自动控制原理第四版答案

自动控制原理
自动控制(原理)是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)，使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。

它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。

二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。

二战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。

20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段--现代控制理论。

它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。

目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学、人工智能为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。

在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

下面是一个标准的反馈模型:
开方:
公式:X(n+1)=Xn+(A/Xn^2-Xn)1/3设A=5，开3次方
5介于1^3至2^3之间(1的3次方=1，2的3次方=8)
X_0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。

例如我们取2.0。

按照公式:
第一步:X1={2.0+[5/2.0^2-2.0]1/3=1.7.}。

即5/2×2=1.25，1.25-2=-0.75，0.75×1/3=0.25，输入值大于输出值，负反馈
2-0.25=1.75，取2位数字，即1.7。

第二步:X2={1.7+[5/(1.7^2-1.7]1/3=1.71}.。

即5/1.7×1.7=1.73010，1.73-1.7=0.03，0.03×1/3=0.01，输入值小于输出值正反馈
1.7+0.01=1.71。

取3位数字，比前面多取一位数字。

第三步:X3={1.71+[5/(1.71^2-1.71]1/3=1.709} 输入值大于输出值，负反馈
第四步:X4={1.709+[5/(1.709^2-1.709]1/3=1.7099} 输入值小于输出值正反馈
这种方法可以自动调节，第一步与第三步取值偏大，但是计算出来以后输出值会自动减小;第二步，第四步输入值偏小，输出值自动增大。

X4=1.7099.
当然也可以取1.1，1.2，1.3，……1.8，1.9中的任何一个。

同时，自动控制原理也是高等院校自动化专业的一门主干课程，是学习后续专业课的重要基础，也是自动化专业硕士研究生入学考试必考的课程。

该课程不仅是自动化专业的基础理论课，也是其他相关专业的基础理论课，目前开设本课程的专业还有计算机、电子信息以及检测技术等专业。

该课程不仅跟踪国际一流大学有关课程的内容与体系，而且随着科研与学术的发展不断更新课程内容，从而提高自动化及相关专业的整体学术水平。

该课程是关于自动控制系统的基础理论，其主要内容包括:自动控制系统的基本组成和结构、自动控制系统的性能指标、自动控制系统的类型(连续、离散、线性、非线性等)及特点、自动控制系统的分析(时域法、频域法等)和设计方法等。

通过本课程的学习，学生可以了解有关自动控制系统的运行机理、控制器参数对系统性能的影响以及自动控制系统的各种分析和设计方法等。

基本概念
1、系统、反馈、方框图(方块图)、信号流图、传递函数、基本环节;
2、稳态的分析:稳定性判据、稳态误差、稳定裕量;
3、动态响应分析:时间常数、阻尼系数、振荡频率，脉冲响应、阶跃响应、动态性能指标(如峰值时间、超调量、衰减比等)，主导极点;
4、根轨迹，开环极点、零点，闭环极点、零点;
5、频率特性、极坐标图、Bode图、Nyquist稳定判据、校正与综合;
6、状态空间分析、能控性、能观性;
7、典型的非线性特性、描述函数、相平面、自激振荡;
8、采样控制、Z变换、脉冲传递函数。

基本知识点
1.简单物理系统的微分方程和传递函数的列写和计算;
2.方框图和信号流图的变换和化简;
3.开环传递函数与闭环传递函数的推导和计算;
4.线性连续系统的动态过程分析;
5.代数稳定判据及其在线性系统中的应用;
6.根轨迹的基本特性及典型系统根轨迹的绘制;
7.用根轨迹分析系统的动态性能和稳定性;
8.波德图和奈奎斯特图的绘制;
9.奈奎斯特稳定判据及应用;
10.用开环频率特性分析系统的主要动态和静态特性;
11.校正的基本原理及设计方法;
12.简单非线性控制系统分析的描述函数分析方法及相平面方法;
13.采样系统的分析及校正的基本方法。