自动控制原理与系统1
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
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。
自动控制原理与系统--总结
总结
一、绪论
1、自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如机器、设备或 生产过程）的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、化学成分等） 自动的按照预定的规律运行（或变化）
2、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。它一般由控制装置 和被控对象组成。被控制对象是指那些要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。控制装 置是指对被控对象起控制作用的设备总体。
ur R1 uc1
duc1 dt
1 c1
(i1 i2 )
uc1 R2i2 uc
d uc 2 dt
1 c2
i2
由所得方程组消去中间变量得：
几种常用典型函数
1.阶跃函数：
r(t)
0,t 0 A,t 0
A是常数
单位阶跃函数：1(t)
0, t 1, t
0 0
2.斜坡函数：
r(t)
0,t 0 At,t 0
系统类别
静态误差系数 阶跃输入 r(t) R I (t) 斜坡输入r(t)=R t
K p K Ka
ess
R 1 K p
ess
R K
0 K 00
R 1 K
I K 0 0
R K
II K 0
0
III 0
0
加速度输入 r(t) Rt 2 2
ess
R Ka
R K
0
表3-1 输入信号作用下的稳态误差
系统受到扰动的作用，偏离了原来的平衡状态， 而当扰动消失后，系统又能够逐渐恢复到原来 的平衡状态，则称该系统是渐进稳定的（简称 为稳定）。否则，称该系统是不稳定的。 线性定常系统稳定的充分必要条件：闭环系统 特征方程的所有根据都具有负实部，或者说闭 环传递函数的所有极点均位于为S平面的左半部 分（不包括虚轴）。
自控原理与系统_试卷（含答案）
⾃控原理与系统_试卷（含答案）《⾃动控制原理与系统》期末试卷A⼀、填空题（每空2分，共30分）1.根据⾃动控制技术发展的不同阶段，⾃动控制理论分为和。
2.对控制系统的基本要求包括、、。
3.系统开环频率特性的⼏何表⽰⽅法：和。
4.线性系统稳定的充要条件是。
5.控制系统的时间响应从时间的顺序上可以划分为和两个过程。
6.常见的五种典型环节的传递函数、、、和。
⼆、简答题（每题4分，共8分） 1.建⽴系统微分⽅程的步骤？ 2.对数频率稳定判据的内容？三、判断题（每题1分，共10分）1.（）系统稳定性不仅取决于系统特征根，⽽且还取决于系统零点。
2.（）计算系统的稳态误差以系统稳定为前提条件。
3.（）系统的给定值（参考输⼊）随时间任意变化的控制系统称为随动控制系统。
4.（）线性系统特性是满⾜齐次性、可加性。
5.（）传递函数不仅与系统本⾝的结构参数有关，⽽且还与输⼊的具体形式有关。
6.（）对于同⼀系统（或元件），频率特性与传递函数之间存在着确切的对应关系。
7.（）传递函数只适⽤于线性定常系统——由于拉⽒变换是⼀种线性变换。
8.（）若开环传递函数中所有的极点和零点都位于S 平⾯的左半平⾯，则这样的系统称为最⼩相位系统。
9.（）“回路传递函数”指反馈回路的前向通路和反馈通路的传递函数乘积，不包含表⽰反馈极性的正负号。
10.（）系统数学模型是描述系统输⼊、输出及系统内部变量之间关系的数学表达式。
四、计算题（每题12分，共36分）1.试求取如图所⽰⽆源电路的传递函数)(s U /)(s U i 。
2.设单位负反馈系统的开环传递函数为)1(1)(+=s s s G ，试求系统反应单位阶跃函数的过渡过程的上升时间r t ，峰值时间p t ，超调量%σ和调节时间s t 。
3.设某系统的特征⽅程式为0122234=++++s s s s ，试确定系统的稳定性。
若不稳定，试确定在s 右半平⾯内的闭环极点数。
五、画图题（共16分） .某系统的开环传递函数为)20)(1()2(100)(+++=s s s s s G ，试绘制系统的开环对数频率特性曲线。
自动控制原理与系统
对自动控制理论的具体描述
1、开环控1制.2系开统(环Op控en制L和oo闭p 环Co控nt制rol System)
若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响， 则这样的系统称为开环控制系统。
图 1 - 1 数控加工机床示意图
图 1 - 2 为数控加工机床开环控制 框图。 此系统的输入量为加工程序指令， 输出量为机床工作台的位移， 系统的控 制对象为工作台， 执行机构为步进电动 机和传动机构。
(3) 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 同信号电压。
(4) 扰动量（Disturbance Variable）: 又称干扰 或“噪声”（Noise）， 所以扰动量的角标常以d（或 n）表示。 它通常指引起输出量发生变化的各种因素。
(1) 输入量（Input Variable）： 又称控制量或调 节量（Reference Input Variable）， 所以输入量的角 标常用i(或 r)表示。它通常由给定信号电压构成,或通过 检测元件将非电输入量转换成信号电压。
(2) 输出量（Output Variable）： 又称被控制量 （Controlled Variable）, 所以输出量角标常用o(或 c) 表示。它是被控制对象的输出，是自动控制的目标。
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。
自动控制技术的应用可以追溯到18世纪(1788年) 瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸汽机转速保持恒 定的开创性的突破， 以及19世纪(1868年)麦克斯威尔 （Maxwell）对轮船摆动（稳定性）的研究。 但在初 期， 自动控制技术的应用进展很缓慢。 自动控制技术 的真正发展是在20世纪。
《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。
自动控制原理与系统PPT课件
号，经控制器成为合适的信号，输出给执行元件。
5.执行元件：驱动被控对象的环节。
6.控制对象(被调对象)：要求实现自动控制 的
机器设备或生产过程。
7.反馈环节：将输出量引出，再回送到控制 第17页/共30页
*元件排列从左至右，给定元件在最左端， 控 制对象在最右端。从左至右的通道称为顺馈通道， 或前向通道。将输出信号引回输入端的通道称为 反馈通道，或反馈回路。 （二）.系统中的各个量：
3.自动控制系统：自动控制系统是指由控制 装置与被控对象结合起来的，能够对被控对 象的
一些物理量进行自动控制的一个有机整体。
二、自动控制的应用：
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定
数控机床按照预定的程序自动地切削工件
导弹发射与制导系统，自动地使导弹攻击 敌
方目标
无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞 行
§ 1-1 引言
一、基本概念： 1.控制：是使某些物理量按指定的规律变化
（包 括保持恒定），以保证生产的安全性， 经济性及 产品质量等要求的技术手段。
2.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、工艺参数、 目标要求等进行自动的调节与控制，使之达到 预期的状态或性能要求。
第1页/共30页
起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动 控
制的一个有机整体。
（一）.硬件部分： 1.给定元件：调节给定信号，以调节输出量 的大
小。
2.检测元件：检测第1输6页出/共3量0页 的大小，并反馈到
3.比较环节：反馈信号与给定信号在此迭加，
信号的极性以“+”或“-”表示。极性相同为 正反馈，
极性相反为负反馈。
第三章 自动控制系统的时域分析(1)《自动控制原理与系统》
第二节 一阶系统的动态响应
凡是以一阶微分方程作为运动方程的控制系统，成为一阶系统
一、一阶系统的数学模型
一阶系统的时域微分方程为
T dc (t ) c(t ) r (t ) dt
式中c（t）和r（t）分别为系统的输出、输入量；T为时间 常数，具有时间“秒”的量纲，此外时间常数T也是表征系 统惯性的一个主要参数，所以一阶系统也称为惯性环节 在初始条件为零时两边取拉氏变换，可得其闭环传递函数为
)] T
这里，输入信号t是输出量的期望值。上式还表明，一阶系统在 跟踪单位斜波输入信号时，输出量与输入量存在跟踪误差，其 稳态误差值与系统的“T”的值相等。一阶系统在跟踪斜波输入 信号，所带来的原理上的位置误差，只能通过减小时间常数T来 降低，而不能最终消除它
第三章 自动控制系统的时域分析
4.单位冲激响应 单位脉冲函数是单位阶跃函数的一阶 导数。因此其单位脉冲响应是单位阶 跃响应的一阶导数
r(t)＝A sinωt
周期性输入信号
第三章 自动控制系统的时域分析
二、动态过程与稳态过程
在典型输入信号作用下，任何一个控制系统的时间响应都是由 动态过程和稳态过程组成 1.动态过程
又称为过渡过程或暂态过程，是指系统从初始状态到接近最终 状态的响应过程。 2.稳态过程
稳态过程是指时间t趋于无穷时的系统输出状态。
第三章 自动控制系统的时域分析
第三节 二阶系统的动态响应
凡是由二阶微分方程描述的系统，称为二阶系统。在控制工程 中的许多系统都是二阶系统，如电学系统、力学系统等。即使 是高阶系统，在简化系统分析的情况下有许多也可以近似成二 阶系统。因此，二阶系统的性能分析在自动控制系统分析中有 非常重要的地位。
一、二阶系统的数学模型
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
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部分课后答案孔凡才 第3版 机械工业出版社
（２）图 3-29b 的闭环传递函数可直接应用式（3-46）求得
课后吧
课后吧
7. 题 ３ -14 [解] 由图 3-30 并参考式（3-45）有
第 4 章 [疑难问题解答]
题 4-4 应用频率特性来描述系统（或元件）特性的前提条件是什么？ 答：频率特性又称为频率响应，它是系统（或元件）对不同频率正弦输入信号的响应特性。对线性系统， 若其输入信号为正弦量，则其稳态输出响应也将是同频率的正弦量。但是其幅值和相位一般都不同于输入 量。 题 4-5 频率特性有哪几种分类方法？ 答：以坐标分为直角坐标（实频特性和虚频率特性）和极坐标（幅频特性和相频特性） 以图形分为幅相极坐标图和对数频率特性（对数幅频特性和对数相频特性） 以研究角度分为开环频率特性和闭环频率特性。
课后吧
课后吧
1、习题 1-6
[解]Ⅰ：最大超调量
Ⅱ：
，
，调整时间
，振荡次数
，
，技术性能较好。
，技术性能最差。
Ⅲ：
，
2、习题 1-7
，
，技术性能最好。
[解 ]要 画 出 控 制 系 统 方 块 图 ，第 一 步（ 也 是 关 键 的 一 步 ）就 是 搞 清 系 统 的 工 作 原 理 或 工 作 过 程 。
课后吧
4.题 3-10 [解] 与图 3-27 所示系统对应的系统框图，如下图所示：
(1)图 中
为 比 例 系 数 可 调 的 比 例 积 分（ PI）调 节 器 ，其 传 递 函 数
。
由 图 3-27 可 见 ，此 运 放 反 馈 回 路 取 样 电 压 不 是 ，而 是 经 3.3K 电 位 器 与 300
当负载电压 因负载电流增加（或电网电压下降）而下降时，则 下降；由于 发射极
《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。
自动控制原理第一章绪论控制系统的一般概念
模糊控制 神经网络
智能控制理论
遗传算法
温度计
炉子 电热丝
调压器 220
自动控制
炉子 热电偶 _ 电热丝 +
给定信号 _+
u
ub
ur
电压 放大器
电动机
功率 +
放大器 _E
减速器 调压器
220
二.自动控制要解决的基本问题
自动控制是使一个或一些被控制 的物理量按照另一个物理量即控制量 的变化而变化或保持恒定，一般地说 如何使控制量按照给定量的变化规律 变化，就是一个控制系统要解决的基 本问题。
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
适用场合：系统元件参数变化和扰动无法预计的场合。
§3 反馈控制系统的组成
校正元件：基于偏差信号按一定函数规律产生供执行元件执行的 控制命令对系统进行校正以改善系统的动态和静态性能
如：由放大器、电阻、电容组成的具有预定传递函数的电路。 执行元件：也称执行器。用来执行校正元件产生的控制命令，以便
• 闭环控制(closed-loop control)
闭环控制工作原理： 外部作用：
给定量：使 c跟踪r 干扰量：使 c偏离r
控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。
1)、有反馈，能够成闭回路 是按偏差控制的、
2)、偏差信号起控制作用
具有负反馈的闭环系统
优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修 正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精 度高。
• 被控变量：简称被控量，指被控对象输出需按控制要 求变化的物理量，在单输出系统中，也就是系统得输 出量。
• 控制通道：控制变量通过被控对象（被控过程）到控 制系统输出的通道。
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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近年来，随着相关技术的发展，自动控制技术 的应用范围已扩展到生物、医学、环境、经济管理 和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代 社会活动中不可缺少的重要组成部分。
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三、自动控制理论的发展： 自动控制理论诞生于40年代，是自动控制、电
子技术、计算机等多学科相互交叉、相互渗透的产 物。50年代后期，由于军事、航空等领域的需求， 控制理论日趋完善。60年代后控制理论出现分枝， 即：经典控制理论和现代控制理论。
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开环控制又可称为前馈控制，因为控制作用是 由输入信号直接向前输送，而不是由输出信号回馈 到输入信号来进行控制的，故称为前馈控制。
2.应用： 目前比较常见的开环控制系统有自动售货机，
自动洗衣机，自动流水线，包装机等。
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例1.下面是一个具体的开环控制系统的例子 直流电机转速控制系统
经典控制理论和现代控制理论比较：
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经典 控制 理论
现代 控制 理论
研究对象
单输入-单 输出线性 定常系统
多输入-多 输出变系 数，非线 性等系统
数学
常用
工具 分析方法
微分方 程，传 递函数
时域分析 法，频域 分析法, 根轨迹分
析法
线性代 状态空间 数、矩 法 阵理论
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馈， 极性相反为负反馈。
4. 控制器（放大元件）：比较环节输出的信 号，经控制器成为合适的信号，输出给执行元件。
5.执行元件：驱动被控对象的环节。 6.控制对象(被调对象)：要求实现自动控制的 机器设备或生产过程。 7.反馈环节：将输出量引出，再回送到控制 部分。
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*元件排列从左至右，给定元件在最左端，控 制对象在最右端。从左至右的通道称为顺馈通道， 或前向通道。将输出信号引回输入端的通道称为 反馈通道，或反馈回路。
起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控 制的一个有机整体。
（一）.硬件部分： 1.给定元件：调节给定信号，以调节输出量的大 小。 2.检测元件：检测输出量的大小，并反馈到输入 端。
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3.比较环节：反馈信号与给定信号在此迭加， 信号的极性以“+”或“-”表示。极性相同为正反
第一章 自动控制系统概述
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6
引言 开环控制和闭环控制 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法
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§ 1-1 引言
一、基本概念： 1.控制：是使某些物理量按指定的规律变化 （包 括保持恒定），以保证生产的安全性， 经济性及 产品质量等要求的技术手段。 2.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、工艺参数、目标 要求等进行自动的调节与控制，使之达到预期 的状态或性能要求。
（二）.系统中的各个量： 1.输入量（控制量、给定量）：通常通过给
定元件给出或其他元件转换而来。 2.输出量（被控制量）：自动控制的目标。 3.反馈量：通过检测元件将输出量转变成与
给定信号性质相同数量级相同的信号。
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4.扰动量（干扰、噪声）：引起输出量发生变化 的各种因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫 做外扰动，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数 的变化，称为内扰动。
+
R
电
可
us
u u 压
控
放 大
k
硅 功
a
器
放
M n 负载
电位器电压
us 0~10V
转速0~1000rpm
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扰动
us 电位器
电压 放大器
uk
ua 可控硅
功放
直流 电动机
n
方框图
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二、闭环控制系统：
1.定义：输出量与输入量之间有反向联系，靠输 入量与反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系 统叫闭环控制系统。
2.反馈：是把系统输出量全部或一部分回送到输 入端，以增强或减弱输入信号的效应。
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例2.引入闭环控制后的直流电机转速控制系统
+
Us
R
电
可
u u u 压
△
放
大
控
k
硅 功
a
器
放
M n 负载
uf
G
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扰动
电位器
us u 电压
uf -
放大器
uk
可控硅 放大器
ua 直流 电动机
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3.自动控制系统：自动控制系统是指由控制装 置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的 一些物理量进行自动控制的一个有机整体。 二、自动控制的应用：
锅炉设备的压力和温度自动保持恒定 数控机床按照预定的程序自动地切削工件 导弹发射与制导系统，自动地使导弹攻击敌 方目标 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收
闭环控制系统： 1.系统具有纠正偏差的能力。 2.抗扰性好，控制精度高。 3.包含元件多，结构复杂，价格高。 4.参数应选择适当。
开环＋闭环＝复合控制系统 （兼有两者的优点，精度很高）
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§1-3 自动控制系统的组成
一、自动控制系统的组成： 自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合
反馈分为正反馈和负反馈。 起增强输入信号作用——正反馈。 起减弱输入信号作用——负反馈。 正反馈不能进行控制，只会使系统的偏差越来越 大。 只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。 三、开环与闭环系统的比较：
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开环控制系统： 1. 结构简单经济 2.调试方便 3.抗干扰能力差，控制精度不高。
局限性
对复杂多变量 系统、时变和 非线性系统无
能为力
比较繁琐（但 由于计算机技 术的的迅速发 展，这一局限
性已克服)
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§1-2 开环控制和闭环控制
一、开环控制系统： 1.定义：输出量与输入量之间没有反向联系， 只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环 控制系统。
控制量 控制装置
扰动 被控制量
被控对象
n
测速机
方框图
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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。
电压放大器的输入： u us u f
n
uf
u us u f
uK
ua
n
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负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏 差起。——按偏差控制