自动控制原理知识点归纳课件
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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》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。
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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》全书总结PPT课件
3
开环控制系统的特点： 闭环控制系统的特点： 自动控制系统的本质特征： 闭环控制系统的基本组成，每个环节的作用。
4
闭环控制系统的组成和基本环节
闭环控制系统的结构（示意）图
控制器
要求精 度要高
1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置
5
题1-9、图为液位自动控制系统示意图。在任何情况 下，希望液面高度维持不变。试说明系统工 作原理，并画出系统结构图。
24
自动控制系统的时域分析
对控制性能的要求
稳定性
稳态特性
三性
（1）系统应是稳定的； 暂态特性
（2）系统达到稳定时，应满足给定的稳态误差
的要求；
（3）系统在暂态过程中应满足暂态品质的要求。
25
1、系统的响应过程及稳定性
一阶系统的单位阶跃响应
WB
(s)
1 Ts 1
1 t
单 位 阶 越 响 应 ： x c (t) 1 eT, (t 0 )
11
◆传递函数第一种形式：
传递函数的表达形式有三种： 标准形式、有理分式形
式或多项式形式
W s X X c rs s b a 0 0 s s m n b a 1 1 s s m n 1 1
b m 1 s b m n m a n 1 s a n
m
K (Tis 1)
W s
14
1、熟悉典型环节传递函数 2、控制系统的传递函数的求取
动态结构图的编写、变换、化简 3、误差传递函数的求取 3、信号流图，梅逊公式求控制系统传函。 4、例题
15
结构图变换技巧
• 变换技巧一：向同类移动 分支点向分支点移动，综合点向综合点移动。
开环控制系统的特点： 闭环控制系统的特点： 自动控制系统的本质特征： 闭环控制系统的基本组成，每个环节的作用。
4
闭环控制系统的组成和基本环节
闭环控制系统的结构（示意）图
控制器
要求精 度要高
1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置
5
题1-9、图为液位自动控制系统示意图。在任何情况 下，希望液面高度维持不变。试说明系统工 作原理，并画出系统结构图。
24
自动控制系统的时域分析
对控制性能的要求
稳定性
稳态特性
三性
（1）系统应是稳定的； 暂态特性
（2）系统达到稳定时，应满足给定的稳态误差
的要求；
（3）系统在暂态过程中应满足暂态品质的要求。
25
1、系统的响应过程及稳定性
一阶系统的单位阶跃响应
WB
(s)
1 Ts 1
1 t
单 位 阶 越 响 应 ： x c (t) 1 eT, (t 0 )
11
◆传递函数第一种形式：
传递函数的表达形式有三种： 标准形式、有理分式形
式或多项式形式
W s X X c rs s b a 0 0 s s m n b a 1 1 s s m n 1 1
b m 1 s b m n m a n 1 s a n
m
K (Tis 1)
W s
14
1、熟悉典型环节传递函数 2、控制系统的传递函数的求取
动态结构图的编写、变换、化简 3、误差传递函数的求取 3、信号流图，梅逊公式求控制系统传函。 4、例题
15
结构图变换技巧
• 变换技巧一：向同类移动 分支点向分支点移动，综合点向综合点移动。
自动控制原理(全套课件)
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
自动控制基础知识.详解ppt课件
双位控制在给排水工程中采用普遍，如:水池、水箱的液 位控制，实验室恒温箱的温度控制等。
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
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
自动控制原理总复习课件
通过分析根轨迹，可以了解系统在不同控制参数下的稳定性和动态 性能，为控制系统设计提供依据。
控制系统的状态空间分析
1 2
状态空间定义
状态空间是描述控制系统动态特性的一个数学模 型，它包括系统的状态变量和控制输入。
状态空间图
状态空间图包括状态方程图和输出方程图，它们 分别描述了系统状态变量和控制输入之间的关系。
VS
根轨迹法
根轨迹法是一种通过绘制系统极点的轨迹 来判断系统稳定性的方法。当系统参数变 化时，极点的轨迹会发生变化，通过观察 轨迹的变化可以判断系统的稳定性。
03
控制系统数学模型
线性时不变系统
定义
线性时不变系统是指系统的 输出与输入的关系是线性的 ，且不随时间变化的系统。
特性
线性时不变系统具有叠加性 、均匀性和时不变性等特性 。
详细描述
在工业生产中，自动控制系统被广泛应用于 各种设备和生产线中。通过自动化控制，可 以实现精准的控制和调节，提高生产效率、 降低能耗和减少人工干预，从而提高产品质 量和降低生产成本。例如，在钢铁、化工、 电力等行业中，自动化控制系统能够实现高
效的生产流程控制和优化。
智能家居控制系统应用
要点一
总结词
线性系统理论
线性系统理论是现代控制理论的基础，主要研究 线性时不变系统的分析和设计。
线性系统具有叠加性和均匀性，可用线性微分方 程描述其动态行为。
线性系统的稳定性、可控性和可观测性是线性系 统理论的重要研究内容。
最优控制理论
01
最优控制理论是现代控制理论的另一个重要分支， 主要研究如何优化系统的性能指标。
3
状态空间分析方法
通过分析系统的状态空间，可以了解系统的动态 性能和稳定性，为控制系统设计提供依据。
控制系统的状态空间分析
1 2
状态空间定义
状态空间是描述控制系统动态特性的一个数学模 型，它包括系统的状态变量和控制输入。
状态空间图
状态空间图包括状态方程图和输出方程图，它们 分别描述了系统状态变量和控制输入之间的关系。
VS
根轨迹法
根轨迹法是一种通过绘制系统极点的轨迹 来判断系统稳定性的方法。当系统参数变 化时，极点的轨迹会发生变化，通过观察 轨迹的变化可以判断系统的稳定性。
03
控制系统数学模型
线性时不变系统
定义
线性时不变系统是指系统的 输出与输入的关系是线性的 ，且不随时间变化的系统。
特性
线性时不变系统具有叠加性 、均匀性和时不变性等特性 。
详细描述
在工业生产中，自动控制系统被广泛应用于 各种设备和生产线中。通过自动化控制，可 以实现精准的控制和调节，提高生产效率、 降低能耗和减少人工干预，从而提高产品质 量和降低生产成本。例如，在钢铁、化工、 电力等行业中，自动化控制系统能够实现高
效的生产流程控制和优化。
智能家居控制系统应用
要点一
总结词
线性系统理论
线性系统理论是现代控制理论的基础，主要研究 线性时不变系统的分析和设计。
线性系统具有叠加性和均匀性，可用线性微分方 程描述其动态行为。
线性系统的稳定性、可控性和可观测性是线性系 统理论的重要研究内容。
最优控制理论
01
最优控制理论是现代控制理论的另一个重要分支， 主要研究如何优化系统的性能指标。
3
状态空间分析方法
通过分析系统的状态空间，可以了解系统的动态 性能和稳定性，为控制系统设计提供依据。
自动控制原理课件可编辑全文
恒值控制系统也认为是过程控制系统的特 例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
自动控制原理课件ppt
03
非线性控制系统
非线性控制系统的特点
非线性特性
01
非线性控制系统的输出与输入之间存在非线性关系，
如放大器、继电器等。
复杂的动力学行为
02 非线性控制系统具有复杂的动力学行为，如混沌、分
叉、稳定和不稳定等。
参数变化范围广
03
非线性控制系统的参数变化范围很广，如电阻、电容
、电感等。
非线性控制系统的数学模型
线性控制系统的性能指标与评价
性能指标
衡量一个控制系统性能的好坏，需要使用一些性能指标，如响应时间、超调量、稳态误差等。
性能分析
通过分析系统的性能指标，可以评价一个控制系统的优劣。例如，响应时间短、超调量小、稳态误差小的系统性能较 好。
系统优化
根据性能分析的结果，可以对控制系统进行优化设计，提高控制系统的性能指标。例如，可以通过调整 控制器的参数，减小超调量；或者通过改变系统的结构，减小稳态误差。
。
采样控制系统的数学模型
描述函数法
描述函数法是一种分析采样控制系统的常用方法，通过将连续时间 函数离散化，用差分方程来描述系统的动态特性。
z变换法
z变换法是一种将离散时间信号变换为复平面上的函数的方法，可 用于分析采样控制系统的稳定性和性能。
状态空间法
状态空间法是一种基于系统状态变量的方法，可以用于分析复杂的采 样控制系统。
航空航天领域中的应用
总结词
高精度、高可靠性、高安全性
详细描述
自动控制原理在航空航天领域中的应用至关重要。例如 ，在飞机系统中，通过使用自动控制原理，可以实现飞 机的自动驾驶和自动着陆等功能，从而提高飞行的精度 和安全性。在火箭和卫星中，通过使用自动控制原理， 可以实现推进系统的精确控制和姿态调整等功能，从而 保证火箭和卫星能够准确地进行轨道变换和定点着陆。
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8
自动控制系统的组成（4个）
被控对象：
指被控制的设备或过程，如智能车、传热过程等；
测量元件：
测量智能系统中需要控制的物理量，如果这个物理量是非电量， 一般需要转化为电量；
执行元件：
直接作用于被控对象，使被控量发生变化达到预期的控制目的， 如电动机、半导体开关等；
控制器：
指结构或参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
TS
设定值为阶跃信号的响应曲线
t
16
控制系统的单项品质指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳
准确性 余差C标之间既有联系、又有矛盾。例如，过分减小 最大偏差，会使过渡时间变长。因此，应根据具体工艺情况分 清主次，对生产过程有决定性意义的主要品质指标应优先予以 保证。
在开环系统中，系统的输出只受输入的控制，控 制精度和抑制干扰的特性都相对比较差，但是由于没 有反馈的作用，开环控制系统反应较快。
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利 用输出量同期望值的偏差，对系统进行控制，可获得 比较好的控制性能，但是闭环控制系统由于反馈作用， 一般有个调节过程，动态响应相对较慢，如果参数设 计不合理，可能使系统不稳定而出现振荡。通常大多 数重要的自动控制系统都采用闭环控制方式。
最大动态偏差A表示系统瞬间偏离给定值的最大程度；
超调量σ是第一个波振幅与最终稳态值y(∞)之比。
A = ymax - r
y
y1 100%
y()
r
A y1
y3
C
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
14
3）余差C
过渡过程结束后，被控参数的稳态值y(∞)与
设定值之间的残余偏差叫做余差，也称静差。是衡量 控制系统稳态准确性的指标。
开环控制：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过程。
闭环控制：需要控制的是输出量，测量的是输出 量，比较给出输出量对输入量的偏差，系统根据 偏差进行控制，只要输出量偏离输入量，系统就 自动纠偏。由于闭环系统是根据负反馈原理按偏 差进行控制的，因此又叫反馈控制或偏差控制。
7
开环控制和闭环控制的优缺点比较
C= y(∞) -
y
r
r
y1
y3
C
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
15
4）调节时间Ts
Ts是指从过渡过程开始到过渡过程结束所需
的时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值 的±5% （或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
y
105%y(∞r )
y(∞)
y1
y3
95%y(∞)
Tp
T
y(∞)
3
目录
第三章
线性系统稳定性分析的三种方法——特征方程的特征根在s左半 平面，劳斯判据、奈奎斯特判据考察方式：填空题
特征方程 考察方式：选择、综合题 劳斯判据 考察方式：综合题，难度同例3.9 性能指标计算（超调量和调节时间）考察方式：综合题，难度同
例3.8和3.10
4
目录
第四章
17
第二章
线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考察方式：填空题 传递函数的定义 考察方式：填空题 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
18
2.1.1 线性系统微分方程的建立方 法
自动控制原理 复习大纲
1
课程考核标准
考核内容
分数 百分比
平 作业、课堂表现 10
10%
时 成
实验
10
10%
绩
考勤
10
10%
期末考试
70
70%
期末考试为闭卷，有四种题型： 填空20%、选择20% 、简答题30%、计算题30%
2
目录
第一章
自动控制系统的基本控制形式（2种）、基本组成（4部分）、基 本信号（5种）考察方式：填空题、综合题
第六章
6.2基本控制规律。考察方式：填空、选择题 串联超前、滞后、滞后-超前校正、复合校正。考察方式：选择
题
5
第一章
自动控制系统的基本控制形式（2种）、基本组成（4部 分）、基本信号（5种）考察方式：填空题、综合题 性能指标（稳、准、快）考察方式：填空题、综合题
6
自动控制系统基本控制形式（2种）
1、用解析法建立系统微分方程的一般步骤：
分析系统和各元件的工作原理，找出各物理量之间的 关系，确定系统和各元件的输入量和输出量。
P90： 相角条件是确定s平面上根轨迹的充分必要条件，就是说， 绘制根轨迹时，可用相角条件确定根轨迹上的点，用模值条件确 定根轨迹上该点对应的K*值。考察方式：选择题
第五章
5.2典型环节的伯德图。考察方式：填空、选择题 5.5稳定裕度。考察方式：选择题 5.6用闭环频率特性分析系统的性能。考察方式：选择题
性能指标（稳、准、快）考察方式：填空题、综合题
第二章
线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考 察方式：填空题
传递函数的定义 考察方式：填空题 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
回输入端的信号，也称为反馈信号； 偏差：给定值和反馈信号之差； 干扰：所有妨碍控制器对被控变量按要求进行控
制的信号。
11
1.4 自动控制系统的性能指标
对控制系统的性能评价，多以动态过程 的特性来衡量，工程上对自动控制系统性能的基 本要求可以归结为稳（稳定性和平稳性）、准 （准确性）和快（快速性）。
12
1）衰减比n和衰减率ψ
设第一个波振幅为 y1、第三个波振幅为 y3
n y1 y3
y1 y3 1 1
y1
n
衰减比在 4: 1 到10:1之间时， 过渡过程的衰
y
减程度合适，
r
y1
y3
C 过渡过程较短。
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
13
2）最大动态偏差A和超调量σ
9
闭环负反馈控制系统方框图（重点）
偏差
+ 给定值 －
控制器
实测值
执行器 测量变送器
干扰 被控对象
被控 变量
闭环负反馈控制系统方框图
10
自动控制系统中传递的信号（5种）
给定值：智能系统预期输出的物理量； 被控变量：智能系统中被控制的物理量，它与给
定信号之间保持一定的函数关系； 实测值：由测量元件将输出端获得的信号反向送
自动控制系统的组成（4个）
被控对象：
指被控制的设备或过程，如智能车、传热过程等；
测量元件：
测量智能系统中需要控制的物理量，如果这个物理量是非电量， 一般需要转化为电量；
执行元件：
直接作用于被控对象，使被控量发生变化达到预期的控制目的， 如电动机、半导体开关等；
控制器：
指结构或参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
TS
设定值为阶跃信号的响应曲线
t
16
控制系统的单项品质指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳
准确性 余差C标之间既有联系、又有矛盾。例如，过分减小 最大偏差，会使过渡时间变长。因此，应根据具体工艺情况分 清主次，对生产过程有决定性意义的主要品质指标应优先予以 保证。
在开环系统中，系统的输出只受输入的控制，控 制精度和抑制干扰的特性都相对比较差，但是由于没 有反馈的作用，开环控制系统反应较快。
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利 用输出量同期望值的偏差，对系统进行控制，可获得 比较好的控制性能，但是闭环控制系统由于反馈作用， 一般有个调节过程，动态响应相对较慢，如果参数设 计不合理，可能使系统不稳定而出现振荡。通常大多 数重要的自动控制系统都采用闭环控制方式。
最大动态偏差A表示系统瞬间偏离给定值的最大程度；
超调量σ是第一个波振幅与最终稳态值y(∞)之比。
A = ymax - r
y
y1 100%
y()
r
A y1
y3
C
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
14
3）余差C
过渡过程结束后，被控参数的稳态值y(∞)与
设定值之间的残余偏差叫做余差，也称静差。是衡量 控制系统稳态准确性的指标。
开环控制：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过程。
闭环控制：需要控制的是输出量，测量的是输出 量，比较给出输出量对输入量的偏差，系统根据 偏差进行控制，只要输出量偏离输入量，系统就 自动纠偏。由于闭环系统是根据负反馈原理按偏 差进行控制的，因此又叫反馈控制或偏差控制。
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开环控制和闭环控制的优缺点比较
C= y(∞) -
y
r
r
y1
y3
C
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
15
4）调节时间Ts
Ts是指从过渡过程开始到过渡过程结束所需
的时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值 的±5% （或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
y
105%y(∞r )
y(∞)
y1
y3
95%y(∞)
Tp
T
y(∞)
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目录
第三章
线性系统稳定性分析的三种方法——特征方程的特征根在s左半 平面，劳斯判据、奈奎斯特判据考察方式：填空题
特征方程 考察方式：选择、综合题 劳斯判据 考察方式：综合题，难度同例3.9 性能指标计算（超调量和调节时间）考察方式：综合题，难度同
例3.8和3.10
4
目录
第四章
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第二章
线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考察方式：填空题 传递函数的定义 考察方式：填空题 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
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2.1.1 线性系统微分方程的建立方 法
自动控制原理 复习大纲
1
课程考核标准
考核内容
分数 百分比
平 作业、课堂表现 10
10%
时 成
实验
10
10%
绩
考勤
10
10%
期末考试
70
70%
期末考试为闭卷，有四种题型： 填空20%、选择20% 、简答题30%、计算题30%
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目录
第一章
自动控制系统的基本控制形式（2种）、基本组成（4部分）、基 本信号（5种）考察方式：填空题、综合题
第六章
6.2基本控制规律。考察方式：填空、选择题 串联超前、滞后、滞后-超前校正、复合校正。考察方式：选择
题
5
第一章
自动控制系统的基本控制形式（2种）、基本组成（4部 分）、基本信号（5种）考察方式：填空题、综合题 性能指标（稳、准、快）考察方式：填空题、综合题
6
自动控制系统基本控制形式（2种）
1、用解析法建立系统微分方程的一般步骤：
分析系统和各元件的工作原理，找出各物理量之间的 关系，确定系统和各元件的输入量和输出量。
P90： 相角条件是确定s平面上根轨迹的充分必要条件，就是说， 绘制根轨迹时，可用相角条件确定根轨迹上的点，用模值条件确 定根轨迹上该点对应的K*值。考察方式：选择题
第五章
5.2典型环节的伯德图。考察方式：填空、选择题 5.5稳定裕度。考察方式：选择题 5.6用闭环频率特性分析系统的性能。考察方式：选择题
性能指标（稳、准、快）考察方式：填空题、综合题
第二章
线性系统数学模型的形式——微分方程、传递函数、结构图 考 察方式：填空题
传递函数的定义 考察方式：填空题 典型环节的传递函数 考察方式：填空题 RC、RLC电路的传递函数 考察方式：综合题 结构图串联、并联、反馈的等效变换 考察方式：综合题
回输入端的信号，也称为反馈信号； 偏差：给定值和反馈信号之差； 干扰：所有妨碍控制器对被控变量按要求进行控
制的信号。
11
1.4 自动控制系统的性能指标
对控制系统的性能评价，多以动态过程 的特性来衡量，工程上对自动控制系统性能的基 本要求可以归结为稳（稳定性和平稳性）、准 （准确性）和快（快速性）。
12
1）衰减比n和衰减率ψ
设第一个波振幅为 y1、第三个波振幅为 y3
n y1 y3
y1 y3 1 1
y1
n
衰减比在 4: 1 到10:1之间时， 过渡过程的衰
y
减程度合适，
r
y1
y3
C 过渡过程较短。
Tp
T
y(∞)
TS
t
设定值为阶跃信号的响应曲线
13
2）最大动态偏差A和超调量σ
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闭环负反馈控制系统方框图（重点）
偏差
+ 给定值 －
控制器
实测值
执行器 测量变送器
干扰 被控对象
被控 变量
闭环负反馈控制系统方框图
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自动控制系统中传递的信号（5种）
给定值：智能系统预期输出的物理量； 被控变量：智能系统中被控制的物理量，它与给
定信号之间保持一定的函数关系； 实测值：由测量元件将输出端获得的信号反向送