自动控制的基本知识讲义
自动控制理论讲义——教材《自动控制原理》吴麒主编
自己推导出 与之间的关系 （1）传递函数 （2）微分方程 二．框图变换 1）交叉反馈
此例说明交叉点左右移动对传递函数的影响，跨越点，求和点要注 意
2）有扰动输入的情况 a)求 y ( s) b)求 y ( s )
r ( s)
（f=0）
（r=0）
f ( s)
c) 为使 y 不受扰动 f 的影响应如何选
把上面的随动系统用传递函数表示，并化成框图
( L[
d2y ] s 2 y ( s ) sy (0) y ' (0) ，什么是零初始条件？ 2 dt
如何从该框图求得 与 之间的关系？
从微分方程 传递函数
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第二章：控制系统的数学模型
§1. 控制系统的微分方程描述 １）R—L—C 电路
根据电路基本原理有:
di uc ur Ri L dt du ic c dt
d 2uc du Lc 2 Rc c u c u r dt dt 2）质量－弹簧－阻尼系统
0
举例： f (t ) 1(t )
1 1 F ( s ) e st dt e st 0 s s 0
常见函数的 Laplace 变换： 1 1(t ) s 1 t 2 s 1 e t s
s 2 s cos t 2 s 2 用 Laplace 变换解微分方程
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自动控制原理实验讲义
自动控制原理实验指导书实验一 控制系统典型环节的模拟一、 实验目的1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响 二、 实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只 三、 实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：120)(Z ZU U s G i =-= （1）由上式可求得由下列模拟电路组成的典型环节的 传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接1212)(R R Z Z s G ==（2）图1-2 比例环节取参考值K R 1001=，K R 2002=；或其它的阻值。
2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：111/1/)(21212212+=+∙=+==TS KCS R R R R CS R CSR Z Z s G （3）图1-3 惯性环节取参考值K R 1001=，K R 1002=，uF C 1=。
3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：TSRCS R CS Z Z s G 111)(12==== （4）图1-4 积分环节取参考值K R 200=，uF C 1=。
4、比例积分环节积分环节的模拟电路如图1-5所示：)11()11(11/1)(2212112121212ST K CS R R R CS R R R CS R CS R R CS R Z Z s G +=+∙=+=+=+==（5）图1-5 比例积分环节取参考值K R 2001=，K R 4002=，uF C 1=。
5、比例微分环节比例微分环节的模拟电路如图1-6所示：)1()1(/1/)(112111212+=+∙=+==S T K CS R R RCS R CS R R Z Z s G D （6）取参考值K R 2001=，K R 2002=，uF C 1.0=。
自动控制原理讲义1-3章
第一章自动控制原理的基本概念主要内容：自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中，要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。
同时，干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。
例如：卫星运行轨道，导弹飞行轨道，加热炉出口温度，电机转速等控制控制：为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。
控制任务可由人工控制和自动控制来完成。
§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。
当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。
当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量)，而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。
人工控制的例子。
这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。
当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。
这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。
画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。
比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：测量元件与变送器（代替眼睛）自动控制器（代替大脑）执行元件（代替肌肉、手）这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。
下图是典型控制系统方框图。
自动控制学的课程
自动控制学的课程自动控制学是工程学科中的一个重要分支，涉及系统动力学、控制理论、信号处理等方面的知识。
以下是关于自动控制学课程的一般内容：1. 基础理论：- 系统动力学：包括对线性和非线性系统的动力学行为的理解，以及微分方程和差分方程的建模。
- 信号与系统：学习信号的表示和系统的分析，包括时域和频域的概念，傅里叶变换等。
2. 控制理论：- 经典控制理论：包括PID（比例-积分-微分）控制器，根轨迹和频率响应分析等。
- 现代控制理论：学习状态空间分析、状态反馈、观测器设计等现代控制方法。
3. 线性系统分析：- 稳定性分析：学习系统的稳定性判据，包括对极点的分析。
- 性能指标：包括上升时间、峰值过冲、稳态误差等性能指标的分析。
4. 非线性系统分析：- 极值理论：学习极值理论对非线性系统的分析。
- 相图和轨道：研究非线性系统在相空间中的运动。
5. 控制系统设计：- PID控制器设计：学习如何设计和调整PID控制器以满足性能要求。
- 状态空间设计：包括状态反馈、观测器设计等。
6. 数字控制系统：- 离散系统分析：包括差分方程建模和离散系统的稳定性分析。
- 数字控制器设计：学习数字PID控制器和状态空间方法在数字控制系统中的应用。
7. 实验与仿真：- 控制系统实验：进行实验以验证和应用控制理论。
- 仿真工具应用：使用工具如MATLAB/Simulink进行系统建模和控制设计。
这些课程内容可能会因教学机构和课程级别而有所不同。
自动控制学是一个广泛应用于各种工程领域的学科，学习者通常需要通过理论知识和实际应用相结合的方式来深入了解和掌握这一领域。
自动控制原理讲义
第四讲二、并联分解：1、分解为对角线(Diagonal)标准形：设此时系统的频域描述G (s )，其分母只有简单极点，不含重极点，则G (s )可分解为：其中： 令 于是，有 反变换，即有写成矩阵形式，为 而故 即例：设一系统的传递函数为：326()6116G s sss =+++求其状态空间表达式； 故可得1()()()ni i ic Y s G s U s s λ===-∑[]lim ()()(1,2...)ii i s c s G s i n λλ→=-=()()(1,2...)iiU s X s i n s λ==-()()()i i isX s X s U s λ=+()()()(1,2...)i i i x t x t u t i n λ∙=+=10...010.............0.0...1n uλλ∙⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦x x 1()()nii i Y s cX s ==∑ 1()()niii y t c xt =∴=∑[]1n y c c =x3266()6116(1)(2)(3)G s s s s s s s ==++++++ 123123λλλ=-=-=-123363c c c ==-=[]100102010031y 363u ∙-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥∴=-+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦ =-x x x2、分解为约旦（Jordan ）标准形对应系统存在重极点的情况。
不妨设λ1为重根,次数为3。
高于3次的重根,可如法处理。
因我们总可先计算重根,再计算单根,这并不失讨论问题的一般性。
设其中： 令故有：反变换，即得于是，有1114100010011....1n u λλλλλ∙⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦x x 00而，输出方程为： 即131112324111()()()()()ni i i c c c c G s s s s s λλλλ==+++----∑[]lim ()()(4,5,...)ii i s c s G s i n λλ→=-=1(1)11(1)1dlim()()(1)!d (1,2,33)j rjj s c s G s j sj r λλ--→⎡⎤=-⎣⎦-==12321131()()11()()()()()()11(4,5...)()()()()i i X s X s U s s U s s X s X s i n U s s U s s λλλλ==--===--32121131()()()()()()()()()()(4,5...)()()i i X s X s X s X s s s U s U s X s X s i n s s λλλλ==--===--11122123313(4,5...)ii i x x x x x x x x u x x u i n λλλλ∙∙∙∙⎧=+⎪⎪=+⎪⎨⎪=+⎪⎪=+=⎩11112213344()...n n y t c x c x c x c x c x =+++++[]1112134n y c c c c c =x结论:如果传递函数只有简单极点,必然可以把A 阵化为Diagonal 标准形;当传递函数有重极点时,系统矩阵必为Jordan 标准形. 三、由系统方框图导求状态空间表达式：例：系统的方框图如下所示，求该系统的状态空间表达式。
程鹏《自动控制原理》课件讲义1
• 20世纪60年代，数字计算机的出现为 复杂系统的基于时域分析的现代控制 理论提供了可能。
• 从1960年到1980，确定性系统、随机 系统的最佳控制，及复杂系统的自适 应和学习控制，都得到充分的研究。
• 控制装置（续）
• 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放 大，
用来推动执行元件去控制被控对象； • 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发
生变化；
• 校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便 于调整的元件，用串联或反馈的方式 连接在系统中，以改善系统性能。
输入量
反馈控制系统的基本组成图
当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向 移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放 落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方 向转动，恰好抵消车子转弯产生的影响。
车辆 转弯
齿轮系 车身
方向
木人
指 南 车
原 理
• 18世纪， James Watt 为控制蒸汽 机速度设计 的离心调节 器，是自动 控制领域的 第一项重大 成果。
• 1932年，Nyquist提出了一种根据 系统的开环频率响应(对稳态正弦 输入)，确定闭环系统稳定性的方 法。
• 1934年，Hezen提出了用于位置控 制系统的伺服机构的概念，讨论 了可以精确跟踪变化的输入信号 的机电伺服机构。
• 19世纪40年代，频率响应法为 闭环控制系统提供了一种可行 方法，Evans提出并完善了根轨 迹法。
1.2 自动控制系统示例
The Boeing 777 fly-by-wire aircraft
The F-18 aircraft, one of the first production military fighters to use “fly-by-wire”
自动控制原理讲义
自动控制原理讲义第一章概述1.1自动控制系统基本概念1.2自动控制系统的组成和基本特点1.3自动控制的作用和意义1.4自动控制系统的发展历程第二章数学模型与传递函数2.1控制系统的模型化2.2传递函数的定义与性质2.3电气系统的传递函数2.4机械系统的传递函数2.5热系统的传递函数2.6液压系统的传递函数第三章时域分析与性能指标3.1控制系统的时域响应3.2控制系统的稳定性分析3.3闭环控制系统的稳态误差3.4控制系统的性能指标第四章线性系统的根轨迹法4.1根轨迹的定义与性质4.2根轨迹的绘制方法4.3根轨迹与系统性能的关系4.4根轨迹法的应用举例第五章频域分析与稳定性5.1频域分析的基本概念与方法5.2 Nyquist准则与稳定性判据5.3 Bode图与频率响应5.4频域法在系统设计中的应用第六章频域设计与校正6.1控制系统的校正问题6.2极点配置法与频率域设计6.3 Bode积分法与相位校正6.4全套控制器的设计与校正实例第七章系统鲁棒性与鲁棒控制7.1系统鲁棒性的定义与评估7.2H∞控制理论与方法7.3鲁棒控制的应用举例与原理第八章自适应控制8.1自适应控制的基本概念与原理8.2参数识别与模型跟踪8.3自适应控制器设计与应用例子8.4自适应控制的发展与前景第九章非线性系统与控制9.1非线性系统的基本概念与性质9.2非线性系统的稳定性分析9.3非线性系统的控制方法9.4非线性系统的应用实例第十章控制系统优化与参数优化10.1控制系统的优化问题10.2优化理论与方法10.3控制器参数优化的举例与原理第十一章模糊控制与神经网络控制11.1模糊控制的基本概念与原理11.2模糊控制系统的设计与应用例子11.3神经网络控制的基本概念与原理11.4神经网络控制系统的设计与应用例子第十二章智能控制与拓展12.1智能控制基本概念与发展12.2智能控制系统的设计与应用例子12.3控制系统的拓展与创新结语自动控制原理的讲义主要介绍了自动控制系统的基本概念、组成和基本特点，以及自动控制的作用和意义。
自动控制原理实验讲义
和稳态误差，并进行分析。 4）、求高阶系统的单位阶跃响应，记录曲线，求对应的性能指标σ%、tr、t s、tp，并进行分析。 5）、写出实验心得与体会。
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自动控制实验讲义
实验4 控制系统的根轨迹
一．实验目的
1) 掌握 MATLAB 软件绘制根轨迹的方法。 2) 分析参数变化对根轨迹的影响。 3) 利用根轨迹法对控制系统性能进行分析。
2）、积分环节和惯性环节主要差别是什么?在什么条件下,惯性环节可以近似地视为积分环 节?在什么条件下，又可以视为比例环节？ 3）、如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？
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实验二、一阶系统的时域性能分析 一．实验目的： 1. 熟悉 MATLAB 软件分析系统时域响应方法。 2. 通过观察一阶系统在单位阶跃信号，单位斜坡信号，单位脉冲信号作用 下的响应特性，熟悉一阶系统的响应曲线。 3. 通过定性的了解参数变化对动态特性的影响。分析参数变化对输出响应 的影响。 二．实验设备： PC 机及 MATLAB 软件。 三．实验仿真方法： （一）一阶系统阶跃响应： 图示 RC 网络为一阶系统
p=[0 -1 -2 -4] k=9 sys=zpk(z,p,k) 2、求输出响应 （1）单位阶跃响应 MATLAB 程序如下：[设 K=1、 T=0.01 ] % Example clear clear all num=[1]； den=[0.01 1]； step(num,den) 执行后可得如下图形：
ωn—自然频率, ξ—相对阻尼系数 1．试绘制 ωn=6, ξ=0.2, 0.4, …… 1.0, 2.0 时的单位阶跃响应。 MATLAB 程序： % Example 2.1 wn=6; kosi=[0.2:0.2:1.0 ,2.0]; figure(1) hold on for kos=kosi num=wn^2 den=[1,2*kos*wn,wn^2]; step(num,den) legend(-1) end title('Step Response') hold off 2．绘制典型二阶系统 ,当 ξ=0.7, ωn=2, 4, 6, 8 时的单位阶跃响应。
《科学制作：简单的自动控制装置》 讲义
《科学制作：简单的自动控制装置》讲义一、引言在现代科技的飞速发展中，自动控制技术扮演着至关重要的角色。
从智能家居中的温度调节系统，到工业生产线上的自动化设备，自动控制装置无处不在。
今天，我们将一起探索如何制作一些简单的自动控制装置，让您亲身体验科学的魅力。
二、自动控制装置的基本原理要理解自动控制装置，首先需要了解其基本原理。
简单来说，自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过一定的设备或系统，使被控制对象按照预定的规律运行。
自动控制系统通常由控制器、执行机构、被控对象和传感器这四个部分组成。
传感器用于检测被控对象的状态或参数，并将其转化为电信号反馈给控制器。
控制器根据接收到的信号与设定值进行比较，计算出控制量，并将其传递给执行机构。
执行机构则根据控制量对被控对象进行操作，使其达到预期的状态。
三、简单自动控制装置的实例1、温度自动控制装置材料准备：热敏电阻比较器芯片（如 LM393）继电器散热风扇电源制作步骤：首先，将热敏电阻与比较器芯片连接。
热敏电阻会根据环境温度的变化改变电阻值，比较器将热敏电阻的输出电压与设定的参考电压进行比较。
当环境温度超过设定值时，比较器输出高电平，驱动继电器闭合，从而接通散热风扇的电源，实现降温。
2、水位自动控制装置材料准备：水位传感器三极管水泵电源制作步骤：水位传感器检测水箱中的水位高度，并将水位信号转换为电信号。
当水位低于设定值时，三极管导通，驱动水泵工作，向水箱中注水，直到水位达到设定高度。
四、制作过程中的注意事项1、电路连接要牢固，避免虚焊和短路。
2、选择合适的元器件，确保其参数和性能满足设计要求。
3、在进行电路调试时，要小心操作，避免触电和损坏元器件。
五、拓展与应用通过制作这些简单的自动控制装置，我们可以进一步拓展思路，将其应用到更多的实际场景中。
例如，利用自动控制原理制作自动灌溉系统，根据土壤湿度自动浇水；或者制作智能灯光系统，根据环境光线自动调节灯光亮度。
自动控制原理 讲义01
人工调节过程的三步曲：
工调节过程的三步曲
1 眼—观测水位 2 脑—思维、决策 3 手—操作补水阀门
补水流量
水箱水位 用水流量
特点： 脑力、体力劳动频繁！ 控制水平难以提高！
不适应调节复杂的生产过程！！
水箱水位 自动控制系统
杠杆 控制器
闸阀 执行器
浮子 检测变送器
补水流量
控制装置： 检测变送器 执行器 控制器
水箱水位
用水流量
自动控制系统的一般组成 及控制系统的原则性方框图
用水流量 水位设定值 控制信号
杠杆
水位测量值
闸阀
补水流量
水箱
水位
浮子和连杆
控制信号 控制量 干扰 被调量
比较器
给定值
偏差 测量值
控制器
执行器 检测变送器
被控对象
关注共性:
负反馈自动控制系统的组成 ----- 设备、信号的名称.
负反馈自动控制系统的调节机理 ---- 依据偏差调节，消除偏差为目的。
课的主要内容 及承上启下的关系
控制系统的 数学模型
时域分析法
根轨迹分析法
频域分析法
简单控制系统的 性能设计方法
根轨迹法 设计与校正 （定性）
频域法 设计与校正 （定性）
本课程设计到的 基础理论知识
付氏变换
电路基础知识
自动控制系统的一般概念
水箱水位的人工调节 水箱水位的自动调节 自动控制系统的一般组成及原则性方框图
自动控制系统分类
类别
按系统 结构分类 按给定值 特性分类 按系统模型 特征分类 按执行机构 特性分类 按系统传 输信号形式分类 闭环
控制系统名称
开环 （反馈） （前馈）
北京理工大学自动化辅导班自动控制理论讲义
北京理工大学自动控制原理内部讲义第一讲专业信息介绍首先欢迎大家来听我讲课，既然大家选择报考北京理工大学，相信大家对学校的自动化这个专业在全国的一个整体的位置肯定有个大致的了解！我个人认为还是相当不错的！那我们学校招收这个专业的学院很多，主要以原信息科学技术学院和原宇航科学技术学院为主，当然也包括其他几个学院，下面就是08年招生的一个表。
招生学院招生人数（单位：个）信息科学技术学院（1院）133宇航科学技术学院（2院）34化工与环境学院（5院）13管理与经济学院（8院） 1计算机学院（12院） 22009年由于学校进行了学院调整，原信息学院调整为自动化学院，信息与电子学院以及光电学院，宇航科学技术学院调整为宇航学院与机电学院等，专业调整较大，人数不便统计，在此不一一列举。
总体而言，招生人数很多，但同时报考人数也多，历年来比例均维持在1：3到1：4之间，竞争非常激烈。
整个控制科学与工程这个一级学科下面分了6个方向，分别是控制理论与控制工程、导航制导与控制、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、系统工程、运动驱动与控制。
由于各个方向以后的发展不同招生的人数不同，所以报考的人数也不同。
这就导致了复试分数线也不同，所以选好相对应的方向直接影响你是否会被录取。
下面以就自动化学院，宇航学院以及机电学院为例介绍关于此方面的信息。
控制理论与控制工程（简称双控）是国家重点学科，所以报考人非常多，其中最出名的导师就是伍清河教授，控制理论与控制工程比较偏向于理论研究，有这方面爱好的同学可以报考。
就业方面导航、制导与控制方向是国防重点学科，长期有国家大型项目，所以发展的非常好，其中最富盛名的导师有付梦印教授；模式识别与智能系统这个比较偏向电子，这个方向的导师有任雪梅等教授，检测技术与自动化装置方向的导师主要有陈祥光，彭光正等教授。
系统工程方向也是比较偏向理论的方向，与控制理论与控制工程相比报考的人数会少些，当然钟秋海教授就是这个方面比较权威的专家。
自动控制原理实验讲义
自动控制原理实验讲义南通工学院自动化教研室二○一一年八月实验一自动控制系统认识实验一、实验目的1、使同学们在深入学习自动控制理论之前对自动控制系统有个初步、感性的认识。
2、通过感性认识，加深理解自动控制系统的基本原理与方式，以及初步了解自动控制系统的基本要求的概念。
3、加深理解“控制某个量，与引入该量的负反馈”的关系。
4、结合实物认识、了解反馈控制系统的基本组成。
二、实验仪器设备过程控制实验系统一套三、实验原理1、反馈控制原理：控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。
这是一般闭环控制系统的基本控制原理。
2、对自动控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性。
3、反馈控制系统的控制装置由测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件等组成。
四、实验内容根据书上内容，结合过程控制实验装置了解自动控制系统基本组成：测量元件；给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件。
了解并熟悉控制系统的原理。
实验装置方框图大致如下图：图一说明：LT—液位检测变送器；TT—温度检测变送器；T1-SCR—移相调控晶闸管模板TC—温度调节器；LC—液位调节器五、讨论1、上图中画出了两个控制量的控制回路，试画出流量控制的控制回路2、分别指出3个被控量的检测元件分别是什么？3、针对过程控制实验装置，说明温度控制、液位控制、流量控制的大体原理。
4、举出日常生活中的一些自动控制系统。
实验二 控制系统的时间响应分析一、实验目的1、熟悉并掌握MA TLAB 的工具箱simulink 在自动控制仿真中的应用。
2、通过对典型二阶系统特征参数的调整，了解并比较系统分别在欠阻尼、临界阻尼和过阻尼时动态品质。
3、通过对高阶系统的闭环极点的不同设置，观察系统的动态响应曲线有何异同，从而理解闭环主导极点。
4、命令方式求取系统的阶跃响应和脉冲响应等（补充） 二、实验仪器设备微型计算机 一台三、实验原理1、 通过simulink 工具箱构建系统结构图，通过改变不同系统参数，实现仿真不同状态下的系统。
自控实验讲义
第一章前言自动控制理论是一门专业基础理论课，为了使学生能有较直观的认识，培养理论联系实际的基本技能，特开设了这门课的实验。
实验的目的是将该课程所论述的某些基本原理、基本的分析方法，通过这些实验加以论证和检验，学生们根据实验结果，利用所学过的理论知识，通过分析找出内在的联系，从而加深对自动控制理论基本概念的理解。
同时培养学生实事求是，严谨的科学作风。
一、本实验课使用的仪器为西安唐都科教仪器公司的TDN-ACS+实验系统。
二、为了确保实验质量及人身、仪器设备的安全，在实验的过程中，要求学生必须注意以下几点：1．实验前必须阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，对实验中所用仪器设备的基本工作原理和使用方法要有所了解。
2．实验前必须做好实验预习，明确每次实验的目的，弄清楚实验内容、要求、方法，了解实验原理才能做实验。
3．为了确保安全，严格按实验指导书的要求进行接线和操作，须经检查和指导教师认定合格后再通电。
4．做实验时，要严肃认真，仔细观察实验现象，作好各种数据、图形的记录，并由指导教师复查后才能结束实验。
5．在实验过程中，如需要变动连线，必须先将实验仪器设备断电，再进行拆、连线。
以免引起短路，从而造成仪器损坏。
6．实验必须严格按操作规程正确使用仪器设备。
如发现仪器出现故障，应立即断电，并报告指导教师处理，不得擅自拆修仪器设备。
7．实验完毕，必须经指导教师审核签字后，方可进行拆线，清理现场，将全部仪器设备复归原位，然后离开教室。
8．要独立写出严谨、有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正、图表清楚的实验报告。
数据真实、准确，结论明确。
9．爱护公共财产，损坏仪器设备必须及时报告，认真检查原因，从中吸取教训，并按校方规定的赔偿办法处理。
10．对于不认真预习，对实验目的、方法、内容不了解以及不认真对待实验者，严重违反规章制度者，指导教师有权停止其实验。
三、实验结束后，要认真编写实验报告。
报告要求：文理通顺、字迹工整、数据和图表齐全，除实验数据和实验现象同组同学可共用外，分析和计算必须由学生独立完成。
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第一节 自动控制的基本概念
一、人工调节 所谓人工调节，是指运
行人员根据对参数变化 原因的分析，人工操作 某一阀门或挡板的开 度．改变流入量或流出 量，使参数恢复到给定 值。
二、自动调节
电厂在生产过程中，为了使被调量恒定或按预定规律变 化，采用一整套自动调节装置来代替运行人员的操作， 这种用自动控制仪表进行的操作称为自动调节。
环节的特性：是指输出信号与输入信号之间函数关系。 静态特性：在输入输出信号都不随时间而变化的平衡时特性。 动态特性：输入输出信号在变动状态中的关系。
1。动态方程法：最基本方法，但复杂系统不便于分析。 它是依据基本的物理规律，求出输出量与输入量之间的微分方程。
2。传递函数法 运用拉氏变换，将微积运算简化为代数运算。 传递函数：在零输入条件下，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换
偏差，称为静态偏差yK。
3。快速性：快速性是指过渡过程持续时间的长短，调节时间ts 被调量衰减到与稳态值这差不超过±5% 或±2%时
八、线性自动控制系统的数学模型
(一)基本概念
▪ 1．数学模型:是描述系统输入、输出变量以及内部各
物理量(或变量)之间关系的数学表达式。
静态模型:在静态条件下，描述各变量之间关系的数学方程
第二节 热工控制对象的动态特性
了解调节对象动态特性的意义： 可根据对象的动态特性实施控制策略,选择相应的控制规律，
和控制相应的控制器结构。
一、控制对象的基本概念 （一）控制对象的分类
1。依控制对象有无自平衡能力分：
1）有自平衡能力对象： 所谓自平衡特性是指调节对象在受到扰动后，平衡被破
坏，不需要外界帮助，能通过被调量自身的变化来克 服扰动的影响，达到新的平衡的特性。
(三)数学模型的基本类型
在经典控制理论中，常用的数学模 型有微分方程、传递函数、阶跃响应曲 线等。
拉氏变换：将s代替d/dt;
传递函数：在零输入条件下，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换
之比。
W
s
L y t L x t
Y s X s
对传递函数的概念作如下几点说明：
①传递函数是在系统满足零值条件下定义的， 如果此时已知系统的输入信号，则根据Y(s)＝ W(s)X(s)，可求出系统的输出信号y(t)：
三、自动调节系统中常用的名词和术语
调节对象：被调节的生产过程或生产设备称为调节对象。
被调量：表征生产过程是否正常进行而需要加以调节的物理 量称为被调量。
给定值：被调量所应保持的希望值称为给定值。
调节量：由控制作用来改变，并对被控量进行调节的物理量 称为调节量。
调节机构：根据控制作用对调节量进行改变的具体设备为调 节机构，如调节阀、挡板、给粉机等
扰动： 引起被调量偏离给定值的各种因素称为扰动。
四、自动调节系统的组成 一是广义调节器：传感器、变送器、定值器、调节器和
执行器； 二是调节对象。
五、自动调节系统方框图 信号线、信号相加点、信号分支点、环节
六、自动调节系统的分类 （一）按调节系统的结构不同分类 1。开环调节系统:前馈控制系统直接根据扰动进行控制
第一篇 自动控制的基本知识 第一章 概论
第一节 自动控制的基本概念 第二节 热工控制对象的动态特性及其求取
方法 第三节 调节器的动作规律及其对过渡过程
的影响
复习：
▪ 1。自动控制系统由 和 组成。 ▪ 2。请解释被控量、调节量、扰动。 ▪ 3。控制系统按控制方式不同分为 、 、 。 ▪ 4。控制系统的品质指标有 、 、 。 ▪ 5。什么是数学模型？为什么要进行数学模型/ ▪ 6。什么是对象的自平衡能力？其实质是什么/ ▪ 7。对象动态特性的特征参数有 、 、 。 ▪ 8。控制器的控制规律有哪些？各有什么特点？ ▪ 9。串级控制系统有 、 控制器。 ▪ 10。串级控制系统内、外回路的作用是什么？ ▪ 11。什么是前馈调节？反馈与前馈调节各有什么特点？
对象自平衡的实质是对象输出量变化对输入量发生影响 的结果，或者说，对象内部存在着负反馈。
y(t)＝L-1[W(s)X(s)]
②凡是可以用线性微分方程描述的系统或环 节，都可以用传递函数来表示其动态特性。
③传递函数是以系统或环节内部的结构和物 理参数来表示输入量和输出量之间的关系的， 与具体输入量的形式无关，因此由传递函数 可以清楚地看出，动态特性是系统或环节的 固有特性。
九、环节动态特性的表达方法
控制系统，称为程序控制系统。
（三）其他分类 单输入调节系统 多输入调节系统
七、调节过程的品质指标 调节过度过程： 1）等幅振荡 2）扩散振荡 3）衰减振荡 4）非周期过程
1。稳定性：衰减率
Ψ愈大，越稳定。 Ψ=0.75~0.98
2.准静确态性(稳：态准)确偏性差是yK 指被控量的偏差大小，它包括动态偏差yM和 动态偏差:在控制过程中，被控量与给定值之间的最大偏差称为动态偏差. 静态偏差:在控制过程结束后，被控量的稳态值y∞与给定值yg之间的残余
2。闭环调节系统:根据偏差进行控制，最终消除偏差
3。复合调节系统:在反馈控制系统的基础上加入主要扰 动的前馈控制，即构成前馈—反馈控制系统 .
（二）按给定值 不同分类 1。定值调节系统:被控量的给定值在运行中恒定不变的
系统，称为定值控制系统。 2。随动调节系统:被控量的给定值是时间的未知函数的
控制系统，称为随动控制系统。 3。程序调节系统:被控量的给定值是时间的已知函数的
动态模型:在动态过程中，各变量之间的关系用微分方程描 述。
▪ 建立控制系统数学模型的目的是为了用一定的数学方
法对系统的性能进行定性分析和定量计算，乃至综合 与校正系统。
▪ 2．线性系统:
▪ 系统的数学模型为线性微分方程式的控制系统称
为线性系统。
(二)建立数学模型的基本方法
控制系统或元件的数学模型可以用机理 分析法和实验分析法建立。
之比。
3。阶跃响应特ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：比较直观 在阶跃输入信号的作用下，系统的输出特性。 突然的扰动。
在电厂生产过程中，有许多输入信号近似于阶跃信号， 如负荷突然变化，阀门、挡板的开与关等。只要生产 过程允许，一般也比较容易通过控制机构(如控制阀 门)或扰动机构造成一个阶跃输入扰动。所以常在现 场用阶跃响应试验来检验控制系统的工作性能。