哈工大专业课参考书目
何曼君等编
复旦大学出版社，2000年第2版.
824
复合材料学
《复合材料概论》
王荣国武卫莉谷万里主编，
哈尔滨工业大学出版社，2004年第3版
《高性能复合材料学》
郝元凯、肖加余编著，
化学工业出版社，2004年第1版
825
金属学与热处理
《金属学与热处理》
崔忠圻、刘北兴编
哈尔滨工业大学出版社，2004年修订版。
濮良贵
高等教育出版社
0872设计学（工业设计方向）
625
工业设计概论与设计史
工业设计学概论
柳冠中
黑龙江科学技术出版社1997版次1
工业设计史（修订版）
何人可
北京理工出版社2004版次2
838
人机工程与工业设计方法
人机工程学（第三版）
丁玉兰
北京理工出版社2006版次3
工业设计方法学
简召全
北京理工出版社2011版次1
高等教育出版社（第三版）
燃烧学
《燃烧理论与设备》
徐旭常
机械工业出版社
空气动力学）
《气体动力学基础》
潘锦珊
国防工业出版社
085212软件工程、0835软件工程
834
软件工程基础《C语Fra bibliotek程序设计》苏小红、王宇颖、孙志岗
高等教育出版社，2011年5月
《C语言大学实用教程》（第3版）
苏小红、孙志岗、陈惠鹏
电子工业出版社，2012年6月
哈尔滨工业大学理论力学教研室编
高等教育出版社
809
材料力学
新编材料力学（第2版）
张少实
机械工业出版社
材料力学（第三版上、下册）
2024年哈工程自动控制原理考研大纲
2024年哈工程自动控制原理考研大纲主要包括理论部分和应用部分。
在理论部分，主要内容包括基本概念、数学基础和自动控制系统的基本原理。
在应用部分，主要内容包括反馈控制系统的建模与分析、数值方法在控制系统中的应用、模拟器实验和控制系统设计等。
在基本概念中，会涉及到自动控制系统的定义、分类、基本组成和特点。
自动控制系统是由控制器、执行对象和反馈元件构成的。
根据系统的特点，可以分为连续系统和离散系统，线性系统和非线性系统，以及单输入单输出系统和多输入多输出系统等。
在数学基础中，主要包括微分方程的基本概念和求解方法。
控制系统的数学模型一般是通过方程组来描述的，这些方程往往是微分方程。
求解微分方程的方法有解析法和数值法，其中数值法在控制系统中的应用较为普遍，如欧拉法、龙格-库塔法等。
在自动控制系统的基本原理中，主要包括系统的建模与分析、稳定性分析和控制器的设计方法。
系统的建模是指将物理系统转化为数学模型的过程，一般可以使用传递函数进行描述。
稳定性分析是判断控制系统是否能够维持稳定运行的方法，一般有时域法和频域法两种。
控制器的设计方法主要是根据系统的特点进行选择，例如比例控制器、积分控制器和微分控制器等。
在反馈控制系统的建模与分析中，主要包括传递函数的导出和系统的分析。
传递函数是描述系统输入输出之间关系的函数，通常可以通过拉普拉斯变换将微分方程转化为代数方程。
系统的分析可以通过传递函数的特性来完成，如稳态误差、阶跃响应和频率响应等。
数值方法在控制系统中的应用主要包括仿真技术和最优控制方法。
仿真技术是通过计算机模拟控制系统的运行过程，可以对系统进行分析和优化。
最优控制方法是在满足约束条件下，选择一定的目标函数来使系统性能达到最好。
模拟器实验是通过计算机模拟真实实验的过程，可以对控制系统进行实验和分析。
控制系统设计是根据系统需求和性能指标，选择合适的控制器来实现系统的控制目标。
总结来说，2024年哈工程自动控制原理考研大纲主要包括自动控制系统的基本概念、数学基础、基本原理和应用等方面。
哈工大控制原理专业课PPT共39页
ห้องสมุดไป่ตู้
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
哈工大控制原理专业课
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
哈工大自动控制原理PPT课件
.
9
随动系统实例1
.
10
随动系统实例2
.
11
随动系统实例3
.
12
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随动系统实例4
.
13
随动系统实例5
.
14
随动系统实例6
.
15
随动系统实例7
.
16
定值控制系统实例1
.
17
定值控制系统实例2
.
18
定值控制系统实例3
.
19
陀螺仪装入运载火箭
.
20
国际空间站更换陀螺仪
.
21
哈尔滨号导弹驱逐舰
温度热敏电阻空调器室内空气等热传导参考输入元件控制器执行元件被控对象测量元件指令输被控制量输出信号激磁绕组减速器负载闭环直流电机调速系统激磁绕组减速器负载测速发电机激磁开环控制与闭环控制执行元参考输入控制变量被控制量控制器执行元参考输入控制变控制器测量元件偏差开环控制没有测量元件没有反馈
自动控制原理
向减少偏差的方向变化（减小或.消除偏差）。
6
控制系统的基本组成
参考输入 偏差 放大与 串联补偿
扰动量
功
执行
被控 被控制量
放
元件
对象
反馈量
测量元件
反馈补偿
.
7
元件的作用
1.执行元件 直接操纵被控对象，改变被控制量。如电动机， 液压马达，温控系统中的加热器等。选择执行元件要注意 有足够的功率和频带宽度。 2.放大元件 对信号进行幅值和功率的放大，以及信号形式的变换。 3.测量元件 测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的 信号。测量元件的精度要高于系统精度，也要有足够的带宽。
哈工程自动控制原理考研大纲
哈工程自动控制原理考研大纲
哈尔滨工程大学自动控制原理考研大纲主要包括以下几个部分：
一、自动控制的一般概念
1. 自动控制系统的基本概念
2. 基本控制方式
3. 反馈控制系统的组成
4. 控制系统的分类
5. 对控制系统的基本要求
二、控制系统的数学模型
1. 微分方程
2. 传递函数
3. 结构图
4. 信号流图
5. 控制系统的框图和传递函数
6. 非线性方程的线性化
三、线性系统的时域分析法
1. 典型输入信号及其时间响应
2. 系统时间响应的性能指标
3. 一阶系统时域分析
4. 二阶系统时域分析
5. 高阶系统时域分析
6. 控制系统的稳定性分析
7. 控制系统的稳态误差分析
四、根轨迹法
1. 根轨迹的基本概念
2. 根轨迹绘制的基本法则
3. 控制系统的根轨迹分析
4. 控制系统性能的根轨迹分析
五、频域分析法
1. 频率特性及其几何表示方法
2. 频率特性的性质和特点
3. 典型环节的频率特性分析
4. 控制系统的开环频率特性绘制与分析
5. 控制系统的闭环频率特性绘制与分析
6. 控制系统的稳定性分析
7. 控制系统的性能分析。
哈工大自动控制原理课程设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：自动控制原理设计题目：控制系统的设计和仿真院系：航天学院控制科学与工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2013.2.25---2013.3.10哈尔滨工业大学一、 设计题目与题目分析1. 设计题目1) 已知控制系统固有传递函数如下：G (s )=K s(0.003s +1)(s 2282.72+2×0.7s 282.7+1)(s 27962+2×0.0684s 796+1) 2) 系统性能指标要求：（1） 超调量σ≤20%；（2） 响应时间t s ≤0.15s ；（3） 稳态误差e ss ≤0.01mm ；（4） 最大速度ṙ=0.5m/min ；2. 题目分析根据系统固有传递函数和系统性能指标要求，确定设计思路如下：首先完成使对系统无静差度和放大倍数的设计，稳态误差满足性能指标要求；再根据Bode 图设计串联校正环节，限制系统的相角裕度和剪切频率，最终使系统对阶跃响应的超调量和调整时间符合性能指标要求。
二、 人工设计1. 稳态误差设计根据系统固有传递函数，系统的无静差度符合要求，且系统放大倍数应符合如下要求：0.560×1K≤0.01×10−3 得到：K ≥833.33在设计中，为方便计算并留有余量，取K =1000，并代入系统固有传递函数。
2. 串联校正环节设计绘制系统固有传递函数部分的Bode 图，见附录。
根据性能指标第12条中对超调量和响应时间的规定，根据经验公式：σp=0.16+0.4(1sinγ−1)t s=πc[2+1.5(1−1)+2.5(1−1)2]计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：γ≥65.38°ωc≥45.55 rad/s根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率：γ=−80.6°ωc=393 rad/s由于固有相角裕度过小而剪切频率远远大于性能指标要求，可先选用串联迟后校正：G C1(s)=τs+1βτs+1β>1取相角裕度γ=70°，根据原有Bode图计算得到β=23.7，并选取τ=0.24，T=5.67，由此确定串联迟后校正环节为：G C1(s)=0.24s+1加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到：γ=64.9°ωc=42.3 rad/s此时，剪切频率和相角裕度都比要求之偏小，应用串联超前校正：G C2(s)=τs+1ατs+1α<1取ϕm=10°，根据Bode图得到 α=0.7，τ=0.024，T=0.0166，，由此确定串联超前校正环节为：G C2(s)=0.024s+1 0.0166s+1加入串联迟后—超前校正后得到系统新的Bode图（见附录），并根据Bode 图，得到控制系统新的相角裕度和剪切频率为；γ=72.3°ωc=50.8 rad/s知系统已经符合性能指标要求，并进行验算得到系统地超调量和响应时间为：σ=17.99%t s=0.1287s经过验算，知控制系统经过串联迟后—超前校正后，已经符合性能指标要求。
哈工大控制科学与工程考研801控制原理大纲
哈工大控制科学与工程考研801控制原理大纲一、课程概述（80字）控制工程是现代科学和技术中的一门重要学科，是利用各种控制方法和技术对各种系统进行调节、稳定和优化的学科。
本课程主要介绍经典控制理论的基本概念、分析方法和设计技术，为学生提供掌握控制原理的基础知识和分析能力。
二、教学内容（400字）（一）经典控制理论1.控制系统基本概念：信号、系统、控制等；2.信号与系统分析：时域分析、频域分析；3.系统建模与传递函数：微分方程、传递函数、状态空间；4.单输入单输出系统的稳定性分析：根轨迹法、频率响应法；5.单输入单输出系统的稳定性设计：根轨迹设计、频率响应设计。
（二）现代控制理论1.状态空间分析与设计：状态空间模型、可观性和可控性分析、极点配置；2.频率域分析与设计：频率响应函数、束缚角和幅值移相、李阿普诺夫法；3.综合控制设计：状态反馈、输出反馈、积分控制、鲁棒控制、自适应控制。
（三）应用实例1.传动系统的控制；2.运动控制系统的控制；3.温度控制系统的控制；4.液压控制系统的控制。
三、教学目标（200字）通过本课程的学习，要求学生具备以下能力：1.掌握经典控制理论的基本概念、分析方法和设计技术；2.熟悉现代控制理论的状态空间分析、频率域分析和综合控制设计方法；3.能够利用所学的控制原理理论知识进行实际控制系统的建模、分析和设计；4.具备一定的工程应用能力，能够应用控制原理解决实际问题。
四、教学方法（200字）本课程采用“理论教学与应用实践相结合”的教学方法，具体包括以下几个方面：1.理论课讲授：通过授课形式，对控制原理的基本概念、分析方法和设计技术进行讲解；2.实验课程：通过实验操作，锻炼学生分析和解决实际问题的能力，加深学生对控制原理的理解；3.课堂讨论：通过课堂讨论，促进学生的思维活跃和自主学习，提高学生的问题解决能力；4.课程设计：通过完成控制系统的建模、分析和设计任务，提高学生的综合应用能力。
2020-2021哈尔滨工业大学控制工程专业810自动控制原理上岸经验
哈尔滨工程大学控制工程专业考研经验贴先做个自我介绍，黑龙江某双非院校信息工程学院控制工程专业，现为哈尔滨工程大学在读控制研究生。
下面是各个科目的考研经验分享。
专业课810自动控制原理的复习：控制工程专业属于自动化学院，考研专业课考的是810自动控制原理，专业课自控复习参考书《自动控制原理》刘胜编，哈尔滨工程大学出版社，第一轮专业课复习就是刘胜课本+刘胜课后习题答案，对于一些同学来说，看书就足矣，因为自控考试重点非常明显，不管是本科期末考试还是历年研究生入学真题，基本上每个章节一道大题，课本知识消化了课后习题一定要去做！结合刘胜的答案对比一下，还有觉得题目不够可以用《胡寿松自动控制原理题海》这本题海拿来练手，在解答题目的时候计算量比较大，所以草稿纸我们可以通过写一些步骤打下草稿，再写重要步骤就行，另外我再说下难点，根轨迹不难，按照步骤解题就没错，一道题15分左右，按步骤来也差不多了，线性系统串联并联校正及非线性系统都是难点，刘胜课本基础性比较好，要是还有时间也可以利用胡寿松的自控原理，稍加复习；最后11月份，和数学一样对错题进行回顾，再把历年真题反复去练考前每个礼拜都要像考场一样进行模拟考试，并且在脑袋里面想象下考试的真实感觉，要的就是那种feel！公共课数学的复习：数学是分阶段复习的，第一阶段是基础阶段，可以用李永乐的《复习全书》时间安排可以放在3-7月份，一般是上午俩小时，我们都知道打基础往往是痛苦的，这个阶段我主要是跟着老师的视频复习，做好基础笔记并且适当训练自己的解题能力，这一阶段不是特别建议去做课后习题，讲真，从开始复习到考研我一直都没做过课后习题，因为觉得课后习题难度的维数和考研不在一个层次就没放在心上了。
第二个阶段，7-9月份，这个时候又是怀疑自己能力和智力不行的时候，所以想和大家说两个字，坚持！我用的是《张宇真题大全解》，由于我第一个阶段复习得比较扎实，唯一的就是缺乏题库的训练，所以我特别建议大家对于真题的训练可以多来几遍，不仅仅是张宇的真题大全解，张宇的资料跳跃性有点大，不是特别注意细节，但真题大全解也是很nice的，分门别类，我们在复习的时候也可以一目了然。
哈工大自动控制原理课件-第二章
2.1.2 非线性运动方程的线性化
例如，将具有两个自变量x、y的非线性函数在预定工作点(x0， y0)的邻域展开成泰勒级数：
z F（x, y） F（x 0 , y 0）（ F F ） x0 x （ ） x0 y x x x y y0 y y y0
1 2F 2F 2 （ 2 ） x0 (x) （ [ 2 ） x0 xy （ 2 ） x0 (y)2 ] x x x 2 x y y0 ！ xy y y0 y y y0
当系统中的变量对时间的导数不可忽略时，称系统处于动态，相 应的系统称为动态系统或动力学系统，对于动态系统，为了确定 输出量和其他变量，仅仅知道输入量是不够的，还必须知道一组 变量的初始值。 控制理论研究的是动态系统，动态系统数学模型的基础是微分方 程，又称为动态力程或运动方程。
第2章 控制系统的数学模型
数学模型有很多种形式，它们各有特点和最适用的 场所，本章介绍微分方程、传送函数和动态框图。
建立系统数学模型的方法有分析法(又称理论建模)和 实验法(系统辨识)。 分析法是根据系统中各元件所遵循的客观(物理、化 学、生物等)规律和运行机理，列出微分方程式。实 验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录其输 出响应，并用适当的数学模型去逼近。
增量，方程为一个线性增量方程。它是将非线性函数在预定工作 点邻域进行线性化所使用的基本关系式。分析控制系统中的非线 性特性时大都是根据小偏差线性化的概念进行的。
2.1.2 非线性运动方程的线性化
几何意义：以过平衡点（工作点）的切线代替工作点附近 的曲线 y
y0＋y y0 A x y＝f (x) y
0 1(t ) 1
t 0 t 0
由拉氏变换的定义得1(t)的象函数为：
哈工大自动控制原理
哈工大自动控制原理哈工大自动控制原理引言•自动控制原理（Automatic Control Principle）是指利用控制系统对被控对象进行调节、管理和控制的学科。
它广泛应用于各个领域，如机械、电子、航空、化工等。
什么是自动控制原理•自动控制原理是一门研究如何设计、分析和改进控制系统的学科。
它主要研究控制系统的建模、控制方法和控制理论。
控制系统的基本组成•控制系统由四个基本组成部分构成：1.被控对象（Plant）：也称为系统，在自动控制中是需要被控制的物理实体或过程。
2.传感器（Sensor）：用于测量被控对象的状态或输出信号，并将其转换成电信号。
3.执行机构（Actuator）：根据控制器的输出信号，将电信号转换成对被控对象施加的作用力、功率等。
4.控制器（Controller）：基于传感器测量值，计算出控制器输出信号，并将其发送给执行机构。
自动控制的基本原理•自动控制的基本原理是建立在数学模型和控制方法上的。
其主要包括以下几个方面：1.系统建模：将被控对象的动态特性转化成数学方程。
常见的建模方法有传递函数法、状态空间法等。
2.稳定性分析：通过数学分析和计算，确定控制系统在各种工况下是否稳定。
常见的稳定性分析方法有根轨迹法、频域法等。
3.控制器设计：基于系统模型和稳定性要求，设计出适合的控制器。
常见的控制器设计方法有比例积分微分控制器（PID）方法、模糊控制方法等。
4.闭环控制：将测量信号通过反馈路径返回给控制器，以实现对被控对象的控制。
闭环控制可以提高系统的稳定性和鲁棒性。
自动控制在工程中的应用•自动控制在工程中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1.工业自动化：包括工厂自动化、流水线控制、机器人控制等。
2.交通运输：包括交通信号灯控制、自动驾驶等。
3.航空航天：包括飞行控制、导航系统等。
4.电力系统：包括发电厂控制、电网调度等。
5.化工过程：包括化工生产、反应控制等。
结语•自动控制原理作为一门学科，研究如何设计和改进控制系统。
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r (t ) +
1
Hale Waihona Puke e (t )-1 1 -1
1 s ( s 1)
c (t )
-
• 2003-7 理想继电器系统如图所示 • 确定自持振荡的振幅和角频率。
• 2002-5 非线性系统如图所示 • 试用描述函数分析K值大小与系统存在 自持振荡的关系 • 确定K＝3时自持振荡的振幅和频率。
• 2001-1-3 非线性的负倒描述函数和线 性的频率特性如图 • 判定交点自持振荡的稳定性 • b,c
• 2001-6 非线性控制系统如图所示， 其中r(t)=0，M=1， 0 . 1 • 在 e e 相平面上，绘制 • e(0)=1， e ( 0 ) 0 的相轨迹图
• 浙大，2008 非线性系统如图所示 j 1 非线性环节的描述函数 N ( A) e 3 A • 系统是否存在自振 • 若存在自振，计算自振频率和振幅， 并讨论极限环稳定性。
(2) 描述函数法。 • 描述函数，非线性系统的频率特性
N ( A) X1 A e
j 1
• 知识点 • 求负倒描述函数-1/N(A) • 用描述函数法分析非线性系统的稳定性
• • • • •
稳定性的判别方法 确定开环G(j)平面上的稳定区 若-1/N完全处于稳定区，则稳定 若-1/N完全处于不稳定区，则不稳定 若G(jω)与-1/N相交，沿A增大的方向， -1/N由不稳定区到稳定区，则交点对 应自持振荡，频率和振幅分别是交点 对应的G(j)的和-1/N(A)中的A
• 哪一个稳定，哪一个有自持振荡
饱和特性
间隙特性 具有死区的饱和特性 或具有死区的继电特性
• 2007-7 非线性系统的微分方程：
0 .2 ( x 1) x x 0 x
2
• 求该系统在 ( x， x ) 平面上相轨迹的奇 点，并说明理由。
• 2006-6 非线性系统如图。 • 系统不产生振荡，用描述函数法确定 参数a、b和d应满足的条件。
e (0 ) 5， e (0 ) 0
• 2010-8 判断系统是否产生自持振荡？ 若产生自持振荡，写出判断的依据， 并确定其振荡的角频率和幅值；若不 产生自持振荡，说明理由。
• 2009-7 M 1 e 0 1 m 1 • c和k为正的常数。用描述函数法分析 稳定性，若存在自持振荡，计算振幅 及振荡频率
自动控制原理 考研辅导班
2011 11
•非线性系统
非线性系统
1.重点 (1)相轨迹的绘制方法。 1）由微分方程或框图求出 x 与 x 的关系 x 2）求奇点（平衡点） x 0 原点 ax bx 0 x
x c b
ax bx c 0 x
2.考研点 (1)根据描述函数判定非线性系统的稳定性
求负倒描述函数曲线及拐点；自持振荡产生的条 件，振荡的幅值和频率；非线性环节的合并；将 实际系统化为一个非线性部分与一个线性部分串 联的典型结构。掌握理想继电器的描述函数。了 解常见典型环节的-1/N(A)曲线，如饱和函数，死 区，带死区的饱和函数，间隙，理想继电 器，带死区的继电器。
x(t ) M
r (t )
e(t )
-
e0
me0
0
me0 e0
M
e(t )
x(t )
2c s 2 2cs k
c(t )
• 2008-7 三个系统结构框图，线性部分 相同，非线性负倒描述函数如图。 • 各代表那种非线性？
G (s) 8 s ( s 1)
G (s)
2 ( s 3) s ( s 1)
• • • •
2005-7 绘制 e ( t ) e ( t ) 相轨迹图 无非线性反馈时的相轨迹图。 有非线性反馈时的相轨迹图。 分析本题中非线性反馈在改善系统性 能方面的作用。
• 2004-7 饱和非线性特性系统如图 • e e 平面上, e (0) 2, e (0) 0 • 绘制相轨迹图
(2)绘制系统的相轨迹。
哈尔滨工业大学 考研题
• 2011- 8. 系统的初始条件分别为
e (0) 0.5， e (0) 0.1
e (0 ) 5， e (0 ) 0
• e e 上绘制相轨迹图， • 根据相轨迹图对系统的性能进行讨论
e (0) 0.5， e (0) 0.1
无奇点
ax c 0 x
3）了解二阶微分方程的相轨迹 稳定节点，不稳定节点，鞍点， 稳定焦点， 不稳定焦点，中心点。
ax bx c 0 x
特征根有1个零根 相轨迹有（水平）渐近线
x c / a
ax c 0 x
4）求等倾线方程 5）求渐近线 • 渐近线：等倾线斜率与相轨迹斜率相 等时的等倾线或相轨迹。 6）对典型非线性系统，分段线性化。