自动控制原理电子教案,胡寿松
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第1章自动控制原理课件胡寿松
扰动信号：简称扰动或干扰，它与控制作用相反，是一种 不希望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自 系统内部，又可来自系统外部，前者称为内部扰动，后者 称为外部扰动。 外部扰动是不希望的输入信号。
2023年9月20日
EXIT
第1章第24页
1.4 自动控制系统的分类
2023年9月20日
EXIT
第1章第25页
注意：在实际中，绝大多数对象都具有非线性特性，而大 多数仪器仪表也是非线性的，所以很少有真正意义上线性系 统，一般是采用线性化措施将非线性系统处理成线性系统， 这样就可简化分析和运算。（本质非线性除外）
2023年9月20日
EXIT
第1章第27页
1.4.3 按系统参数是否随时间变化而分
1.定常系统：特性不随时间变化的系统称定常系统，又 称时不变系统。描述定常系统特性的微分方程或差分方 程的系数不随时间变化。定常系统分为定常线性系统和 定常非线性系统。
2023年9月20日
EXIT
第1章第32页
1.5.2 导弹发射架方位控制系统
手轮
r
E0
给定装置 输入轴 Ⅰ
ur
+ +
u_e 放大器
ua _
0
+
_
导弹发射架方位控制系统原理图
反馈装置
发射架
Ⅱ
u0
输出 轴
E0
随 动 系 统
r
e 电位器 u e
－
Ⅰ、Ⅱ
0
放大器 ua
直流 电动机
减速器
0 导 弹
发射架
2023年9月20日
第1章第19页
1.3.1 基本组成部分
r(t) 给定 元件
输入量
2023年9月20日
EXIT
第1章第24页
1.4 自动控制系统的分类
2023年9月20日
EXIT
第1章第25页
注意：在实际中，绝大多数对象都具有非线性特性，而大 多数仪器仪表也是非线性的，所以很少有真正意义上线性系 统，一般是采用线性化措施将非线性系统处理成线性系统， 这样就可简化分析和运算。（本质非线性除外）
2023年9月20日
EXIT
第1章第27页
1.4.3 按系统参数是否随时间变化而分
1.定常系统：特性不随时间变化的系统称定常系统，又 称时不变系统。描述定常系统特性的微分方程或差分方 程的系数不随时间变化。定常系统分为定常线性系统和 定常非线性系统。
2023年9月20日
EXIT
第1章第32页
1.5.2 导弹发射架方位控制系统
手轮
r
E0
给定装置 输入轴 Ⅰ
ur
+ +
u_e 放大器
ua _
0
+
_
导弹发射架方位控制系统原理图
反馈装置
发射架
Ⅱ
u0
输出 轴
E0
随 动 系 统
r
e 电位器 u e
－
Ⅰ、Ⅱ
0
放大器 ua
直流 电动机
减速器
0 导 弹
发射架
2023年9月20日
第1章第19页
1.3.1 基本组成部分
r(t) 给定 元件
输入量
自动控制原理课件胡寿松
系统开环频率响应相位在临界 频率处的值与180度之间的差值 。
带宽频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
剪切频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
稳定性与性能的关系
稳定性是控制系统的重要性能指 标，它决定了系统能否正常工作
。
系统的稳定性与其性能指标密切 相关，如系统的超调量、调节时
自动控制原理课件胡 寿松
目录
• 自动控制概述 • 控制系统稳定性分析 • 控制系统的性能指标 • 控制系统的设计方法 • 控制系统的校正与补偿 • 控制系统的应用实例
01
自动控制概述
定义与分类
定义
自动控制是利用控制装置，使被 控对象按照预设规律自动运行的 系统。
分类
开环控制系统、闭环控制系统、 复合控制系统等。
通过分析系统的频率特性 ，研究系统的稳定性、带 宽和阻尼特性。
现代控制理论设计方法
状态空间法
01
基于系统的状态方程进行系统分析和设计，适用于线性时变系
统和非线性系统。
线性二次型最优控制
02
通过优化性能指标，设计最优控制律，适用于多输入多输出系
统。
滑模控制
03
设计滑模面和滑模控制器，使得系统状态在滑模面上滑动，适
无人机飞行控制系统通过自动控制算法，实现无人机的稳定飞行 和精确控制。
卫星姿态控制
卫星姿态控制系统通过传感器和执行机构，实现卫星的稳定指向 和精确姿态调整。
航空发动机控制
航空发动机控制系统通过调节燃油流量和点火时间等参数，实现 发动机的稳定运行和性能优化。
工业自动化控制系统的应用
智能制造
智能制造系统通过自动化设备和传感器，实现生产过程的自动化控 制和优化。
带宽频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
剪切频率
系统开环幅频特性等于0.707时 的频率。
稳定性与性能的关系
稳定性是控制系统的重要性能指 标，它决定了系统能否正常工作
。
系统的稳定性与其性能指标密切 相关，如系统的超调量、调节时
自动控制原理课件胡 寿松
目录
• 自动控制概述 • 控制系统稳定性分析 • 控制系统的性能指标 • 控制系统的设计方法 • 控制系统的校正与补偿 • 控制系统的应用实例
01
自动控制概述
定义与分类
定义
自动控制是利用控制装置，使被 控对象按照预设规律自动运行的 系统。
分类
开环控制系统、闭环控制系统、 复合控制系统等。
通过分析系统的频率特性 ，研究系统的稳定性、带 宽和阻尼特性。
现代控制理论设计方法
状态空间法
01
基于系统的状态方程进行系统分析和设计，适用于线性时变系
统和非线性系统。
线性二次型最优控制
02
通过优化性能指标，设计最优控制律，适用于多输入多输出系
统。
滑模控制
03
设计滑模面和滑模控制器，使得系统状态在滑模面上滑动，适
无人机飞行控制系统通过自动控制算法，实现无人机的稳定飞行 和精确控制。
卫星姿态控制
卫星姿态控制系统通过传感器和执行机构，实现卫星的稳定指向 和精确姿态调整。
航空发动机控制
航空发动机控制系统通过调节燃油流量和点火时间等参数，实现 发动机的稳定运行和性能优化。
工业自动化控制系统的应用
智能制造
智能制造系统通过自动化设备和传感器，实现生产过程的自动化控 制和优化。
胡寿松.自动控制原理简明教程[m]自控1
![胡寿松.自动控制原理简明教程[m]自控1](https://img.taocdn.com/s3/m/91b59a0fe2bd960590c67779.png)
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)
r
(+)
e=r-b 或 r
(-)
e=r-b
(-)
c c
引出点 c
b (b)
b
(a)
(c)
闭环控制
+ ug uf
放大器 热电偶
给定电位计
-
Δu
放大器
工件
ua
热处理炉 阀门 煤气 混 合 器
电动机
M
动画： 开闭环控制比较 Ti 给定 装置
•开环控制
+
GT V udo M 给定信号 (电压)
扰动量
ug
晶闸管可 触发 控整流器 器 控制装置
(b) 方块图
输出量
(转速) 受控对象
电动机
(a) 原理图
•控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。 •前馈控制(开环)
+ ug
ui +udo R
放大 i 器 (a) 原理图
M 负载 n ug
第一章 自动控制的一般概念
1.1 一般概念 1.2 基本控制方式 1.3 控制系统的类型 1.4 对控制系统的基本要求
End
1.1 一般概念
1.2 1.3 1.4
何谓控制 何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制 装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。 手动控制 自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控 制的系统，它由被控对象和控制装置组成。 自动控制理论所研究的问题 •被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对 象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。 控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换 部件、放大部件和执行装置。 •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 ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物 理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 •干扰量 ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干 扰。干扰又称扰动。
自动控制原理教案
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
自动控制原理(胡寿松版)课件
自动控制原理(胡寿松版) 课件
自动控制原理是关于自动化生产中的传感器及控制器的课程。系统性、专业 性、实用性是其特点。学好自动控制原理，掌握自动化生产的核心技术，是 提高现代工业水平的重要途径之一。
什么是自动控制原理？
定义
自动控制原理是指用传感器将被控对象（如温 度、压力等）转换为电信号，再由控制电路进 行比较，控制执行机构输出控制量，以在实现 目标的同时，对被控对象进行自动调节的一种 学科。
2
基于控制方式分类
例如PID、ON/OFF等。
3
基于功能分类
例如开关型、调节型等。
控制系统的数学模型
模型
数学模型是用数学语言来描述控制系统的行为 规律所构建的数学关系式。
应用
控制系统的数学模型是系统分析、系统设计及 系统性能评价的重要依据。
总结及提问
总结
自控原理是自动控制专业中的一门基础课。 通过这门课的学习，我们不仅可以掌握自动 控制的核心技术，还能不断提高工业的自动 化水平。
自动控制系统的特点
1 自动性
实现机器的智能程度，减少人工干预，提高工作效率。
2 高精度
自动控制系统的控制对象精度要求很高，智能程度决定系统控制精度。
3 高可靠性
自动控制系统由多个组件组成，如一单个组件出现问题不会对系统的正常工作产生影响。
自动控制系统的分类
1
基于传感器类别分类
例如压力、温度、流量等。
提问
有没有什么实例可以更好地解释基于控制方 式的自动控制系统的分类？
应用
自动控制原理的应用非常广泛，例如在汽车制 造、机床、钢铁、化工等工业中都有着非常重 要的地位。
自动控制系统的基本组成
传感器
将被控对象的信息（如温度、压力等）转 化为电信号。
自动控制原理是关于自动化生产中的传感器及控制器的课程。系统性、专业 性、实用性是其特点。学好自动控制原理，掌握自动化生产的核心技术，是 提高现代工业水平的重要途径之一。
什么是自动控制原理？
定义
自动控制原理是指用传感器将被控对象（如温 度、压力等）转换为电信号，再由控制电路进 行比较，控制执行机构输出控制量，以在实现 目标的同时，对被控对象进行自动调节的一种 学科。
2
基于控制方式分类
例如PID、ON/OFF等。
3
基于功能分类
例如开关型、调节型等。
控制系统的数学模型
模型
数学模型是用数学语言来描述控制系统的行为 规律所构建的数学关系式。
应用
控制系统的数学模型是系统分析、系统设计及 系统性能评价的重要依据。
总结及提问
总结
自控原理是自动控制专业中的一门基础课。 通过这门课的学习，我们不仅可以掌握自动 控制的核心技术，还能不断提高工业的自动 化水平。
自动控制系统的特点
1 自动性
实现机器的智能程度，减少人工干预，提高工作效率。
2 高精度
自动控制系统的控制对象精度要求很高，智能程度决定系统控制精度。
3 高可靠性
自动控制系统由多个组件组成，如一单个组件出现问题不会对系统的正常工作产生影响。
自动控制系统的分类
1
基于传感器类别分类
例如压力、温度、流量等。
提问
有没有什么实例可以更好地解释基于控制方 式的自动控制系统的分类？
应用
自动控制原理的应用非常广泛，例如在汽车制 造、机床、钢铁、化工等工业中都有着非常重 要的地位。
自动控制系统的基本组成
传感器
将被控对象的信息（如温度、压力等）转 化为电信号。
经典自动控制原理胡寿松-精选
C(s)△= 1 - ∑La + ∑LbLc -∑LdLeLf+…
其中:
— ∑La 所有单独回路增益之和
∑LbLc—所有两两互不接触回路增益乘积之和
∑LdLeLf—所有三个互不接触回路增益乘积之和
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式
1
1+G(s)H(s)
若系统稳定, 则可用终值定理求ess
R(s)
ess=
lim
s→0
s
1+
k sν
G0H0
r(t)=R·1(t) R(s)=R/s
R
ess=
1+
lim k s→0 sν
kp
r(t)=V·t R(s)=V/s2
ess=
V
lim s
s→0
k sν
kv
·
r(t)=At2/2 R(s)=A/s3
• 课件32中的‘注意’应在观看‘rltool’后讲解。若不演 示‘rltool’也可以。
• 课件33结论1和2与书中的相同，结论3分为n>m，n=m， n<m这3种情况介绍，其中n为开环极点数，m为开环零 点数。
• 课件34根轨迹出现后，先介绍图上方的C(s)=6实际是 K*=6,图中的3个小方块为K*=6所对应的3个闭环极点， 然后验证模值条件和相角条件。
△k求法: 去掉第k条前向通路后所求的△
△k=1-∑LA+ ∑LBLC- ∑LDLELF+…
16
G4(s)
梅逊公式例R-C
R(s)
GG11((ss) )
GG22((ss) )
GG33((ss))
自动控制原理(胡寿松)第一章ppt课件
智能家居
智能家居是自动控制系统在家庭生活中的应用，通过智能家居设备 实现家庭生活的智能化和自动化。
交通工具
交通工具是自动控制系统的重要应用领域之一，如自动驾驶汽车、无 人机等，通过自动化控制技术提高交通工具的安全性和效率。
03
控制系统的传递函数
线性时不变系统的描述
线性时不变系统
在一定的输入下，输出量与输入量成正比，且与 时间无关的系统。
稳定的。
05
控制系统的性能指标
时域性能指标
峰值时间
控制系统达到其最大超调量的 时间。
调节时间
控制系统从设定值稳定到误差 带内的所需时间。
上升时间
控制系统输出从0上升到稳态值 所需的时间。
最大超调量
控制系统输出超过稳态值的最 大偏差量。
频域性能指标
幅值裕度
系统开环频率响应幅值下降到稳态值所需的 分贝数。
传递函数的性质
01
02
传递函数具有复数域上的函数性质，如连续 性、可微性等。
传递函数的分子和分母都是多项式，且分 母多项式的阶数高于分子多项式的阶数。
03
04
传递函数的计算方法
根据系统的结构图或微分方程，计算传递 函数。
05
06
通过系统元件的传递函数，组合得到整个 系统的传递函数。
04
控制系统的稳定性分析
03 如果劳斯表格中的所有符号都是负的，则系统是 稳定的；否则，系统是不稳定的。
奈奎斯特稳定判据
01
02
03
奈奎斯特稳定判据是通 过分析系统的频率响应 来判定系统稳定性的方
法。
它基于奈奎斯特曲线（频 率响应曲线）的计算，通 过判断奈奎斯特曲线是否 包围点（-1，0）来确定
智能家居是自动控制系统在家庭生活中的应用，通过智能家居设备 实现家庭生活的智能化和自动化。
交通工具
交通工具是自动控制系统的重要应用领域之一，如自动驾驶汽车、无 人机等，通过自动化控制技术提高交通工具的安全性和效率。
03
控制系统的传递函数
线性时不变系统的描述
线性时不变系统
在一定的输入下，输出量与输入量成正比，且与 时间无关的系统。
稳定的。
05
控制系统的性能指标
时域性能指标
峰值时间
控制系统达到其最大超调量的 时间。
调节时间
控制系统从设定值稳定到误差 带内的所需时间。
上升时间
控制系统输出从0上升到稳态值 所需的时间。
最大超调量
控制系统输出超过稳态值的最 大偏差量。
频域性能指标
幅值裕度
系统开环频率响应幅值下降到稳态值所需的 分贝数。
传递函数的性质
01
02
传递函数具有复数域上的函数性质，如连续 性、可微性等。
传递函数的分子和分母都是多项式，且分 母多项式的阶数高于分子多项式的阶数。
03
04
传递函数的计算方法
根据系统的结构图或微分方程，计算传递 函数。
05
06
通过系统元件的传递函数，组合得到整个 系统的传递函数。
04
控制系统的稳定性分析
03 如果劳斯表格中的所有符号都是负的，则系统是 稳定的；否则，系统是不稳定的。
奈奎斯特稳定判据
01
02
03
奈奎斯特稳定判据是通 过分析系统的频率响应 来判定系统稳定性的方
法。
它基于奈奎斯特曲线（频 率响应曲线）的计算，通 过判断奈奎斯特曲线是否 包围点（-1，0）来确定
8. 《自动控制原理》胡寿松主编 第五版 电子课件——第八章
第八章 非线性控制系统分析§8－1 非线性控制系统的基本概念§ §8 8－－2 典型非线性环节及其对系统的影响 §8－4 用描述函数法分析非线性系统§8－3 描述函数法主要内容1． 非线性系统的基本概念2． 典型非线性环节及其对系统的影响 3． 描述函数的基本概念及应用前提 4． 典型非线性特性的描述函数5. 用描述函数分析非线性系统的稳定性和自激振荡6、 非线性系统的简化重 点 与 难 点1．非线性系统的性质特点2．用描述函数分析非线性系统的稳定性3. 基于描述函数法计算系统自振参数4. 非线性系统的简化系统自振参数的计算与非线性与非线性系统的简化 重 点难 点点本章引言前述均为线性系统。
严格说来，任何一 个实际 控制系统，其元部件都或多或少的带有非线性，理想 的线性系统实际上不存在。
当能够采用小偏差法将非 线性系统线性化时，称为非本质性非线性，可以应用 线性理论；但还有一些元部件的特性不能采用小偏差 法进行线性化，则称为本质性非线性，如饱和特性、 继电特性等等。
这时不能采用线性理论进行研究，所 以只运用线性理论在工程上是不够的，还需研究分析 非线性理论。
本章引言（续）饱和特性 继电特性§ §8 8－－1 非线性控制系统的基本概念 若系统含有一个或一个以上的非线性部件或 环节，则此系统为非线性系统。
线性系统用传递函 数、频率特性、根轨迹等概念，线性系统的运动特 性与输入幅值、系统初始状态无关，故常在典型输 入信号下和零初始条件下进行分析研究。
而由于非 线性系统的数学模型是非线性微分方程，故不能采 用线性系统的分析方法。
用线性系统的分析方法。
k例如：对于线性系统， 时， 当 22 1 1 x a x a x + = ； 2 2 1 1 y a y a y + = 但对于非线性系统，例如饱和 特性： 单独作用时， ， 1 1 kx y = ； 2 2 kx y = ， 若 cx x x > + = 2 1 ， 则 B y = 而不等于 21 kx kx + cx c x < < 2 1 ， 设 ； ) ( kc B y = = ∴非线性系统不能用迭加原理，而且在稳定性、运动形式等方面具有独特的特点。
自动控制原理电子课件胡寿松版
π
- 取其解中的最小值，S1,2= 得ωntp= ±jωωd n √1- 2
e 由σ%=
h(t)=
h(tp) －h(∞)
1－h(∞) 1
√1- 2
100%
-
e 得 σ% = -π ωnt sin(ωd t +β
100%
)
（0 ﹤ ≤ 0.8） 由包络线求调节时间
设系统特征方程为： 劳思表介绍
s6+2s5+3s4+4s3+5s2+6s+7=0
• 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。
说明3
• 课件17~30为第三章的内容。
• 课件17~19中的误差带均取为稳态值的5%，有超 调的阶跃响应曲线的上升时间为第一次到达稳态 值的时间。
1 按扰动的全补偿
Gn(s)
N(s )
R(s) E(s )
k1 T1s+1
k2
C(s
s(T2s+1) )
令R(s)=0,En(s) = -C(s) =
s
(T1s+1)+ k1Gn(s) (T1s+1)(T2s+1) + k1k2
N(s)
令分子=0，得Gn(s) = - (T1s+1)/k1
2 按扰动的稳t态从补0→偿∞全过设程系统这稳就定是，按N(扰s)=动1/的s ,则全补偿
串联
并联
反馈
G1 G2
G1
G1
G2
G2
G1 G2
- 取其解中的最小值，S1,2= 得ωntp= ±jωωd n √1- 2
e 由σ%=
h(t)=
h(tp) －h(∞)
1－h(∞) 1
√1- 2
100%
-
e 得 σ% = -π ωnt sin(ωd t +β
100%
)
（0 ﹤ ≤ 0.8） 由包络线求调节时间
设系统特征方程为： 劳思表介绍
s6+2s5+3s4+4s3+5s2+6s+7=0
• 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。
说明3
• 课件17~30为第三章的内容。
• 课件17~19中的误差带均取为稳态值的5%，有超 调的阶跃响应曲线的上升时间为第一次到达稳态 值的时间。
1 按扰动的全补偿
Gn(s)
N(s )
R(s) E(s )
k1 T1s+1
k2
C(s
s(T2s+1) )
令R(s)=0,En(s) = -C(s) =
s
(T1s+1)+ k1Gn(s) (T1s+1)(T2s+1) + k1k2
N(s)
令分子=0，得Gn(s) = - (T1s+1)/k1
2 按扰动的稳t态从补0→偿∞全过设程系统这稳就定是，按N(扰s)=动1/的s ,则全补偿
串联
并联
反馈
G1 G2
G1
G1
G2
G2
G1 G2
《自动控制原理》胡寿松+习题答案(附带例题课件)
用电技术专业方向）
先修课程： 高等数学、大学物理、积分变换、电路、数字电子技术、模拟电子技术
一、课程性质、目的和任务
本课程为电气工程及其自动化专业的主要专业基础课程之一，目的是使学生掌握负反馈控制原理、控
制系统数学模型的建立和系统性能分析、设计的基本方法，培养学生分析和设计自动控制系统性能的基本
能力并能满足其它后续专业课程对自动控制理论知识的需要。
八、教材及主要参考资料
教 材： 《自动控制理论实验指导书》，王芳、杨志超编写，2007 年 参考书：《自动控制原理》，国防工业出版社，王划一主编，2001 年
《基于 MATLAB 的系统分析与设计》-控制系统，楼顺天、于卫编著，西安电子科技大学出 版社，1999 年
《MATLAB 控制系统设计与仿真》，赵文峰编著，西安电子科技大学出版社，2002 年
4．频率法反馈校正的基本原理和方法（选讲）
（七）非线性控制系统 了解非线性系统与线性系统的区别，了解非线性特性和非线性系统的主要特征，学会非线性系统的描 述函数分析方法，了解非线性系统的相平面分析法（选讲）。
3
《自动控制原理》电子教案
1． 非线性系统的基本概念 2． 典型非线性特性、非线性系统的主要特征 3． 描述函数定义、应用条件和求取方法 4． 应用描述函数分析非线性系统的稳定性 5． 非线性系统自激振荡分析和计算 6． 介绍非线性系统相平面分析法（选讲）
其它 合计
自动控制系统的基本概念
4
控制系统的数学模型
10
2
线性系统的时域分析法
10
2
根轨迹分析法
8
线性系统的频域分析法
12
2
控制系统的校正
6
2
相关主题
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实验成绩20分，平时成绩10分，期中考试成绩15分，阶段测验10 分，期末考试45分。
其中平时成绩：作业5分、课堂笔记2分、表现3分 九、教案书写说明：
1、带有下划线的为板书内容； 2、思考题一部分是作业题，一部分是课堂讨论题； 3、多媒体教学中，部分内容没有列入教案； 4、课堂讨论主要以习题课为主。
2、解决难点：将典型信号分析与系统实例有机结合。
授课方法
通过系统实例分析，阐述自 动控制系统的基本要求
（现代化） 教学手段
多媒体课件与板书结 合
作业 思考题 师生互动
P17 1.2 1.5 思考题：评价系统性能的三大要素是什么？ 1、 对控制系统设计有哪些要求？ 2、 静态指标主要指什么？
1． 3自动控制系统的分类
2、 本课主要内容 自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型建立、介绍线性系 统的时域分析、根轨迹分析、频域分析三大分析设计方法，并介绍校正 的相关概念与系统校正的设计方法。 3、 如何学好该课程 要学好这门课程主要把握几个环节：
1、 知识的连续性，一环扣一环，及时消化理解； 2、 要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识； 3、 加强作业练习，作好课堂笔记； 4、 利用好答疑时间，发现问题及时解决； 5、 加强实践环节，上好实验课。 四、参考书 1、卢京潮编著，自动控制原理，西北工业大学出版社，2004年 9月 2、蒋大明等编著，自动控制原理，清华大学出版社，2003年3
《自动控制原理》课程教案
前言
1、 重要性 1、 自动控制原理是自动化专业主干课程，是最重要的专业基础
课，该课程涉及到电路、电机拖动、电子技术等方面的知 识，为学好专业课打下良好的基础。 2、 自动控制原理课不仅是高校控制类专业必修课程，而且越
来越多的非控制 专业也列入必修课，也各高校研究生入学考试的课程。 3、自动化的核心是控制技术，控制技术的的基础是控制理论，没有 先进的控 制理论就没有先进的控制技术。
2、 闭环（反馈）控制系统
图1-4 龙门刨床速度控制系统方块图
图1-5 闭环（反馈）控制系统基本组成框图
（1）闭环（反馈）系统的基本组成 ○：比较元件：是测量元件与给定量进行比较； －：表示负反馈； ＋：表示负反馈； 前向通道：从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路； 反馈通路：从输出端到输入端的传输通道； 扰动量：能引起输出量发生变化的量。 （2）系统参量说明 n：被控量；u0：给定量；ua：控制量；ut：反馈量；Δu：偏差量 （3）各元件的作用 ①测量元件：检测被控制的物理量（传感器、测速发电机等）。 ②给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量（参据 量）。 ③比较元件：将测量元件检测的被控量与给定元件给出的期望值比较，求出其 偏差。 ④放大元件：偏差信号放大，推动执行元件。 ⑤执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 ⑥补偿元件（校正元件）：产生控制作用的元件（电子电路或计算 机）。 3、复合控制系统 复合控制方式：两种或两种以上的控制结合称复合控制方式。（反馈控制和扰动 控制） 复合控制最新技术（学科前沿知识） （1）国内外神经网络与模糊复合控制应用及特点；（2）与一般复合控制方 式的区别。
1．2自动控制系统示例
图1-6 电阻炉计算机温度控制系统
1、系统组成：（1）放大滤波 （2）A/D变换器 （3）D/A变换器 （4）整流
2、工作原理：检测T↑ → 放大→ A/D→ 计算机分析→ 控制 → D/A → 改变输出 →T ↓
3、特点：（1）闭环 （2）自动控制 （3）计算机控制
第二讲
第一章 第三节、第四节
按控制方式分类：（1）开环控制；（2）反馈控制；（3）复合控 制
按给定量的变化规律分类：（1）恒值系统 （2）随动系统 （3） 程序控制系统。
恒值系统：给定量（参据量）不变，要求被控量维持某个特定的 值。（调节原理）
随动系统：给定量（参据量）是预先未知的随时间任意变化的函 数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参据量的变化。（跟踪系统）
授课学时
2
教学目的 及要求
目的：通过本次课学习，使学生了解不同控制系统的特点及应用场合，掌握 评价自动控制系统的三要素。
要求：能对各种自动控制系统进行定性分析。
教学难点 重点：掌握自动控制系统基本要求。 及重点及措施 难点：典型输入信号与实际系统的联系
措施：1、突出重点：采用多媒体教学，用系统实例分析方法，阐述系统基 本要求。
2 单位斜坡信号
船闸升 降、机床 加工斜面
3 单位加速度信号
4 单位脉冲信号
脉冲电压 信号冲击 力
5 正弦信号
海浪的扰 动力
本章要点： 1、 自动控制、自动控制系统概念。 2、 自动控制系统可分为开环控制、闭环控制、复合控制。重点掌握 闭环控制系统的原理。 3、 评价自动控制系统的动态性能的三大要素，可归纳为3个字： 稳、准、快。
授课方法
通过系统实例分析，介绍相 关的概念及原理。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（现代化） 教学手段
多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。
作业 思考题 师生互动
P16 1.1 思考题：国内外自动控制技术的发展趋势如何？ 开环系统与闭环系统有何区别？
1.1自动控制的基本原理与方式 一、自动控制技术的发展及应用
1、发展：经典控制理论 → 现代控制理论 → 智能控制理论 2、应用：机械、冶金、石油化工，航空、航天、工农业生产、人 们生活的各个领域。人造卫星的发射与返回、导弹发射等。 二、几个基本概念 1、自动控制：在没有人参与的情况下，通过控制器使某些物理量 按照
4、校正装置（2学时） 提纲：（1）滤波型调节器。 （2）PID控制器的调整。 要求：掌握滤波型调节器功能及使用方法以及PID控制器的调整方法。 所需知识：传递函数、基本校正装置等。 七、学科前沿知识
1、国内外复合控制系统的发展状况，神经网络、模糊控制等智能 控制技术的结合的控制技术特点。
2、系统的校正方法最新发展动态及主要思想。 八、成绩考核
第一讲
第一章 第一节、第二节
授课学时
2
教学目的 及要求
目的：了解自动控制理论的发展与应用，掌握自动控制系统的基本概念。 要求：能分析闭环控制系统的工作原理及特点。
教学难点 重点：闭环控制系统的分析方法。 及重点及措施 难点：复合系统的分析。
措施：1、突出重点：引用系统实例分析，采用采用系统流程分析方法。 2、解决难点：通过实例分析，讲述复合控制方法的相互关联及功能。
第一章 自动控制的一般概念
教学目的：通过本章学习，熟悉自动控制系统的相关概念，了解自动控制
理论的发展与应用，掌握自动控制系统的基本概念，了解自动
控制系统的组成、分类及对自动控制系统稳、准、快三方面的
基本要求。
教学重点：掌握闭环控制系统的基本概念与分析方法。
教学难点：复合系统的分析。 本章知识结构图：
五、学时分配（80学时）
章
讲课内容
学时
1
自动控制的一般概念
4
2
自动控制系统的数学摸型
12
3
时域分析法
10
4
根轨迹法
10
5
频率特性法
14
6
控制系统的校正与综合
16
7
非线性系统分析
10
机动
4
合计
80
六、本课程自学内容
1、动态误差系数（2学时） 提纲：广义误差系数：动态位置误差系数、动态速度误差系数、动态加速度
3、 工作原理：负载 速度 ut Δu uk ua 速度
四、自动控制系统基本控制方式 1、 开环控制系统
（1）定义：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联 系。 （2）特点：没有自动修正偏差的能力，抗干扰能力差，但价格低，适用于精度
要求不高的场合。
图1-2龙门刨床速度开环控制系统原理图 图1-3 龙门刨床速度开环控制系统方框图
程序控制系统：参据量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控 量迅速、准确地加以复现。
按系统性能分为：（1）线性系统 （2）非线性系统 线性系统：组成系统的元件的特性均为线性的，可用一个或一组线性微分方
程来描述系统的输入和输出之间的关系。线性系统的主要特征是 具有齐次性和叠加性。 非线性系统：系统中只要有一个元件特性不能用线性微分方程描述其输 入和输出关系，则称非线性系统。采用非线性系统分析方法，如 果对非线性程度不高的可用线性系统理论的方法来处理。 1.4 对自动控制系统的基本要求 一、基本要求 自动控制系统是否能很好地工作，是否能精确地保持被控量按照预 定的要求规律变化，着取决于被控对象和控制器各功能元件的参数是否 设计得当。通常从稳、准、快个方面来衡量自动控制系统。 1、 稳定性（稳） 稳定工作是对所有自动控制系统的基本要求，是一个系统能否工作 的前提。 2、 准确性（准） 系统过渡到新的平衡状态以后或系统对抗干扰重新平衡后，最终保 持的精 度，稳态精度与控制系统的结构、参数及输入信号形式有关。 3、 快速性（快） 对动态过程的形式和快慢提出要求，（超调量、动态响应时间等） 二、典型输入信号
误差系数等。 要求：能求系统的动态误差。 所需知识：传递函数、稳态误差
2、高阶系统（2学时） 提纲：（1）高阶系统的单位阶跃响应。 （2）高阶系统的动态性能估算。 要求：能求出高阶系统的单位阶跃响应，并能对系统进行分析。 所需知识：传递函数、一阶、二阶系统单位阶跃响应等。 3、零度根轨迹（2学时） 提纲：（1）零度根轨迹的绘制 要求：主要掌握零度根轨迹的绘制及分析方法。 所需知识：传递函数、根轨迹的绘制法则等。
指定的规律变化。 2、自动控制系统：由控制器和被控对象组成的能实现自动控制任 务的
系统。
三、系统实例
图1-1 龙门刨床速度控制系统原理图
1、 组成及各部件的作用：SM主电动机；KZ整流装置；TG测速 发电机；FD放大器；CF触发器
其中平时成绩：作业5分、课堂笔记2分、表现3分 九、教案书写说明：
1、带有下划线的为板书内容； 2、思考题一部分是作业题，一部分是课堂讨论题； 3、多媒体教学中，部分内容没有列入教案； 4、课堂讨论主要以习题课为主。
2、解决难点：将典型信号分析与系统实例有机结合。
授课方法
通过系统实例分析，阐述自 动控制系统的基本要求
（现代化） 教学手段
多媒体课件与板书结 合
作业 思考题 师生互动
P17 1.2 1.5 思考题：评价系统性能的三大要素是什么？ 1、 对控制系统设计有哪些要求？ 2、 静态指标主要指什么？
1． 3自动控制系统的分类
2、 本课主要内容 自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型建立、介绍线性系 统的时域分析、根轨迹分析、频域分析三大分析设计方法，并介绍校正 的相关概念与系统校正的设计方法。 3、 如何学好该课程 要学好这门课程主要把握几个环节：
1、 知识的连续性，一环扣一环，及时消化理解； 2、 要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识； 3、 加强作业练习，作好课堂笔记； 4、 利用好答疑时间，发现问题及时解决； 5、 加强实践环节，上好实验课。 四、参考书 1、卢京潮编著，自动控制原理，西北工业大学出版社，2004年 9月 2、蒋大明等编著，自动控制原理，清华大学出版社，2003年3
《自动控制原理》课程教案
前言
1、 重要性 1、 自动控制原理是自动化专业主干课程，是最重要的专业基础
课，该课程涉及到电路、电机拖动、电子技术等方面的知 识，为学好专业课打下良好的基础。 2、 自动控制原理课不仅是高校控制类专业必修课程，而且越
来越多的非控制 专业也列入必修课，也各高校研究生入学考试的课程。 3、自动化的核心是控制技术，控制技术的的基础是控制理论，没有 先进的控 制理论就没有先进的控制技术。
2、 闭环（反馈）控制系统
图1-4 龙门刨床速度控制系统方块图
图1-5 闭环（反馈）控制系统基本组成框图
（1）闭环（反馈）系统的基本组成 ○：比较元件：是测量元件与给定量进行比较； －：表示负反馈； ＋：表示负反馈； 前向通道：从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路； 反馈通路：从输出端到输入端的传输通道； 扰动量：能引起输出量发生变化的量。 （2）系统参量说明 n：被控量；u0：给定量；ua：控制量；ut：反馈量；Δu：偏差量 （3）各元件的作用 ①测量元件：检测被控制的物理量（传感器、测速发电机等）。 ②给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量（参据 量）。 ③比较元件：将测量元件检测的被控量与给定元件给出的期望值比较，求出其 偏差。 ④放大元件：偏差信号放大，推动执行元件。 ⑤执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 ⑥补偿元件（校正元件）：产生控制作用的元件（电子电路或计算 机）。 3、复合控制系统 复合控制方式：两种或两种以上的控制结合称复合控制方式。（反馈控制和扰动 控制） 复合控制最新技术（学科前沿知识） （1）国内外神经网络与模糊复合控制应用及特点；（2）与一般复合控制方 式的区别。
1．2自动控制系统示例
图1-6 电阻炉计算机温度控制系统
1、系统组成：（1）放大滤波 （2）A/D变换器 （3）D/A变换器 （4）整流
2、工作原理：检测T↑ → 放大→ A/D→ 计算机分析→ 控制 → D/A → 改变输出 →T ↓
3、特点：（1）闭环 （2）自动控制 （3）计算机控制
第二讲
第一章 第三节、第四节
按控制方式分类：（1）开环控制；（2）反馈控制；（3）复合控 制
按给定量的变化规律分类：（1）恒值系统 （2）随动系统 （3） 程序控制系统。
恒值系统：给定量（参据量）不变，要求被控量维持某个特定的 值。（调节原理）
随动系统：给定量（参据量）是预先未知的随时间任意变化的函 数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参据量的变化。（跟踪系统）
授课学时
2
教学目的 及要求
目的：通过本次课学习，使学生了解不同控制系统的特点及应用场合，掌握 评价自动控制系统的三要素。
要求：能对各种自动控制系统进行定性分析。
教学难点 重点：掌握自动控制系统基本要求。 及重点及措施 难点：典型输入信号与实际系统的联系
措施：1、突出重点：采用多媒体教学，用系统实例分析方法，阐述系统基 本要求。
2 单位斜坡信号
船闸升 降、机床 加工斜面
3 单位加速度信号
4 单位脉冲信号
脉冲电压 信号冲击 力
5 正弦信号
海浪的扰 动力
本章要点： 1、 自动控制、自动控制系统概念。 2、 自动控制系统可分为开环控制、闭环控制、复合控制。重点掌握 闭环控制系统的原理。 3、 评价自动控制系统的动态性能的三大要素，可归纳为3个字： 稳、准、快。
授课方法
通过系统实例分析，介绍相 关的概念及原理。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（现代化） 教学手段
多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。
作业 思考题 师生互动
P16 1.1 思考题：国内外自动控制技术的发展趋势如何？ 开环系统与闭环系统有何区别？
1.1自动控制的基本原理与方式 一、自动控制技术的发展及应用
1、发展：经典控制理论 → 现代控制理论 → 智能控制理论 2、应用：机械、冶金、石油化工，航空、航天、工农业生产、人 们生活的各个领域。人造卫星的发射与返回、导弹发射等。 二、几个基本概念 1、自动控制：在没有人参与的情况下，通过控制器使某些物理量 按照
4、校正装置（2学时） 提纲：（1）滤波型调节器。 （2）PID控制器的调整。 要求：掌握滤波型调节器功能及使用方法以及PID控制器的调整方法。 所需知识：传递函数、基本校正装置等。 七、学科前沿知识
1、国内外复合控制系统的发展状况，神经网络、模糊控制等智能 控制技术的结合的控制技术特点。
2、系统的校正方法最新发展动态及主要思想。 八、成绩考核
第一讲
第一章 第一节、第二节
授课学时
2
教学目的 及要求
目的：了解自动控制理论的发展与应用，掌握自动控制系统的基本概念。 要求：能分析闭环控制系统的工作原理及特点。
教学难点 重点：闭环控制系统的分析方法。 及重点及措施 难点：复合系统的分析。
措施：1、突出重点：引用系统实例分析，采用采用系统流程分析方法。 2、解决难点：通过实例分析，讲述复合控制方法的相互关联及功能。
第一章 自动控制的一般概念
教学目的：通过本章学习，熟悉自动控制系统的相关概念，了解自动控制
理论的发展与应用，掌握自动控制系统的基本概念，了解自动
控制系统的组成、分类及对自动控制系统稳、准、快三方面的
基本要求。
教学重点：掌握闭环控制系统的基本概念与分析方法。
教学难点：复合系统的分析。 本章知识结构图：
五、学时分配（80学时）
章
讲课内容
学时
1
自动控制的一般概念
4
2
自动控制系统的数学摸型
12
3
时域分析法
10
4
根轨迹法
10
5
频率特性法
14
6
控制系统的校正与综合
16
7
非线性系统分析
10
机动
4
合计
80
六、本课程自学内容
1、动态误差系数（2学时） 提纲：广义误差系数：动态位置误差系数、动态速度误差系数、动态加速度
3、 工作原理：负载 速度 ut Δu uk ua 速度
四、自动控制系统基本控制方式 1、 开环控制系统
（1）定义：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联 系。 （2）特点：没有自动修正偏差的能力，抗干扰能力差，但价格低，适用于精度
要求不高的场合。
图1-2龙门刨床速度开环控制系统原理图 图1-3 龙门刨床速度开环控制系统方框图
程序控制系统：参据量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控 量迅速、准确地加以复现。
按系统性能分为：（1）线性系统 （2）非线性系统 线性系统：组成系统的元件的特性均为线性的，可用一个或一组线性微分方
程来描述系统的输入和输出之间的关系。线性系统的主要特征是 具有齐次性和叠加性。 非线性系统：系统中只要有一个元件特性不能用线性微分方程描述其输 入和输出关系，则称非线性系统。采用非线性系统分析方法，如 果对非线性程度不高的可用线性系统理论的方法来处理。 1.4 对自动控制系统的基本要求 一、基本要求 自动控制系统是否能很好地工作，是否能精确地保持被控量按照预 定的要求规律变化，着取决于被控对象和控制器各功能元件的参数是否 设计得当。通常从稳、准、快个方面来衡量自动控制系统。 1、 稳定性（稳） 稳定工作是对所有自动控制系统的基本要求，是一个系统能否工作 的前提。 2、 准确性（准） 系统过渡到新的平衡状态以后或系统对抗干扰重新平衡后，最终保 持的精 度，稳态精度与控制系统的结构、参数及输入信号形式有关。 3、 快速性（快） 对动态过程的形式和快慢提出要求，（超调量、动态响应时间等） 二、典型输入信号
误差系数等。 要求：能求系统的动态误差。 所需知识：传递函数、稳态误差
2、高阶系统（2学时） 提纲：（1）高阶系统的单位阶跃响应。 （2）高阶系统的动态性能估算。 要求：能求出高阶系统的单位阶跃响应，并能对系统进行分析。 所需知识：传递函数、一阶、二阶系统单位阶跃响应等。 3、零度根轨迹（2学时） 提纲：（1）零度根轨迹的绘制 要求：主要掌握零度根轨迹的绘制及分析方法。 所需知识：传递函数、根轨迹的绘制法则等。
指定的规律变化。 2、自动控制系统：由控制器和被控对象组成的能实现自动控制任 务的
系统。
三、系统实例
图1-1 龙门刨床速度控制系统原理图
1、 组成及各部件的作用：SM主电动机；KZ整流装置；TG测速 发电机；FD放大器；CF触发器