自动控制原理电子教案,胡寿松

月 3、谢克明等编著， 自动控制原理，电子工业出版社，2004年4
月 4、杨自厚编著， 自动控制原理，冶金工业出版社，2002年5月 卢京潮编著：
主要特点：（1）内容较丰富；（2）有系统仿真分析；（3）第 一章 有相关新知识。
蒋大明等编著： 主要特点：（1）系统实例较多，具有一定的实用性。（2）主 要参考第二章和第五章内容。 杨自厚编著 主要特点：（1）系统设计方面讲述全面、系统。（3）主要参 考第三章、第五章和第六章内容。
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：
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
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
授课方法
通过系统实例分析，介绍相 关的概念及原理。
（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
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）
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
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。
控制系统的动态性能, 可通过在输入信号作用下系统的过渡过程来
评价. 典型输入信号：是根据系统常用的输入信号形式，大多数控制系
统的输入信号未知, 如火炮系统中敌机位置, 无法预知,使火炮输入信号
有随机性等.用典型信号描述.
序号
典型信号
时域表达式
复域表达式
工程中的 信号描述
1 单位阶跃信号
电流突然 接通负载 突变
授课学时Fra Baidu bibliotek
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。
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。
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
2、 系统的功能：负载变化（外界扰动）使速度发生变化，通过系 统调节使其恒速。
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。
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
《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 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。
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
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
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。