第一篇：自動(dòng)控制原理教案

自動(dòng)控制原理教案

經(jīng)典控制部分

......................................2 第二章

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 9學(xué)時(shí).....................................6 第三章

控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 10學(xué)時(shí)..................................14 第五章

頻率特性

12學(xué)時(shí)...........................................24 第六章

控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) 8學(xué)時(shí).................................33 第七章 非線(xiàn)性系統(tǒng) 8學(xué)時(shí).............................................37 第八章 離散控制系統(tǒng) 8學(xué)時(shí)..........................................41 第一章

控制理論一般概念 3學(xué)時(shí)

第一章

控制理論一般概念 3學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1）使學(xué)生了解控制工程研究的主要內(nèi)容、控制理論的發(fā)展、控制理論在工程中的應(yīng)用及控制理論的學(xué)習(xí)方法等內(nèi)容，認(rèn)識(shí)本學(xué)科在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要作用，從而明確學(xué)習(xí)本課程的目的。

2）使學(xué)生深入理解控制系統(tǒng)的基本工作原理、開(kāi)環(huán)閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成等內(nèi)容，學(xué)會(huì)利用所學(xué)控制原理分析控制系統(tǒng)。3）使學(xué)生學(xué)會(huì)控制系統(tǒng)的基本分類(lèi)方法，4）掌握對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)是控制系統(tǒng)的基本概念、反饋控制原理、控制系統(tǒng)的的基本分類(lèi)方法及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。3．本章的教學(xué)安排

本課程講授3個(gè)學(xué)時(shí)，復(fù)習(xí)學(xué)時(shí)3個(gè)。

演示《自動(dòng)控制技術(shù)與人類(lèi)進(jìn)步》及《自動(dòng)化的應(yīng)用舉例》幻燈片，加深同學(xué)對(duì)本課程研究對(duì)象和內(nèi)容的了解，加深對(duì)反饋控制原理及系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響的理解。[教案1-1]

第一節(jié) 概述

1．教學(xué)主要內(nèi)容：

本講主要介紹控制工程研究的主要內(nèi)容、控制理論的發(fā)展、控制理論在工程中的應(yīng)用及控制理論的學(xué)習(xí)方法等內(nèi)容。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹控制工程研究的主要內(nèi)容，給出定義，并以瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器為例，說(shuō)明需要用控制理論解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速等問(wèn)題。

其次，在講授控制理論的發(fā)展時(shí)，主要介紹控制理論的發(fā)展的三個(gè)主要階段，重點(diǎn)說(shuō)明經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論研究的范圍、研究的手段，強(qiáng)調(diào)本課程重點(diǎn)介紹經(jīng)典控制理論。

另外，在介紹控制理論在工程中的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)舉出控制理論在軍事、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、機(jī)電一體化系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)測(cè)試、機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)性能分析、液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析、生產(chǎn)過(guò)程控制等方面的應(yīng)用及與后續(xù)課的關(guān)系，激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

最后，在介紹控制理論的學(xué)習(xí)方法時(shí)，先說(shuō)明本門(mén)課的特點(diǎn)，起點(diǎn)高、比較抽象、系統(tǒng)性強(qiáng)，然后強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)本門(mén)課程應(yīng)以新的視角分析和考慮問(wèn)題，以系統(tǒng)的而不是孤立的、動(dòng)態(tài)的而不是靜態(tài)的觀(guān)點(diǎn)和方法來(lái)思考和解決問(wèn)題；掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結(jié)合實(shí)際，為解決工程中的控制問(wèn)題打下基礎(chǔ)。

3．注意事項(xiàng)： 介紹本門(mén)課的參考書(shū)及課程總體安排。4．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。

5．教學(xué)手段： Powerpoint課件。

6．作業(yè)及思考題： 借參考書(shū)，查閱與本門(mén)課有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解控制理論的應(yīng)用及最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。[教案1-2] 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的基本概念

1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹控制系統(tǒng)的基本工作原理、開(kāi)環(huán)閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成等內(nèi)容。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹控制系統(tǒng)的基本工作原理，利用恒溫箱人工控制與自動(dòng)控制的例子，說(shuō)明一切控制系統(tǒng)的控制步驟及控制原理，進(jìn)一步引出反饋概念，給出反饋控制原理，之后，通過(guò)恒溫箱例子，講解功能方框圖的含義、表達(dá)方法，介紹常用的術(shù)語(yǔ)如輸入量、輸出量、反饋量、擾動(dòng)量等，在同學(xué)具備上述知識(shí)基礎(chǔ)上，以蒸汽機(jī)離心調(diào)速器為例介紹方框圖的繪制方法。

其次，本講介紹開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)，首先說(shuō)明這是控制系統(tǒng)按照有無(wú)反饋結(jié)構(gòu)分類(lèi)的一種分類(lèi)方法，然后分別給出概念，通過(guò)數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)的例子說(shuō)明各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，并說(shuō)明在實(shí)際中如何選用不同的控制系統(tǒng)。在講解閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例時(shí)，可以再舉例，如：直流伺服電機(jī)速度伺服控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等例子，通過(guò)例子說(shuō)明各種不同閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。

最后，在講解閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成時(shí)，首先講解其基本組成，如：給定元件、放大變換元件、執(zhí)行元件、被控對(duì)象、反饋元件等，說(shuō)明當(dāng)通過(guò)調(diào)整參數(shù)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)綜合性能要求時(shí)，可以外加串聯(lián)校正和并聯(lián)校正裝置改善系統(tǒng)性能，說(shuō)明串聯(lián)校正和并聯(lián)校正裝置的作用，交待一下今后在校正一章將專(zhuān)門(mén)介紹。

3．注意事項(xiàng)：本講為本章的重點(diǎn)，關(guān)鍵是要將反饋概念和控制系統(tǒng)的重要原理——反饋控制原理講清楚，以下的內(nèi)容控制系統(tǒng)按照有無(wú)反饋結(jié)構(gòu)分類(lèi)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成都是圍繞這一主題展開(kāi)的。注意啟發(fā)同學(xué)，尋找身邊的開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)例子，分析其工作原理，并安排相應(yīng)的作業(yè)。4．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。

5．教學(xué)手段：Powerpoint課件與板書(shū)相結(jié)合。6．思考題： p12,1-1，1-4 [教案1-3] 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型

1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型和控制系統(tǒng)的基本要求 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹控制系統(tǒng)按輸入量輸出量的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分類(lèi)情況。

其次，本節(jié)介紹控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳遞信號(hào)性質(zhì)分類(lèi)情況，可以分為連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)兩種。在講授連續(xù)控制系統(tǒng)時(shí)，首先給出基本概念，然后說(shuō)明恒溫箱控制系統(tǒng)、蒸汽機(jī)離心調(diào)速器、液壓伺服系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)、電氣隨動(dòng)系統(tǒng)等都是連續(xù)控制系統(tǒng)。在講授離散控制系統(tǒng)時(shí)，首先利用圖形給出基本概念，然后說(shuō)明數(shù)控機(jī)床等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都是離散控制系統(tǒng)，此部分內(nèi)容最后安排一章介紹。

最后介紹控制系統(tǒng)的基本要求，應(yīng)說(shuō)明對(duì)于同一個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快這三方面的要求是相互制約的。分析和解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，并解決它們之間的矛盾，正是本書(shū)所要討論的主要內(nèi)容。

3．注意事項(xiàng)：本講應(yīng)說(shuō)明控制系統(tǒng)的分類(lèi)方法有許多種，上一講控制系統(tǒng)按照有無(wú)反饋結(jié)構(gòu)分類(lèi)就是一種分類(lèi)方法。在講解控制系統(tǒng)按輸入量輸出量的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分類(lèi)時(shí)，注意啟發(fā)同學(xué)聯(lián)系實(shí)際系統(tǒng)中的例子。4．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。

5．教學(xué)手段：Powerpoint課件及黑板板書(shū)相結(jié)合。

6．注意事項(xiàng)：本講為本章的最后一講，在講完上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)行本章小結(jié)。

7．思考題： 請(qǐng)同學(xué)思考（可去圖書(shū)館查閱資料），舉出實(shí)際系統(tǒng)中有關(guān)恒值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)的例子。

第二章

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 9學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1）使學(xué)生了解控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的方法和步驟； 2）使學(xué)生掌握傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及傳遞函數(shù)的求取方法； 3）掌握典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)；

4）掌握用方框圖等效變換的基本法則求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)是傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)；用方框圖等效變換的基本法則求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法。3．本章的教學(xué)安排

本課程講授9個(gè)學(xué)時(shí)，安排了5個(gè)教案。

[教案2-1] 1．主要內(nèi)容：

本講介紹數(shù)學(xué)模型定義、特點(diǎn)、種類(lèi)；主要介紹控制系統(tǒng)最基本的數(shù)學(xué)模型——微分方程，通過(guò)舉例說(shuō)明列寫(xiě)物理系統(tǒng)微分方程的基本方法和步驟。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先給出數(shù)學(xué)模型定義，說(shuō)明為什么建立數(shù)學(xué)模型；介紹建立數(shù)學(xué)模型的依據(jù)；介紹數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，重點(diǎn)說(shuō)明相似系統(tǒng)的概念、模擬的概念，由此引出今后研究控制系統(tǒng)問(wèn)題都是在典型數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的；介紹數(shù)學(xué)模型種類(lèi)，說(shuō)明本課程主要介紹微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性形式數(shù)學(xué)模型。

其次，本講主要以電氣系統(tǒng)為例介紹列寫(xiě)物理系統(tǒng)微分方程的方法和步驟，通過(guò)例題的詳細(xì)講解，使學(xué)生了解微分方程是描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型，熟悉在分析具體的物理系統(tǒng)過(guò)程中，要綜合應(yīng)用所學(xué)過(guò)的物理、力學(xué)、機(jī)械等學(xué)科的知識(shí)。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)說(shuō)明列寫(xiě)物理系統(tǒng)微分方程的依據(jù)是系統(tǒng)本身的物理特性，本課程主要講授物理系統(tǒng)微分方程列寫(xiě)的方法和步驟。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：p47 2-1 7．思考題：復(fù)習(xí)拉普拉斯(Laplace)變換

[教案2-2] 1．主要內(nèi)容：

本講簡(jiǎn)要回顧拉普拉斯(Laplace)變換定義、拉普拉斯反變換、常用函數(shù)的拉普拉斯變換、拉普拉斯變換的基本運(yùn)算定理等基本知識(shí)；主要介紹應(yīng)用拉普拉斯變換法求解微分方程。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先簡(jiǎn)要回顧拉普拉斯(Laplace)變換定義、拉普拉斯反變換、介紹拉氏變換的特點(diǎn)及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹常用函數(shù)的拉普拉斯變換、拉普拉斯變換的基本運(yùn)算定理等基本知識(shí)，強(qiáng)調(diào)本課程只要求記住結(jié)論，推導(dǎo)過(guò)程自己看參考書(shū)。

在介紹應(yīng)用拉氏變換把線(xiàn)性微分方程的求解問(wèn)題轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程運(yùn)算和查表求解的問(wèn)題時(shí)，公式可直接給出，不用推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)會(huì)應(yīng)用公式靈活解決求解微分方程的問(wèn)題。在講解本講過(guò)程中，應(yīng)舉1-2個(gè)例子說(shuō)明求解微分方程問(wèn)題的方法。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合，以板書(shū)為主。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)說(shuō)明應(yīng)用拉普拉斯變換法求解微分方程的方法。本講不要求推導(dǎo)公式，但要求會(huì)應(yīng)用公式。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P48，2-4

[教案2-3] 1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及傳遞函數(shù)的求取方法；典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)。

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹描述控制系統(tǒng)的又一數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)，介紹其基本概念，給出傳遞函數(shù)公式，繪制動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明輸入量、輸出量、傳遞函數(shù)三者之間的關(guān)系。在講傳遞函數(shù)的性質(zhì)時(shí)，一方面要重點(diǎn)說(shuō)明傳遞函數(shù)的分母只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和元件的參數(shù)等與外界無(wú)關(guān)的固有因素，因而它描述了系統(tǒng)的固有特性，而分子取決于系統(tǒng)與外界的關(guān)系，因而它描述了系統(tǒng)與外界的聯(lián)系；另一方面要畫(huà)圖重點(diǎn)說(shuō)明一定的傳遞函數(shù)與其零、極點(diǎn)分布圖相對(duì)應(yīng)，因此傳遞函數(shù)的零、極點(diǎn)分布圖也表征了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在講求取傳遞函數(shù)的方法時(shí)，重點(diǎn)介紹直接計(jì)算法，其它兩種方法以后陸續(xù)介紹。

本講在介紹組成控制系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)時(shí)，首先說(shuō)明環(huán)節(jié)的概念，用公式給出典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；然后，通過(guò)實(shí)例分別介紹各個(gè)典型環(huán)節(jié)，其中應(yīng)重點(diǎn)介紹慣性環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)，說(shuō)明這兩個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)掌握傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)的重要性，在講典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)時(shí)，應(yīng)聯(lián)系實(shí)際，適當(dāng)多舉一些例子。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P48，2-5，[教案2-4] 1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹控制系統(tǒng)的函數(shù)方框圖及其等效變換法則，要求學(xué)生熟練掌握函數(shù)方框圖等效變換法則。另外還介紹反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例。

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹函數(shù)方框圖的概念，表達(dá)內(nèi)涵，說(shuō)明比較點(diǎn)、引出點(diǎn)的特點(diǎn)，重點(diǎn)說(shuō)明比較點(diǎn)的代數(shù)運(yùn)算功能。

在講授函數(shù)方框圖變換法則時(shí)，應(yīng)利用黑板進(jìn)行公式推導(dǎo)，首先講清串聯(lián)法則、并聯(lián)法則、反饋法則，與此同時(shí)，由于并聯(lián)法則、反饋法則在應(yīng)用中易混淆，應(yīng)說(shuō)明并聯(lián)法則用于同向環(huán)節(jié)的并聯(lián)運(yùn)算、反饋法則用于回路的反饋運(yùn)算；其次，在講比較點(diǎn)、引出點(diǎn)等效移動(dòng)時(shí)，畫(huà)圖進(jìn)行講解、推導(dǎo)，說(shuō)明等效的含義，注意強(qiáng)調(diào)，兩個(gè)相鄰的比較點(diǎn)可互換位置，兩個(gè)相鄰的引出點(diǎn)也可互換位置，一個(gè)比較點(diǎn)和一個(gè)引出點(diǎn)即使相鄰也不能簡(jiǎn)單地互換位置。最后，舉1-2個(gè)例子說(shuō)明函數(shù)方框圖變換法則的靈活應(yīng)用情況，總結(jié)出一些規(guī)律性的東西。即：回路的傳遞函數(shù)保持不變，前項(xiàng)通道的傳遞函數(shù)保持不變。

在講授系統(tǒng)方框圖舉例時(shí)，通過(guò)實(shí)際的物理系統(tǒng)的例子說(shuō)明繪制方框圖的方法，重點(diǎn)說(shuō)明如何由單個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，直接繪制出單個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)框圖，然后根據(jù)信號(hào)傳遞方向，連線(xiàn)繪制出整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖。

給出反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的概念，推導(dǎo)控制系統(tǒng)在控制輸入量和擾動(dòng)輸入量的分別作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算公式，以及系統(tǒng)在控制輸入量和擾動(dòng)輸入量的同時(shí)作用下的輸出量計(jì)算公式 3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

本講是本門(mén)課的重點(diǎn)，在講授本講時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)掌握傳遞函數(shù)的等效變換法則的重要性，在講傳遞函數(shù)等效變換時(shí)，應(yīng)展開(kāi)多講幾種解決問(wèn)題的方法，使同學(xué)能靈活運(yùn)用所學(xué)方法，解決各種等效變換問(wèn)題。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P48，2-6，2-7

[教案2-5] 1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹信號(hào)流圖和梅遜公式反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先在講授信號(hào)流圖和梅遜公式時(shí)，首先說(shuō)明信號(hào)流圖的概念，然后，講清公式的應(yīng)用注意事項(xiàng)，通過(guò)1-2個(gè)例子說(shuō)明梅遜公式的具體應(yīng)用。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)掌握反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)和偏差傳遞函數(shù)的概念及推導(dǎo)方法，在講授控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例時(shí)，重點(diǎn)說(shuō)明的是求取傳遞函數(shù)的方法。應(yīng)使同學(xué)能靈活運(yùn)用所學(xué)方法，解決各種實(shí)際控制系統(tǒng)求取傳遞函數(shù)問(wèn)題。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P48，2-9 7．思考題：

書(shū)后P48，2-8，2-10

[教案2-6] 1．主要內(nèi)容：

本講為習(xí)題課。

本章講述的內(nèi)容很多,牽扯到數(shù)學(xué)和物理系統(tǒng)的一些理論知識(shí),有些需要進(jìn)一步回顧,有些需要加深理解，特別是對(duì)時(shí)間域和復(fù)頻率域的多種數(shù)學(xué)描述方法，各種模型之間的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，都比較復(fù)雜。學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)好這些基礎(chǔ)理論，對(duì)下一步深入討論自控理論具體方法至關(guān)重要。2．講授重點(diǎn)： 先作本章小結(jié)（5條）

基本概念歸納

1）在零初始條件下，線(xiàn)性定常系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換值比，定義為線(xiàn)性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)表達(dá)了系統(tǒng)內(nèi)在特性，只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關(guān)，而與輸入量或輸入函數(shù)的形式無(wú)關(guān)。

2）一般控制系統(tǒng)由若干個(gè)典型環(huán)節(jié)構(gòu)成，常用的典型環(huán)節(jié)有比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)等。

3）組成方框圖的基本符號(hào)有四種，即信號(hào)線(xiàn)、比較點(diǎn)、方框和引出點(diǎn)。

4）環(huán)節(jié)串聯(lián)后總的傳遞函數(shù)等于各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的乘積。環(huán)節(jié)并聯(lián)后總的傳遞函數(shù)是所有并聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的代數(shù)和。

5）在使用梅遜增益公式時(shí)，注意增益公式只能用在輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間。傳遞函數(shù)、方框圖、梅森公式例 3．教學(xué)手段：

黑板講授，動(dòng)畫(huà)演示。4．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。

小結(jié)：

1．?dāng)?shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是從理論上進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要依據(jù)。

2．本章介紹了線(xiàn)性定常系統(tǒng)的四種數(shù)學(xué)模型：微從方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)科和信號(hào)流圖。微分方程是描述自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本方法。傳遞函數(shù)是經(jīng)典控制理論中與更為重要的模型，它是從對(duì)微分方程在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換得到的，在工程上用得最多。動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是傳遞函數(shù)的一種圖解形式，它能直觀(guān)、形象地表示出系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞與變換關(guān)系，有助于對(duì)系統(tǒng)的分析研究。對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)用信號(hào)流圖更為簡(jiǎn)便，用梅遜公式可直接求出系統(tǒng)中任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系。

3．一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可以分解為為數(shù)不多的典型環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的基本環(huán)節(jié)有比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)等，熟悉各典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)表達(dá)式和響應(yīng)特性骨助于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)。

4．對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，不同的數(shù)學(xué)模型只是不同的表示方法。因此，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其它數(shù)學(xué)模型有著密切的關(guān)系。由系統(tǒng)微分方程經(jīng)過(guò)拉氏變換得到的變換方程，可能很容易畫(huà)出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換可求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖不是唯一的，但由不同的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖得到的傳遞函數(shù)是相同的。

5．一般地講，系統(tǒng)傳遞函數(shù)多是指閉環(huán)系統(tǒng)輸出量對(duì)輸入量的傳遞函數(shù)，但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)傳遞函數(shù)是個(gè)總稱(chēng)，它包括幾種典型傳遞函數(shù)：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、在給定和擾動(dòng)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)及由給定的擾動(dòng)引起的誤差傳遞函數(shù)。第三章

控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 10學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1）使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)時(shí)域分析方法。

2）使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、穩(wěn)定的充分必要條件； 3）使學(xué)生學(xué)會(huì)利用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性； 4）掌握穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算;5）掌握一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位斜坡響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)的分析方法;6）掌握二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)的分析方法;7）掌握二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)性能指標(biāo)計(jì)算；

2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)是穩(wěn)定性的基本概念、穩(wěn)定的充分必要條件，應(yīng)用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)、穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算、一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)性能指標(biāo)計(jì)算。3．本章的教學(xué)安排

本章講授10個(gè)學(xué)時(shí)，安排了5個(gè)教案。

引入MATLAB基礎(chǔ)，學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系。

[教案3-1] 1．主要內(nèi)容：

1）時(shí)域分析法的基本概念、時(shí)間響應(yīng)概念及其組成 2）典型輸入信號(hào)

1）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念； 2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件； 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹時(shí)域分析的基本概念及其特點(diǎn)，通過(guò)二階系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)過(guò)程曲線(xiàn)來(lái)介紹瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)概念，從而使學(xué)生了解時(shí)間響應(yīng)的含義。重點(diǎn)介紹常用的典型輸入信號(hào)，包括脈沖信號(hào)、階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)和拋物線(xiàn)信號(hào)，說(shuō)明信號(hào)的特點(diǎn)、在實(shí)際中選用典型輸入信號(hào)的方法。

強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件，然后介紹系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、穩(wěn)定的條件及判定方法。重點(diǎn)介紹控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件并做簡(jiǎn)單的推導(dǎo)，得出系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為系統(tǒng)特征方程無(wú)正實(shí)根的結(jié)論。

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件的推導(dǎo)； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p88習(xí)題3-1,3-2。

[教案3-2] 1．主要內(nèi)容：

1）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法； 2）代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在介紹代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)時(shí)，說(shuō)明代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)的依據(jù)是系統(tǒng)特征方程是否只具有負(fù)實(shí)根或負(fù)實(shí)部的復(fù)數(shù)根，強(qiáng)調(diào)特征方程的根與方程式的系數(shù)有關(guān)，從而引出代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。重點(diǎn)介紹代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)中的勞斯（Routh）穩(wěn)定性判據(jù)和霍爾維茨（Hurwitz）穩(wěn)定性判據(jù)。要求學(xué)生熟練掌握判據(jù)的應(yīng)用方法，掌握其充要條件的具體應(yīng)用過(guò)程及其特點(diǎn)。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。

4．注意事項(xiàng)：

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。

勞斯（Routh）穩(wěn)定性判據(jù)中勞斯表的排列方法及各種特殊情況的處理；霍爾維茨（Hurwitz）穩(wěn)定性判據(jù)中霍爾維茨行列式的排列方法。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。

6．作業(yè)：p88 3-11(1)(3),3-12

[教案3-3] 1．主要內(nèi)容：

1）穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差的基本概念； 2）偏差傳遞函數(shù)和穩(wěn)態(tài)偏差計(jì)算方法； 3）穩(wěn)態(tài)偏差系數(shù)的求取。

4)一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位斜坡響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)；

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講主要介紹控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差的大小與很多因素有關(guān)，本節(jié)討論穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號(hào)的關(guān)系。引出一、二階系統(tǒng)的討論。

在講解過(guò)程中，首先介紹穩(wěn)態(tài)誤差及穩(wěn)態(tài)偏差的基本概念，并介紹二者之間的關(guān)系；然后，重點(diǎn)介紹穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法，包括對(duì)于不同系統(tǒng)的位置偏差系數(shù)、速度偏差系數(shù)、加速度偏差系數(shù)以及根據(jù)這些系數(shù)求取穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算方法，并總結(jié)出穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算表。

在講解過(guò)程中，通過(guò)講解例題使學(xué)生熟練掌握各種系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差計(jì)算，尤其要求學(xué)生熟悉穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算表，并會(huì)運(yùn)用表進(jìn)行計(jì)算。

介紹一階系統(tǒng)的典型響應(yīng)、相關(guān)結(jié)論。

在介紹一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)時(shí)，首先強(qiáng)調(diào)所謂一階系統(tǒng)就是指前面章節(jié)所介紹的慣性環(huán)節(jié)，本講就是分析慣性環(huán)節(jié)在不同輸入信號(hào)作用下的時(shí)間響應(yīng)。重點(diǎn)介紹一階系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)、單位斜坡信號(hào)和單位脈沖信號(hào)作用下系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特點(diǎn)，并對(duì)各自響應(yīng)過(guò)程的性能指標(biāo)和參數(shù)的求取進(jìn)行詳細(xì)介紹和分析。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算方法，強(qiáng)調(diào)會(huì)運(yùn)用穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算表進(jìn)行穩(wěn)態(tài)偏差計(jì)算。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p88習(xí)題3-5(1)(3),3-7,3-8。7．思考題：

[教案3-4] 1．主要內(nèi)容：

1)典型二階系統(tǒng)的響應(yīng)分析。2)時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)的關(guān)系 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在介紹二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)時(shí)，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)二階系統(tǒng)的性能，最常用的輸入信號(hào)就是單位階躍信號(hào)。因此，本講主要分析在不同阻尼比的情況下，二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)過(guò)程，分為臨界阻尼（ζ=1）、過(guò)阻尼（ζ>1）、欠阻尼（0<ζ<1）及無(wú)阻尼情況，使學(xué)生熟悉系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系。

根據(jù)二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)公式及各個(gè)特征量的概念，重點(diǎn)介紹欠阻尼情況下二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的具體計(jì)算方法，對(duì)公式做簡(jiǎn)單推導(dǎo)，并通過(guò)例題講解性能指標(biāo)的具體應(yīng)用。

再將二階系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)進(jìn)行分析比較，使學(xué)生熟練掌握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)頻域、時(shí)域性能指標(biāo)的影響。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)利用 Matlab進(jìn)行繪圖演示，簡(jiǎn)單說(shuō)明應(yīng)用Matlab繪制控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)圖形的方法，主要是說(shuō)明利用計(jì)算機(jī)可對(duì)各種系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。

5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p88.習(xí)3-4,3-8。7．思考題：

結(jié)合實(shí)驗(yàn)利用 Matlab繪制一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。

[教案3-5] 1．主要內(nèi)容：

1）介紹兩種改善系統(tǒng)性能的途徑

2）高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析—引出主導(dǎo)極點(diǎn)法： 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先針對(duì)二階系統(tǒng)給出改善動(dòng)態(tài)性能的方法，比例微分控制、測(cè)速反饋控制的構(gòu)成、性質(zhì)、作用。

比較兩種改善系統(tǒng)性能的途徑優(yōu)缺點(diǎn)、使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

最后介紹高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析方法時(shí)，使學(xué)生了解分析高階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的方法和過(guò)程。并介紹主導(dǎo)極點(diǎn)的概念。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

利用 Matlab進(jìn)行繪圖演示，觀(guān)看當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線(xiàn)的變化情況，增強(qiáng)同學(xué)的感性認(rèn)識(shí)。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p89 3-9 ,3-10 7．思考題：

結(jié)合實(shí)驗(yàn)利用 Matlab繪制二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，觀(guān)查當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線(xiàn)的變化情況。

第四章 根軌跡分析

1, 本章的教學(xué)要求

1)掌握開(kāi)環(huán)根軌跡增益Kg（或開(kāi)環(huán)比例系數(shù)K）變化時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)根軌跡的繪制方法。會(huì)利用幅值方程求特定的K值;2）了解閉環(huán)零、極點(diǎn)的分布和系統(tǒng)階躍響應(yīng)的定性關(guān)系及系統(tǒng)根軌跡分析的基本思路;3）掌握0?根軌跡、參變量根軌跡及非最小相位根軌跡繪制的基本思路和方法;2.本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)根軌跡的基本概念、控制系統(tǒng)根軌跡的繪制方法以及根軌跡法在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用。（1）根軌跡的基本概念;（2）根軌跡方程;（3）繪制系統(tǒng)軌跡的基本法則;（4）控制系統(tǒng)的根軌跡分析

（5）附加開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響 3．本章的教學(xué)安排

本章講授6個(gè)學(xué)時(shí)，安排了3個(gè)教案，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)。

[教案4-1] 1．主要內(nèi)容：

1）根軌跡的基本概念;2）根軌跡方程;3）繪制系統(tǒng)根軌跡的基本法則

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹根軌跡的基本概念及其特點(diǎn)，通過(guò)二階系統(tǒng)根軌跡繪制的例使學(xué)生了解根軌跡的含義。重點(diǎn)介紹根軌跡方程，了解開(kāi)環(huán)根軌跡增益Kg（或開(kāi)環(huán)比例系數(shù)K）變化與系統(tǒng)閉環(huán)根軌跡的關(guān)聯(lián)，引出根軌跡的繪制法則。在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚控制系統(tǒng)根軌跡的基本概念； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P111 4-1 4-4

[教案4-2] 1．主要內(nèi)容：

1）繪制系統(tǒng)根軌跡基本法則續(xù);2）控制系統(tǒng)的根軌跡分析 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講繼續(xù)介紹根軌跡的基本繪制法則，通過(guò)控制系統(tǒng)根軌跡繪制的實(shí)例使學(xué)生掌握常規(guī)根軌跡繪制的一般規(guī)律。了解閉環(huán)零、極點(diǎn)的分布和系統(tǒng)階躍響應(yīng)的定性關(guān)系及系統(tǒng)根軌跡分析的基本思路。

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生熟悉概略根軌跡的繪制，掌握利用根軌跡分析方法。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚根軌跡分析的基本思路； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：P111 4-7 4-8

[教案4-3] 1．主要內(nèi)容：

1）零度根軌跡、參變量根軌跡;2）附加開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講介紹零度根軌跡、參變量根軌跡的繪制方法，使學(xué)生掌握零度根軌跡、參變量根軌跡繪制的一般規(guī)律。了解零度根軌跡、參變量根軌跡分析的基本思路。在授課過(guò)程中，使學(xué)生熟悉廣義根軌跡的繪制方法。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚根軌跡分析的基本思路； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。

6．作業(yè)：P111 4-10

第五章

頻率特性

12學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1)掌握頻率特性的基本概念、性質(zhì)及求取方法；

2)掌握典型環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的頻率特性圖—奈奎斯特(Nyquist)圖的繪制方法； 3)掌握典型環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性圖—波德圖(Bode)圖的繪制方法； 4)使學(xué)生掌握頻率特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定法。

5）使學(xué)生掌握奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定性判據(jù)應(yīng)用； 6）掌握對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)（Bode判據(jù)）應(yīng)用；

7）掌握相對(duì)穩(wěn)定性的基本概念，相位裕量Υ、幅值裕量Kg定義、計(jì)算、在Nyquist圖與Bode圖上的表示。

2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)是掌握頻率特性的基本概念、求取方法；奈奎斯特(Nyquist)圖的繪制方法；波德圖(Bode)圖的繪制方法;利用頻率特性分析控制系統(tǒng)。3．本章的教學(xué)安排

本課程講授12個(gè)學(xué)時(shí)，安排了8個(gè)教案，實(shí)驗(yàn)2個(gè)學(xué)時(shí)。

[教案5-1] 1．主要內(nèi)容：

1）頻率響應(yīng)和頻率特性 2）頻率特性的求取方法 3）頻率特性的表示方法 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先給出頻率響應(yīng)定義，用圖說(shuō)明線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)的特點(diǎn)，由此引出幅頻特性、相頻特性的概念，然后給出頻率特性的定義及數(shù)學(xué)表達(dá)式，利用圖及公式說(shuō)明幅頻特性、相頻特性、實(shí)頻特性、虛頻特性的關(guān)系。

在介紹頻率特性的求取方法時(shí)，首先說(shuō)明頻率特性一般有三種求法：利用定義求取、根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來(lái)求取、通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。在此主要說(shuō)明和推導(dǎo)根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來(lái)求取的方法, 第三種方法后面介紹。

在介紹頻率特性的表示方法時(shí)，首先說(shuō)明頻率特性的表示方法主要有如下幾種：幅頻特性和相頻特性圖、幅相頻率特性圖、對(duì)數(shù)頻率特性圖、對(duì)數(shù)幅相頻率特性圖、實(shí)頻特性圖和虛頻特性圖，分別簡(jiǎn)單介紹各自特點(diǎn)，然后強(qiáng)調(diào)本章重點(diǎn)介紹幅相頻率特性(Nyquist)圖和對(duì)數(shù)頻率特性(Bode)圖。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，頻率特性概念比較抽象，同學(xué)不好理解，但此概念在本門(mén)課中又非常重要，可以聯(lián)系實(shí)際舉幾個(gè)簡(jiǎn)單例子說(shuō)明此概念。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P158，習(xí)題5-2。7．思考題：

書(shū)后P158，習(xí)題5-1（單）。

[教案5-2]

1．主要內(nèi)容：

1）頻率特性圖—奈奎斯特(Nyquist)圖 2）典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖

3）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性的奈奎斯特圖

（1）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性的奈奎斯特圖的繪制（2）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)奈奎斯特圖的形狀特點(diǎn) 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先通過(guò)繪圖介紹Nyquist圖的形成過(guò)程及繪制方法，然后強(qiáng)調(diào)奈奎斯特圖能顯示出G(jω)矢量端點(diǎn)軌跡上的頻率分布，一個(gè)圖上就表示了整個(gè)頻率域的頻率特性，同時(shí)給出了幅頻、相頻、實(shí)頻、虛頻特性信息，這對(duì)于了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性比較直觀(guān)。

在講解典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖時(shí)，將比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、理想微分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)、一階微分環(huán)節(jié)、二階微分環(huán)節(jié)分別作介紹，其中重點(diǎn)介紹慣性環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)的曲線(xiàn)特征與參數(shù)的關(guān)系。

在講解系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性的奈奎斯特圖時(shí)，重點(diǎn)介紹開(kāi)環(huán)奈奎斯特圖的形狀特點(diǎn)，講授概略繪制開(kāi)環(huán)奈奎斯特圖的要求和方法。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)明應(yīng)用Matlab繪制控制系統(tǒng)圖形的方法，主要是說(shuō)明利用計(jì)算機(jī)可以繪制很復(fù)雜的奈奎斯特圖形，但是手工繪制，僅僅可以獲得簡(jiǎn)單、粗略的圖形。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P159,習(xí)題5-3(奈奎斯特圖)7．思考題：

同學(xué)自己上機(jī)利用 Matlab繪制系統(tǒng)的奈奎斯特圖。

[教案5-3] 1．主要內(nèi)容：

1）對(duì)數(shù)頻率特性圖—波德(Bode)圖 2）典型環(huán)節(jié)的波德圖 3）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)波德圖

（1）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)波德圖的繪制（2）系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)波德圖的特點(diǎn) 4）最小和非最小相位系統(tǒng) 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先強(qiáng)調(diào)Bode圖是系統(tǒng)頻率特性的又一圖解法，由對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)和對(duì)數(shù)相頻特性曲線(xiàn)共同構(gòu)成，其坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系。

在講解典型環(huán)節(jié)的波德圖時(shí)，將比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和理想微分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)和一階微分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)和二階微分環(huán)節(jié)分別進(jìn)行對(duì)比，分組介紹，其中重點(diǎn)介紹積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)和振蕩環(huán)節(jié)的曲線(xiàn)特征。

在講解系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)波德圖時(shí)，重點(diǎn)介紹開(kāi)環(huán)波德圖的繪制方法、步驟，強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線(xiàn)和對(duì)數(shù)相頻特性曲線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

介紹最小和非最小相位系統(tǒng)的概念及兩種系統(tǒng)的各自特點(diǎn)。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生在熟練掌握典型環(huán)節(jié)波德圖的基礎(chǔ)上，提高對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析的能力。簡(jiǎn)單說(shuō)明應(yīng)用Matlab繪制控制系統(tǒng)圖形的方法。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P159,習(xí)題5-3(波德圖)7．思考題：

同學(xué)自己上機(jī)利用 Matlab繪制系統(tǒng)的波德圖。

[教案5-4] 1．主要內(nèi)容：

奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定性判據(jù)。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)與頻率穩(wěn)定性判據(jù)的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是對(duì)系統(tǒng)在頻率域的穩(wěn)定性分析，該判據(jù)是用系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的Nyquist圖來(lái)判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的圖解法，因此是一種幾何判據(jù)。

本講重點(diǎn)介紹頻率穩(wěn)定性判據(jù)的描述及其應(yīng)用。要求學(xué)生熟練掌握該判據(jù)的應(yīng)用。

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚奈奎斯特判據(jù)的基本原理及判斷穩(wěn)定性的方法是本節(jié)的難點(diǎn)。對(duì)于其原理，只要求了解奈奎斯特判據(jù)N=Z-P的來(lái)源即可，不要求推導(dǎo)。但判斷穩(wěn)定性的方法要熟練掌握。通過(guò)掌握不同型次、階次系統(tǒng)奈奎斯特圖的規(guī)律，找出起點(diǎn)、終點(diǎn)和幾個(gè)特征點(diǎn)，該方法就不難了。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P159，習(xí)題5-7 7．思考題：

[教案5-5] 1．主要內(nèi)容：

對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)（Bode判據(jù)）2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是由系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性來(lái)判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過(guò)介紹Nyquist圖與Bode圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，引出對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)（Bode判據(jù)）。

本講重點(diǎn)介紹對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)在不同情況下的描述及應(yīng)用。要求學(xué)生熟練掌握該判據(jù)的應(yīng)用方法。

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)的基本原理及判斷穩(wěn)定性的方法是本節(jié)的難點(diǎn)。對(duì)于其原理，只要求了解Nyquist圖與Bode圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而由Nyquist判據(jù)推導(dǎo)出Bode判據(jù)。5．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P159，習(xí)題5-8 7．思考題：

[教案5-6] 1．主要內(nèi)容：

相對(duì)穩(wěn)定性的基本概念，相位裕量、幅值裕量定義、計(jì)算、在Nyquist圖與Bode圖上的表示。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的基本概念，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性裕量是衡量一個(gè)閉環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)，常用的有相位裕量和幅值裕量。

本講重點(diǎn)介紹相位裕量和幅值裕量的計(jì)算方法以及在Nyquist圖與Bode圖上的表示。同時(shí)系統(tǒng)地分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素。

在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚相位裕量和幅值裕量的計(jì)算方法以及在Nyquist圖與Bode圖上的表示是本節(jié)的難點(diǎn)，通過(guò)例題講解使學(xué)生熟練掌握。5．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P160，習(xí)題5-10 7．思考題：

書(shū)后P160，習(xí)題5-13.[教案5-7] 1．主要內(nèi)容：

1）簡(jiǎn)介閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性。2）頻域分析

（1）確定系統(tǒng)頻率域與時(shí)間域指標(biāo)的關(guān)系；（2）最小相位系統(tǒng)頻率特性的估算；

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本節(jié)首先介紹閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性

在講解閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性時(shí)，簡(jiǎn)單介紹開(kāi)環(huán)頻率特性與閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性的關(guān)系，對(duì)照?qǐng)D形簡(jiǎn)單介紹用等幅值軌跡(等M圓圖)、等相角軌跡(等N圓圖)繪制閉環(huán)頻率特性圖的方法，重點(diǎn)說(shuō)明閉環(huán)頻率特性的性能指標(biāo)：諧振峰值Mr和諧振頻率ωr、截止頻率ωb和截止帶寬等頻率域性能指標(biāo)。

其次介紹頻率域與時(shí)間域指標(biāo)的關(guān)系，最小相位系統(tǒng)性能指標(biāo)的估算。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)對(duì)照?qǐng)D形簡(jiǎn)介本講內(nèi)容，便于同學(xué)接受。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P159,習(xí)題5-5 7．思考題：

[教案5-8] 1．主要內(nèi)容：習(xí)題課 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本節(jié)首先小結(jié)頻率特性 其次舉例。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)對(duì)照?qǐng)D形簡(jiǎn)介本講內(nèi)容，便于同學(xué)接受。

5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。

第六章

控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) 8學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1）使學(xué)生了解控制系統(tǒng)校正的目的，校正的方法與分類(lèi)； 2）使學(xué)生掌握常用校正裝置及其特性； 3）掌握頻域法串聯(lián)校正方法和作用； 4）介紹反饋校正方法和作用； 5）控制系統(tǒng)校正舉例。2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授的重點(diǎn)是校正的目的，系統(tǒng)中串聯(lián)相位超前校正、相位滯后校正的方法和作用。3．本章的教學(xué)安排

本課程講授8個(gè)學(xué)時(shí)，安排了3個(gè)教案。實(shí)驗(yàn)2個(gè)學(xué)時(shí)。

[教案6-1] 1．主要內(nèi)容：

1）校正的目的，校正的方法與分類(lèi) 2）常用校正裝置及其特性 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先講明校正的目的、校正的方法，說(shuō)明常用的校正方法有以下兩種方法，頻率校正法與根軌跡校正法。在介紹校正裝置分類(lèi)時(shí)，說(shuō)明依考慮問(wèn)題的角度不同，有多種分類(lèi)結(jié)果，按其在系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)接方式不同可分為串聯(lián)校正與并聯(lián)校正；按實(shí)現(xiàn)校正作用的裝置來(lái)分，可分為電氣的、機(jī)械的、液壓的．氣動(dòng)的等，對(duì)電氣校正環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)又可分為有源校正與無(wú)源校正等。

在講授常用校正裝置及其特性時(shí)，首先介紹分別介紹比例調(diào)節(jié)器(P調(diào)節(jié)器)，積分調(diào)節(jié)器(I調(diào)節(jié)器)，微分調(diào)節(jié)器(D調(diào)節(jié)器)，比例微分調(diào)節(jié)器(PD調(diào)節(jié)器)，比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)，比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID調(diào)節(jié)器)各自的特點(diǎn)和作用。

其次介紹常用電網(wǎng)絡(luò)中無(wú)源校正裝置，重點(diǎn)說(shuō)明相位超前校正環(huán)節(jié)、相位滯后校正環(huán)節(jié)串聯(lián)到系統(tǒng)中的作用。

簡(jiǎn)單介紹有源校正裝置。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)介紹相位超前校正環(huán)節(jié)、相位滯后校正環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和作用。

5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P201,習(xí)題6-2。7．思考題：

書(shū)后P202,習(xí)題6-3。

[教案6-2]

1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹頻率校正法串聯(lián)校正。

通過(guò)串聯(lián)相位超前校正舉例、串聯(lián)相位滯后校正舉例，說(shuō)明串聯(lián)校正的應(yīng)用。2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先簡(jiǎn)要介紹串聯(lián)校正概念。在講授串聯(lián)校正時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)中串聯(lián)相位超前校正、介紹控制系統(tǒng)中采用串聯(lián)校正的方法和步驟。此部分重點(diǎn)介紹串聯(lián)相位超前校正、串聯(lián)相位滯后實(shí)例。

然后介紹反饋校正的概念，反饋的特點(diǎn)和作用。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合，以板書(shū)為主。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)說(shuō)明串聯(lián)相位超前校正的方法和作用，應(yīng)把概念講清楚。

5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P202，習(xí)題6-6,習(xí)題6-7。

[教案6-3] 1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹根軌跡校正方法、實(shí)例。

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

通過(guò)串聯(lián)相位超前校正舉例、串聯(lián)相位滯后校正舉例，說(shuō)明串聯(lián)校正在根軌跡法中的應(yīng)用。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合，以板書(shū)為主。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)把概念、例題講清楚。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后P202，習(xí)題6-4。

第七章 非線(xiàn)性系統(tǒng) 8學(xué)時(shí)

1．本章的教學(xué)要求

1)正確理解相平面圖的基本概念;2)熟練掌握線(xiàn)性二階系統(tǒng)的典型相平面圖及其特征;3)會(huì)畫(huà)出非線(xiàn)性系統(tǒng)工程的典型相平面圖;4)熟練掌握運(yùn)用相平面法分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法和步驟;5)正確理解描述函數(shù)的基本思想和應(yīng)用條件;6)準(zhǔn)確理解描述函數(shù)的定義、物理意義和求法，并會(huì)靈活應(yīng)用;7)熟練掌握繼電特性和死區(qū)特性等典型非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的描述函數(shù);8)熟練掌握運(yùn)用描述函數(shù)法分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自振蕩的方法和步驟，并能正確計(jì)算自振蕩的振幅和頻率;2．本章講授的重點(diǎn)

本章講授非線(xiàn)性系統(tǒng)的兩種基本分析方法：描述函數(shù)法和相平面法。描述函數(shù)法是一種頻域法，基于諧波線(xiàn)性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過(guò)描述函數(shù)將非線(xiàn)性環(huán)節(jié)線(xiàn)性化，然后應(yīng)用線(xiàn)性系統(tǒng)的頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹描述函數(shù)法分析穩(wěn)定性和自振蕩的一般步驟。相平面法是分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的一種時(shí)域法、圖解法，不僅可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自振蕩（極限環(huán)），而且可以求取系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這種方法只運(yùn)用于二階系統(tǒng)，但由于一般高階系統(tǒng)又可用二階系統(tǒng)來(lái)近似，因此相平面法也可用于高階系統(tǒng)的近似分析，重點(diǎn)介紹相平面法分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的一般步驟。3．本章的教學(xué)安排

本章講授8個(gè)學(xué)時(shí)，安排了3個(gè)教案、習(xí)題課。

[教案7-1] 1．主要內(nèi)容：

典型非線(xiàn)性特性；

非線(xiàn)性系統(tǒng)與線(xiàn)性系統(tǒng)的本質(zhì)差別；

相平面概念；

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

由控制系統(tǒng)在不同程度上都存在著非線(xiàn)性。講明有些系統(tǒng)可通過(guò)在工作點(diǎn)附近線(xiàn)性化來(lái)處理，但當(dāng)系統(tǒng)包含有本質(zhì)非線(xiàn)性特性時(shí)，就不能用線(xiàn)性化的方法處理。

本講先介紹線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)的特點(diǎn)、本質(zhì)差別，引出典型非線(xiàn)性特性。指出非線(xiàn)性系統(tǒng)不滿(mǎn)足疊加原理。

再介紹分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的相平面法、描述函數(shù)法。

引出相平面概念。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚非線(xiàn)性系統(tǒng)與線(xiàn)性系統(tǒng)的本質(zhì)差別； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p229 7-1

[教案7-2] 1．主要內(nèi)容：

相平面法--相軌跡的繪制（傾線(xiàn)法）；特殊相軌跡(奇點(diǎn)與極限環(huán))；相平面分析舉例； 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

相平面法是分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的一種時(shí)域法、圖解法，不僅可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自振蕩（極限環(huán)），而且可以求取系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這種方法只運(yùn)用于二階系統(tǒng)，但由于一般高階系統(tǒng)又可用二階系統(tǒng)來(lái)近似，因此相平面法也可用于高階系統(tǒng)的近似分析，重點(diǎn)介紹相平面法分析非線(xiàn)性系統(tǒng)的一般步驟。

本講先介紹非線(xiàn)性系統(tǒng)的相平面法中相軌跡的繪制（傾線(xiàn)法），討論相軌跡繪制的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

其次介紹非線(xiàn)性系統(tǒng)的奇點(diǎn)與極限環(huán)及具體求法。最后進(jìn)行相平面分析舉例。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚非線(xiàn)性系統(tǒng)的奇點(diǎn)與極限環(huán)； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p230 7-6,7-8

[教案7-3] 1．主要內(nèi)容：

描述函數(shù)法（另一種工程上常用方法）；典型非線(xiàn)性環(huán)節(jié)描述函數(shù)； 描述函數(shù)分析舉例； 2．講授方法及講授重點(diǎn)： 描述函數(shù)法是一種頻域法，基于諧波線(xiàn)性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過(guò)描述函數(shù)將非線(xiàn)性環(huán)節(jié)線(xiàn)性化，然后應(yīng)用線(xiàn)性系統(tǒng)的頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹描述函數(shù)法分析穩(wěn)定性和自振蕩的一般步驟。

本講先介紹非線(xiàn)性系統(tǒng)的另一種工程上常用方法--描述函數(shù)法，講明描述函數(shù)法是一種近視分析法。

其次介紹非線(xiàn)性系統(tǒng)典型非線(xiàn)性環(huán)節(jié)描述函數(shù)及具體求法。最后進(jìn)行描述函數(shù)分析舉例。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，注意講清楚典型非線(xiàn)性環(huán)節(jié)描述函數(shù)及具體求法； 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p231 7-13

第八章 離散控制系統(tǒng) 8學(xué)時(shí)

1, 本章的教學(xué)要求

1)使學(xué)生掌握采樣過(guò)程與采樣定理;2）使學(xué)生掌握Z(yǔ)變換和Z反變換;3）使學(xué)生掌握離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;4）使學(xué)生掌握離散控制系統(tǒng)的性能分析。2.本章講授的重點(diǎn)

本章首先介紹離散系統(tǒng)概念，講授的重點(diǎn)是采樣過(guò)程與采樣定理，Z傳遞函數(shù)（脈沖傳遞函數(shù)）定義，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)的求取，系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別，穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算等。3．本章的教學(xué)安排

本課程講授8個(gè)學(xué)時(shí)，安排了5個(gè)教案。

[教案8-1] 1．主要內(nèi)容：

1）采樣控制系統(tǒng)知識(shí)要點(diǎn) 2）離散信號(hào) 3）離散系統(tǒng)概念 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先介紹采樣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)采樣控制系統(tǒng)采用的數(shù)學(xué)工具是Z變換，采用的數(shù)學(xué)模型是差分方程和脈沖傳遞函數(shù)。給出離散信號(hào)定義，用圖說(shuō)明一般采樣控制系統(tǒng)（也稱(chēng)脈沖控制系統(tǒng)）、數(shù)字控制系統(tǒng)（也稱(chēng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）構(gòu)成。

介紹離散控制系統(tǒng)在實(shí)際控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用的主要原因。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)注意由于內(nèi)容較多，學(xué)時(shí)少，有些地方需要簡(jiǎn)介。5．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p279 8-1

[教案8-2] 1．主要內(nèi)容：

1）采樣過(guò)程與采樣定理 2）保持器

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在介紹采樣過(guò)程與采樣定理時(shí)，首先給出采樣過(guò)程、采樣開(kāi)關(guān)的定義，利用圖解釋采樣過(guò)程，由此推出離散模擬信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。然后，分析采樣信號(hào)的頻譜，說(shuō)明連續(xù)信號(hào)x(t)的頻譜|X(jω)|是單一的連續(xù)頻譜，而離散信號(hào)x*(t)的頻譜則是以采樣角頻率ωs為周期的無(wú)窮多個(gè)頻譜之和，由此引出重要定理：采樣定理。

強(qiáng)調(diào)由于實(shí)際系統(tǒng)需要用連續(xù)信號(hào)控制被控對(duì)象進(jìn)行工作，因此需要信號(hào)保持，把離散脈沖序列較準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)信號(hào)，說(shuō)明常用的保持器有零階保持器和一階保持器等。

舉例說(shuō)明采樣定理。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

利用圖解釋采樣過(guò)程，采樣過(guò)程和采樣定理應(yīng)重點(diǎn)講解。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．思考題：

一個(gè)具有標(biāo)志的輪子，每轉(zhuǎn)一圈用時(shí)2秒。采用攝像機(jī)拍攝輪子的運(yùn)動(dòng)狀況，拍攝周期取多大時(shí)輪子的運(yùn)動(dòng)不失真？

解：輪子的旋轉(zhuǎn)周期T?2，角頻率??2?T??。

由采樣定理：拍攝頻率?S?2?max?2?

可見(jiàn)：?S?2?TS?2?max?2??2? ?TS?2?2??1

拍攝周期TS?1秒時(shí)輪子的運(yùn)動(dòng)不失真。

[教案8-3] 1．主要內(nèi)容：

1）Z變換和Z反變換 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在介紹Z變換和Z反變換時(shí)，應(yīng)說(shuō)明Z變換是分析離散控制系統(tǒng)的重要數(shù)學(xué)工具，利用Z變換可將描述離散系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，使求解過(guò)程大為簡(jiǎn)化。給出Z變換的定義、計(jì)算方法，簡(jiǎn)介Z變換的基本定理、Z反變換等內(nèi)容。說(shuō)明實(shí)際應(yīng)用中可以查常用時(shí)間函數(shù)的Z變換和拉普拉斯變換式表。

3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

說(shuō)明Z變換是分析離散控制系統(tǒng)的重要數(shù)學(xué)工具，可將描述離散系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，使求解過(guò)程大為簡(jiǎn)化。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p279 8-2，8-3單號(hào)

[教案8-4] 1．主要內(nèi)容：

離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

（1）差分方程（2）脈沖傳遞函數(shù) 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

本講首先簡(jiǎn)介差分方程，重點(diǎn)介紹脈沖傳遞函數(shù)，給出脈沖傳遞函數(shù)定義，說(shuō)明開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)的求法。在介紹閉環(huán)系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)時(shí)，需要指出，閉環(huán)離散系統(tǒng)Z傳遞函數(shù)不能從GB(s)和GBe(s)求Z變換得來(lái)，因?yàn)椴蓸娱_(kāi)關(guān)在閉環(huán)系統(tǒng)中位置不同，其閉環(huán)Z傳遞函數(shù)的結(jié)果也是不一樣的。舉例說(shuō)明采樣開(kāi)關(guān)在閉環(huán)系統(tǒng)中具有不同配置時(shí)的Z變換函數(shù)Xo(z)，然后解釋說(shuō)明閉環(huán)離散系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖及輸出采樣信號(hào)的Z變換函數(shù)Xo(z)表。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)通過(guò)舉例重點(diǎn)講清開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)和閉環(huán)系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù)的求取等。5．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p279 8-7

[教案8-5] 1．主要內(nèi)容：

離散控制系統(tǒng)的性能分析 2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在講解離散控制系統(tǒng)的性能分析時(shí)，首先說(shuō)明離散系統(tǒng)的性能分析主要包括三個(gè)方面內(nèi)容：系統(tǒng)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。

在介紹離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析時(shí)，應(yīng)畫(huà)圖說(shuō)明s平面到z平面的映射關(guān)系，給出線(xiàn)性離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件，重點(diǎn)講解離散系統(tǒng)的勞斯穩(wěn)定性判據(jù)。

在講解離散控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)（動(dòng)態(tài)性能分析）時(shí)，應(yīng)畫(huà)圖說(shuō)明閉環(huán)極點(diǎn)分布與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系。在介紹離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，分析不同型別單位反饋離散系統(tǒng)在三種輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，總結(jié)出穩(wěn)態(tài)誤差表，應(yīng)解釋說(shuō)明穩(wěn)態(tài)誤差表的應(yīng)用，學(xué)生應(yīng)會(huì)利用表進(jìn)行穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算。3．教學(xué)手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)通過(guò)舉例重點(diǎn)講清系統(tǒng)穩(wěn)定性的判別，穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算等。

5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書(shū)后p279 8-10，8-11 7．思考題：

書(shū)后p279 8-13

第二篇：自動(dòng)控制原理電子教案

第1章 自動(dòng)控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

教學(xué)目的: 知識(shí)：掌握什么是自動(dòng)控制，自動(dòng)控制控制原理的發(fā)展史和主要內(nèi)容

技能：通過(guò)學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的發(fā)展進(jìn)程了解本課程主要的任務(wù) 教學(xué)重點(diǎn): 自動(dòng)控制原理的主要內(nèi)容 教學(xué)難點(diǎn): 本課程的任務(wù) 教學(xué)方法: 結(jié)合多媒體講授法

教學(xué)進(jìn)度: 本內(nèi)容為4學(xué)時(shí)，其中1.1、1.2、1.3節(jié)2學(xué)時(shí)，1.4、1.5、1.6節(jié)2學(xué)時(shí)。參考資料:《現(xiàn)代控制工程》 緒方勝?gòu)┲?科學(xué)出版社

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 自動(dòng)控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

一提到自動(dòng)化很多人就會(huì)問(wèn)自動(dòng)化是什么？所謂自動(dòng)化就是指機(jī)器或裝置在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)地進(jìn)行操作或運(yùn)行。廣義的講，自動(dòng)化還包括模擬或再現(xiàn)人的自能活動(dòng)。

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)以及家庭等各方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)新的功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此自動(dòng)化是一個(gè)國(guó)家或社會(huì)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。

在我國(guó)的古代，很多的能工巧匠就發(fā)明了許多原始的自動(dòng)裝置，以滿(mǎn)足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要。其中比較著名的就有以下幾種：

（1）指南車(chē)

指南車(chē)是中國(guó)古代用來(lái)指示方向的一種具有能自動(dòng)離合齒輪系裝置的車(chē)輛。指南車(chē)是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車(chē)，車(chē)箱上立一個(gè)伸臂的木人?！端问贰ぽ浄尽分袑?duì)指南車(chē)的構(gòu)造和各齒輪大小和齒輪數(shù)都有詳細(xì)的記載。

（2）銅壺滴漏

即漏壺，中國(guó)古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置，又稱(chēng)刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見(jiàn)于《周記》。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個(gè)壺，由壺上滴水到下面的受水壺，液面使浮箭升起以示刻度（時(shí)間）。

（3）飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié) 宋朝仇士良著的《嶺外代答》（公元1178）蹭記載中國(guó)南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長(zhǎng)0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中有一條銀制小魚(yú)，作為可動(dòng)的開(kāi)關(guān)（即浮子式閥門(mén)）。這種閥門(mén)可用來(lái)保持均勻的飲酒速度。

（4）記里鼓車(chē)

中國(guó)古代有能自報(bào)行車(chē)?yán)锍痰能?chē)制，是東漢以后出現(xiàn)的，由漢代改裝而成，車(chē)中裝設(shè)具有減速作用的傳動(dòng)齒輪和凸輪、杠桿等機(jī)構(gòu)。車(chē)行一里，車(chē)上木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以表示車(chē)的里程。

（5）漏水轉(zhuǎn)渾天儀 公元2世紀(jì)，中國(guó)東漢的天文學(xué)家張衡創(chuàng)制的一種天文表演儀器。它是一種用漏水推動(dòng)的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動(dòng)仿真。

（6）候風(fēng)地動(dòng)儀

公元132年?yáng)|漢張衡發(fā)明的一種觀(guān)察地震的自動(dòng)檢測(cè)儀器，它的工作原理涉及到檢測(cè)地震信號(hào)的大小和方向。

（7）水運(yùn)儀象臺(tái)

北宋哲宗元祐三年，蘇頌、韓公廉等人制成的水力天文裝置。它既能演示或能觀(guān)測(cè)天象，又能計(jì)時(shí)及報(bào)時(shí)。

中國(guó)古代人民在原始的自動(dòng)裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上作出了輝煌的成就，也為后來(lái)自動(dòng)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自動(dòng)化的發(fā)展在世界的其他地方也有很大的發(fā)展。

公元一世紀(jì)古埃及和希臘的發(fā)明家頁(yè)創(chuàng)造了教堂廟門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟、銅祭司自動(dòng)灑圣水、投幣式圣水箱等自動(dòng)裝置。17世紀(jì)以來(lái)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國(guó)家相繼出現(xiàn)了多種自動(dòng)裝置，其中比較典型的有：法國(guó)物理學(xué)家B.帕斯卡在公元1642年發(fā)明的加法器;荷蘭機(jī)械師C.惠更斯于公元1657年發(fā)明的鐘表；英國(guó)機(jī)械師E.李在公元1745年發(fā)明帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨；俄國(guó)機(jī)械師H.波爾祖諾夫于公元1765年發(fā)明了蒸氣鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門(mén)水位調(diào)節(jié)器。

18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代自動(dòng)化技術(shù)形成，由于第一次工業(yè)革命的需要，自動(dòng)化調(diào)節(jié)有了更廣泛的應(yīng)用。公元1968年法國(guó)工程師J.法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器；到了20世紀(jì)20~30年代，美國(guó)開(kāi)始采用PID調(diào)節(jié)器。這是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還在許多工廠(chǎng)中采用。

隨著自動(dòng)化裝置的廣泛應(yīng)用，就暴露了許許多多的問(wèn)題，許多人就對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了質(zhì)疑。自動(dòng)調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。有許多科學(xué)家對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)從理論上加以研究。公元1868年英國(guó)物理學(xué)家J.麥克斯韋爾用微分方程描述并總結(jié)了調(diào)節(jié)器的理論。公元1876年俄國(guó)機(jī)械學(xué)家H.A.維什捏格拉茨基進(jìn)一步總結(jié)了調(diào)節(jié)其理論，歸結(jié)為只要研究描述自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的線(xiàn)性其次微分方程的通解。公元1877年英國(guó)數(shù)學(xué)家E.勞思、1895年德國(guó)數(shù)學(xué)家A.胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，沿用到現(xiàn)在。公元1892年俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.李雅普諾夫提出穩(wěn)定性的嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義并發(fā)表了專(zhuān)著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。

20世紀(jì)40～50年代局部自動(dòng)化時(shí)期，第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問(wèn)題，各國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置開(kāi)創(chuàng)可防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。

與此同時(shí)，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表，這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)便、更工程化了，我國(guó)也能生產(chǎn)系列化得國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)單元組合儀表QDZ型和電動(dòng)單元組合儀表DDZ型，在國(guó)內(nèi)使用很廣。

1943～1946年，美國(guó)電氣工程師J.?？送泻臀锢韺W(xué)家J.莫奇利為美國(guó)陸軍研制成世界上第一臺(tái)基于電子管電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器。1950年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾小組研制成世界上第二臺(tái)存儲(chǔ)程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——離散變量電子自動(dòng)計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明為20世紀(jì)60～70年代開(kāi)始的再控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)也在20世紀(jì)50年代中葉開(kāi)始研制大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，并研制出了“銀河Ⅲ”電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)50年代末起至今進(jìn)入綜合自動(dòng)化時(shí)期。復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過(guò)程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問(wèn)題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題，迫切需要加以解決。單經(jīng)典的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。20世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用。

20世紀(jì)50年代末到60年代初，開(kāi)始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制化的化工廠(chǎng)，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始由局部自動(dòng)化想綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)專(zhuān)用機(jī)床組成的無(wú)人工廠(chǎng)，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無(wú)人工廠(chǎng)。

20世紀(jì)60年代末至70年代初，美、英等國(guó)的科學(xué)家們注意到人工智能的所有技術(shù)和機(jī)器人結(jié)合起來(lái)，研制出只能機(jī)器人。智能機(jī)器人會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開(kāi)采、宇宙探測(cè)等方面大顯身手。

從古到今，自動(dòng)化技術(shù)有了很大的發(fā)展。自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)、生活的方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

自控原理課程的特點(diǎn)和要求

《自動(dòng)控制原理》是自動(dòng)化、電氣工程與自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。該課程需要一定的工程背景，利用數(shù)學(xué)知識(shí)較多。它主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)學(xué)模型的建立及方塊圖等效變換。針對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求，利用時(shí)域分析法、根軌跡法和頻域法分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為專(zhuān)業(yè)課和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

第二節(jié) 自動(dòng)控制的基本原理和方式 一 自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用

（1）什么是自動(dòng)控制

無(wú)人直接參與

利用外加設(shè)備或裝置（控制器）

使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行

（2）自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、核動(dòng)力

生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活領(lǐng)域

2、自動(dòng)控制理論

自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)（1）經(jīng)典控制理論（以反饋理論為基礎(chǔ)）（軍事）以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)

研究單輸入-單輸出（SISO）線(xiàn)性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)（2）現(xiàn)代控制理論

（宇航）以狀態(tài)空間描述為基礎(chǔ)

具有高性能、高精度的多變量變參 數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題

（3）智能控制理論（發(fā)展方向）信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ)

3、反饋控制理論（閉環(huán)控制理論）

（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)

被控對(duì)象、控制器按一定的方式連接所組成的系統(tǒng)

最基本的連接方式是反饋方式，按該方式連接的系統(tǒng)稱(chēng)為反饋控制系統(tǒng)

（2）反饋控制原理

控制器對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用取自被控量的反饋信息，用來(lái)不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。

例1

人取物

反饋控制原理就是偏差控制原理

通常，我們把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差的過(guò)程，稱(chēng)為反饋。

在工程實(shí)踐中，為實(shí)現(xiàn)反饋控制，必須配有以下設(shè)備：

測(cè)量元件、比較元件、執(zhí)行元件

統(tǒng)稱(chēng)為控制裝置

4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成

（1）外作用 有用輸入：決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律

擾動(dòng)：破壞有用輸入對(duì)系統(tǒng)的控制。如：電源電壓的波動(dòng)、飛行中的氣流、航海中的波浪等

（2）給定元件

給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（參據(jù)量）如書(shū)的位置

（3）校正元件（補(bǔ)償元件）

結(jié)構(gòu)和參數(shù)便于調(diào)整的元部件，以串聯(lián)或反饋方式連接在系統(tǒng)中

1、開(kāi)環(huán)控制方式

不存在輸出到輸入的反饋，輸出量不參與控制（1）按給定值進(jìn)行控制

（2）按干擾進(jìn)行控制（即前饋控制，對(duì)干擾進(jìn)行補(bǔ)償）

第三節(jié) 控制系統(tǒng)的分類(lèi)以及對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求

一、控制系統(tǒng)的分類(lèi)

＆1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求 穩(wěn)定性（最基本要求）穩(wěn)定性：系統(tǒng)在擾動(dòng)消失后，由初始偏差狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力 １、穩(wěn)定

２、不穩(wěn)定

穩(wěn)定性：

(1)對(duì)恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來(lái)的期望值。

(2)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。

穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常由

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。2 快速性

動(dòng)態(tài)性能 調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間

對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱(chēng)為動(dòng)態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，而炮身行動(dòng)遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。準(zhǔn)確性

穩(wěn)態(tài)誤差 有差系統(tǒng) 無(wú)差系統(tǒng)

在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。

第2章

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

教學(xué)目的：1.掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念及其作用

2.數(shù)學(xué)模型的建立方法及建立控制系統(tǒng)的微分方程 教學(xué)重點(diǎn)：控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念 教學(xué)難點(diǎn)：建立控制系統(tǒng)的微分方程 教學(xué)方法：講授法

教學(xué)進(jìn)度：本內(nèi)容為4學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 預(yù)備知識(shí)：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

一、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念及作用

在研究控制系統(tǒng)的性能時(shí), 最關(guān)鍵也是最困難的一步就是建立起能以足夠的精 度反映系統(tǒng)工作實(shí)質(zhì)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量(或變量)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在 靜態(tài)條件下(即變量的各階導(dǎo)數(shù)為零), 描述各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程 ,稱(chēng)為靜態(tài)模型;在動(dòng)態(tài)過(guò)程中, 各變量之間的關(guān)系用微分方程描述 , 稱(chēng)為動(dòng)態(tài)模型。由于微分方程中各變量的導(dǎo)數(shù)反映了它們隨時(shí)間變化的特性 , 例如在運(yùn)動(dòng)過(guò)中 , 一階導(dǎo)數(shù)表示速度 , 二 階導(dǎo)數(shù)表示加速度等 , 因此 , 微分方程完全可以描繪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特 性。本章主要研究控 制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型, 簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)學(xué)模型。

二、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的方法

數(shù)學(xué)模型的建立通常采用兩種方法:分析法和實(shí)踐法。

分析法是利用控制系統(tǒng)或其 組成元器件所依據(jù)的物理或化學(xué)規(guī)律,來(lái)建立數(shù)學(xué)模型并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)法是通過(guò)對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)或元器件作用一定形式的輸入信號(hào),用求取控制系統(tǒng)或元器件的輸出響應(yīng)的方法來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中 , 建立合理的系 統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是一項(xiàng)極為重要的工作,它直接關(guān)系到控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)給定的任務(wù)。

三、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的種類(lèi)

時(shí)域中常用的數(shù)學(xué)模型有微分方程、差分方程和狀態(tài)方程。復(fù)數(shù)域中常用的有傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖。

頻域中有頻率特性 數(shù)學(xué)模型的建立方法及建立控制系統(tǒng)的微分方程 線(xiàn)性控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

線(xiàn)性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是用微分方程式來(lái)描述的, 用解析法列寫(xiě)微分方程的一般步驟如下 :(1)根據(jù)系統(tǒng)或元器件的工作原理 , 確定系統(tǒng)和各元器件的輸入 / 輸出 量;(2)從輸入端開(kāi)始,按照信號(hào)的傳遞順序,依照各變量所遵循的物理或化學(xué)定律,按技術(shù)

要求忽略一些次要因素,并考慮相鄰元器件的彼此影響,列出微分方程式或微分方程組;(3)消去中間變量,求得描述輸入量與輸出量關(guān)系的微分方程式;(4)標(biāo)準(zhǔn)化, 即將與輸入變量有關(guān)的各項(xiàng)放在等號(hào)右側(cè) , 將與輸出變量有關(guān)的各項(xiàng)

放在等號(hào)左側(cè), 并按降冪順序排列。

一般情況下, 設(shè)描述線(xiàn)性控制系統(tǒng)的微分方程式如下 :

式中 , c(t)為系統(tǒng)或元器件的輸出量;r(t)為系統(tǒng)或元器件的輸入量;系 數(shù) a 0 , a 1 , ? , a n 及b 0 , b 1 , ? , b n 與系統(tǒng)或元器件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)有關(guān)。一般的物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng),總有 n ≥ m , 上式又 稱(chēng)為 n 階微分方程式。

例題：已知無(wú)源網(wǎng)絡(luò)如圖所示 , 試寫(xiě)出它的數(shù)學(xué)模型。

解 根據(jù)基爾霍夫定律可寫(xiě)出

式中 , i 為設(shè)置的中間變量, 是流經(jīng)電阻R和電容C的電流

消去上式中的中間變量i整理的

當(dāng)電阻R和電容C均為常數(shù)時(shí) ,RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為一個(gè)一階 常系數(shù)微分方程 ，令RC = T , 則式可寫(xiě)成

式中, T稱(chēng)為RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)。

第三節(jié) 項(xiàng)目二：求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

線(xiàn)性系統(tǒng) ———— 滿(mǎn)足疊加原理

非線(xiàn)性系統(tǒng)

設(shè)單輸入單輸出線(xiàn)性定常系統(tǒng)

例：樞控直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

輸入量ur 輸出量ω(n)建立數(shù)學(xué)模型： 由局部（元件）→ 系統(tǒng)

傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖的組成：信號(hào)線(xiàn)(變量)，函數(shù)方框圖，綜合點(diǎn)，分支點(diǎn)

傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖：子方框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖既保留子系統(tǒng)的原貌，又反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

結(jié)構(gòu)圖的變換和簡(jiǎn)化：(按代數(shù)運(yùn)算規(guī)則，原則：保持變換前后輸入輸出關(guān)系不變)

4，節(jié)點(diǎn)移動(dòng) 例：求傳遞函數(shù)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

第四節(jié) 建立控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)圖的組成

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 , 是將系統(tǒng)中所有的元、部件都用方框表 示 , 在方框中表明其傳遞函數(shù), 按照信號(hào)傳遞方向把各傳遞函數(shù)方框依次連接起來(lái)組成的一種圖形?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖不僅能夠清楚地反映系統(tǒng)的組成及信號(hào)的傳遞過(guò)程, 而且能夠表示出系統(tǒng)信號(hào) 傳遞過(guò)程中的數(shù)學(xué)關(guān)系。因此 , 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖一般包含 4 種基本單元, 如圖所示。

(1)信號(hào)線(xiàn) : 帶有箭頭的直線(xiàn) , 見(jiàn)圖(a)。箭頭表示信號(hào)的傳遞方向, 直線(xiàn)上標(biāo)記信號(hào) 的時(shí)間 函數(shù)或像函數(shù) , 如 r(t)或 R(s)。

(2)引出點(diǎn):又稱(chēng)測(cè)量點(diǎn),表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置,見(jiàn)圖(b)。從同一位置引出的信號(hào),在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。

(3)比較點(diǎn):又稱(chēng)綜合點(diǎn),對(duì)兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算,見(jiàn)圖(c)?！?+ ” 號(hào)表示相加, “” 號(hào) 表示 負(fù) 反饋 , 這是一個(gè)負(fù) 反饋的閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)。由結(jié)構(gòu)圖(a)可 以寫(xiě)出

C(s)= G(s)E(s)(8)E(s)= R(s)-B(s)(9)B(s)= H(s)C(s)(10)

整 理式(8)、式(9)、式(10)得到

則等效傳遞函數(shù)為：

（11）

式 11)表示 的是兩個(gè)方框反饋連接的等效傳遞函數(shù) , 如圖(b)所示。式表示 的也就是負(fù) 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。當(dāng) 反饋傳遞函數(shù) H(s)= 1, 即單 位反饋時(shí) , 稱(chēng)這樣的負(fù) 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)為單 位反饋控

制 系 統(tǒng)。單 位反饋控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

同 理 , 可 以推導(dǎo) 出 正 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（2）

在 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 簡(jiǎn)化過(guò) 程中 , 為了便 于進(jìn)行方框的運(yùn)算 , 往往需要移動(dòng)綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的置 , 或者移動(dòng) 比較符 號(hào)“” 不能過(guò) 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)。

(1)信號(hào) 綜合點(diǎn)的 移動(dòng)。信號(hào) 綜合點(diǎn)的移動(dòng)原 則是 : 保 證原 信號(hào) 不變 , 在 信號(hào) 綜 合點(diǎn)移后 保 證 信 號(hào) 相 加的 代 數(shù) 和 不 變。綜 合點(diǎn) 的 移 動(dòng) 等 效 變 換 如 圖所 示。其 中 , 圖(a)所示 為綜合點(diǎn)前 移等效變換 , 圖(b)所示 為綜合點(diǎn)后 移等效變換。

(2)信號(hào) 分離點(diǎn)的 移動(dòng)。信號(hào) 分離點(diǎn)的移動(dòng)原 則是 : 保 證原 各點(diǎn)信號(hào) 不 變 , 在 信 號(hào) 分 離點(diǎn)移動(dòng)后 保 證該分支信號(hào) 不變。分離點(diǎn)的移動(dòng)等效變換如圖所示。其 中 , 圖(a)所示 為分離點(diǎn)前 移等效變換 , 圖(b)所示 為分離點(diǎn)后 移等效變換。

(3)信號(hào) 綜合點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡(jiǎn)化過(guò) 程中 , 根據(jù)加法交換律 , 兩個(gè) 或兩個(gè)以上相 鄰的信號(hào) 綜合點(diǎn)位置 可 以互換 , 互換前 后 的結(jié)果 不變。

(4)信號(hào) 分離點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡(jiǎn)化過(guò) 程中 , 兩個(gè)或兩個(gè)以上相 鄰的信號(hào) 分離點(diǎn)位 置互換 , 完 全不會(huì)改變信號(hào) 的性質(zhì)。

必須指出 , 在 結(jié)構(gòu)圖 簡(jiǎn)化過(guò) 程中 , 相鄰的信號(hào) 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的位置 不能互換。

【 例】 某系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖所示。要 求簡(jiǎn) 化結(jié)構(gòu) 圖 , 并 計(jì) 算系 統(tǒng)的傳 遞函 數(shù)G(s)= C(s)/ R(s)。

解 由系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3-14 看出 , 結(jié)構(gòu)圖 中包 含 5 個(gè)環(huán)節(jié) : G 1、G 2、G 3、G 4、H , 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖 的步 驟如下 :

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)信號(hào) 綜合點(diǎn) A 后 移 , 見(jiàn)圖(a);(2)方框 G 1 與 G 2、G 2 與 H 串聯(lián)等效 , 且信號(hào) 綜合點(diǎn)互換位置 , 見(jiàn)圖(b);(3)方框 G 4 與 G 1 G 2 并 聯(lián)等效 , 為方便 起見(jiàn)記為 W 1 , 則

W 1 = G 1 G 2 + G 4 方框 G 3 與 G 2 H 反饋等效 , 記為 W 2 , 則

(4)方框 W 1 與 W 2 串聯(lián)等效 , 見(jiàn)圖(d);簡(jiǎn)化的結(jié)果 為

第三篇：《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

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《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

一、填空題（每小題分，共分）、線(xiàn)性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

ts。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)之間

（其中一個(gè)零點(diǎn)可以位于無(wú)窮遠(yuǎn)處)，則在這兩個(gè)零點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essr

通?？刹捎脙煞N方式：）增加前向通路的增益；）。、經(jīng)典控制理論的三大問(wèn)題是穩(wěn)定性、和動(dòng)態(tài)性能。、根據(jù)控制信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和隨動(dòng)控制系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足的系統(tǒng)稱(chēng)為線(xiàn)性系統(tǒng)，我們又常稱(chēng)為線(xiàn)性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制稱(chēng)之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線(xiàn)表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系統(tǒng)。、在二階系統(tǒng)中，n

稱(chēng)為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用速度反饋與微分順饋可以改善系統(tǒng)的。、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線(xiàn)越靠近（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)的控制作用能否對(duì)系統(tǒng)的所有狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而能對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制，稱(chēng)為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．

[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線(xiàn)中，阻尼比越小，那么（）。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

．超調(diào)量越大

上升時(shí)間越?。{(diào)量越小

上升時(shí)間越大

．超調(diào)量越小

上升時(shí)間越?。{(diào)量越大

上升時(shí)間越大、對(duì)于開(kāi)環(huán)增益為的Ⅰ型系統(tǒng)，在階躍信號(hào)

()作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。

．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用滯后校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

．

co

c,co

c

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分與微分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

（）

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

n

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越大

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越小

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不變

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點(diǎn)，將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋?zhuān)款}分，共分）

.自動(dòng)控制

.線(xiàn)性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫(xiě)出梅遜公式的表達(dá)式，并說(shuō)明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫(xiě)出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過(guò)虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。、簡(jiǎn)述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、已知系統(tǒng)特征方程為

s4

3s3

6s2

3s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。、已知反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右圖所示。

試

確

定

結(jié)

構(gòu)

參

數(shù)

和

τ，使

M

p

20%,t

p

1s，并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間

ts。

一、填空題（每小題分，共分）、線(xiàn)性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通?？刹捎脙煞N方式：）增加前向通路的增益；）。、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足的系統(tǒng)稱(chēng)為線(xiàn)性系統(tǒng)，我們又常稱(chēng)為線(xiàn)性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱(chēng)之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線(xiàn)表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱(chēng)為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線(xiàn)越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過(guò)輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來(lái)，稱(chēng)為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線(xiàn)中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越小．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開(kāi)

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

．

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋?zhuān)款}分，共分）

.傳遞函數(shù)

.線(xiàn)性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)定性

.閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)

.穩(wěn)定裕量

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的原則。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡(jiǎn)述信號(hào)流圖中前向通路是怎么定義的。、簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的三要素。、簡(jiǎn)述根軌跡的分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)，并寫(xiě)出分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)的計(jì)算方法。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。、簡(jiǎn)述波德圖上的奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為

s6

2s5

8s4

12s3

20s2

16s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定判

據(jù)判斷該系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定請(qǐng)說(shuō)明引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的根的個(gè)數(shù)；如臨界穩(wěn)定，請(qǐng)求取使系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的共軛虛根。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、有擾系統(tǒng)如下圖所示，已知輸入信號(hào)

R（s)

1/

s，擾動(dòng)信號(hào)

N

(s)

1/

s，試求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

N(s)

R(s)

K

K

C(s)

s

一、填空題（每小題分，共分）、線(xiàn)性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足的系統(tǒng)稱(chēng)為線(xiàn)性系統(tǒng)，我們又常稱(chēng)為線(xiàn)性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱(chēng)之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線(xiàn)表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱(chēng)為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線(xiàn)越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過(guò)輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來(lái)，稱(chēng)為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線(xiàn)性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線(xiàn)中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開(kāi)

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

co

c,co

c



．

．



co

c,co

c

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋?zhuān)款}分，共分）

.自動(dòng)控制

.線(xiàn)性定常系統(tǒng)

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫(xiě)出梅遜公式的表達(dá)式，并說(shuō)明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫(xiě)出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過(guò)虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡(jiǎn)述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)如下圖所示，R(s)

K

C(s)

s

(s+1)(s+5)

()

求使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的的取值范圍。

（本小題分）

()

如果要求閉環(huán)特征方程的所有根的實(shí)部都小于－，求的取值范圍。

（本小題分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

K

g、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

Go

(s)，試?yán)L制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/

第四篇：自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

專(zhuān) 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 09自動(dòng)化<1>班 姓 名 學(xué) 號(hào)

完成 時(shí)間

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

摘要: 本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了自動(dòng)控制原理的前前8章，重點(diǎn)介紹了前6章，離散系統(tǒng)的分析與線(xiàn)性系統(tǒng)類(lèi)似。自動(dòng)控制技術(shù)所取得的成就和起到的作用給各行各業(yè)的人們留下了深刻的印象。從最初的機(jī)械轉(zhuǎn)速、位移的控制到工業(yè)過(guò)程中對(duì)溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠(yuǎn)洋巨輪到深水潛艇的控制，而今的數(shù)控機(jī)床，汽車(chē)工業(yè)，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。關(guān)鍵是自動(dòng)控制理論和技術(shù)已經(jīng)介入到了電氣、機(jī)械、航空、化工、核反應(yīng)等諸多的學(xué)科和領(lǐng)域。所以越來(lái)越多的工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者開(kāi)始了解和關(guān)注自動(dòng)控制的知識(shí)。關(guān)鍵字：控制 方法 發(fā)展 正文:

一、自動(dòng)控制理論的分析方法：（1）時(shí)域分析法；（2）頻率法；（3）根軌跡法；（4）狀態(tài)空間方法；（5）離散系統(tǒng)分析方法；（6）非線(xiàn)性分析方法

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(1)解析表達(dá)：微分方程；差分方程；傳遞函數(shù)；脈沖傳遞函數(shù)；頻率特性；脈沖響應(yīng)函數(shù)；階躍響應(yīng)函數(shù)(2)圖形表達(dá)：動(dòng)態(tài)方框圖（結(jié)構(gòu)圖）；信號(hào)流圖；零極點(diǎn)分布；頻率響應(yīng)曲線(xiàn)；單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)系列課程內(nèi)容體系具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、先進(jìn)性、實(shí)用性，對(duì)課程體系進(jìn)行了改革確立了以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為自動(dòng)控制原理課程的主線(xiàn)構(gòu)建了由時(shí)域分析、復(fù)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個(gè)模塊構(gòu)成的知識(shí)體系。

從課程的體系出發(fā)以系統(tǒng)建?！到y(tǒng)分析→綜合設(shè)計(jì)作為課程主線(xiàn)。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量或變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式建立一個(gè)合理的模型是系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的前提。從不同的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模加深對(duì)這方面內(nèi)容的理解。例如可用船舶上的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例通過(guò)建立它的微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖這些不同的數(shù)學(xué)模型來(lái)建立各模型的聯(lián)系。

系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)這部分的內(nèi)容主要包括時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域響應(yīng)法是控制理論的重點(diǎn)。在控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性是對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求也是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)控制系統(tǒng)不同的分析問(wèn)題方法都是緊緊圍繞這三個(gè)方面展開(kāi)的。只要抓住這個(gè)特點(diǎn)就抓住了系統(tǒng)分析的關(guān)鍵有助于加深對(duì)不同方法的理解。例如以我軍某軍艦上的雷達(dá)定位系統(tǒng)為例假設(shè)給定目標(biāo)信號(hào)要求設(shè)計(jì)控制器使系統(tǒng)在給定輸入下跟蹤指定目標(biāo)最小且抗干擾性最好。這些生動(dòng)的工程實(shí)例大大激發(fā)了我的興趣使我感受到了控制理論的魅力深刻理解了

結(jié)合控制理論的發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容近年來(lái)控制理論得到了蓬勃發(fā)展特別在非線(xiàn)性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方向上取得了重要進(jìn)展。例如每章結(jié)束后都開(kāi)設(shè)一個(gè)專(zhuān)題介紹本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)這種方法擴(kuò)大了我們的知識(shí)面培養(yǎng)了我們探索科學(xué)技術(shù)的興趣。結(jié)合船舶電氣的發(fā)展而言近幾年來(lái)隨著電力、電子、控制技術(shù)、通訊及信息技術(shù)等的不斷發(fā)展及其在船舶上的廣泛應(yīng)用船舶電氣自動(dòng)化程度大大地提高。新一代大功率半導(dǎo)體電力電子器件在材料、理論、機(jī)理、制造工藝和應(yīng)用技術(shù)等方面的研究開(kāi)發(fā)取得了突破性的進(jìn)展船舶設(shè)備進(jìn)一步向高可靠、節(jié)能型方向發(fā)展對(duì)船舶電力推進(jìn)和輔機(jī)電力拖動(dòng)技術(shù)帶來(lái)重大變革可編程序控制器和單片機(jī)已逐漸發(fā)展成為船舶控制中的一種普遍控制方式。自動(dòng)控制原理課程雖然是電專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程但是一般學(xué)時(shí)安排也不十分充裕。要想在有限的時(shí)間內(nèi)把這門(mén)理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程學(xué)好必須認(rèn)真的學(xué)習(xí)。例如在課程緒論部分通過(guò)與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的典型示例引出控制、開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制以及反饋等基本概念使我們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性并對(duì)控制理論在專(zhuān)業(yè)發(fā)展的作用有了一定的了解。

二、控制未來(lái)發(fā)展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動(dòng)控制的結(jié)合物,是一類(lèi)無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器,實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。智能控制的注意力并不放在對(duì)數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理上,而放在對(duì)任務(wù)和模型的描述,符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上。智能控制用于生產(chǎn)過(guò)程,讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿專(zhuān)家或熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn),建立起以知識(shí)為基礎(chǔ)的廣義模型,采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示和自學(xué)習(xí)、推理與決策等智能化技術(shù),對(duì)外界環(huán)境和系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行理解、判斷、預(yù)測(cè)和規(guī)劃,使被控對(duì)象按一定要求達(dá)到預(yù)定的目的。智能控制的理論基礎(chǔ)是人工智能,控制論,運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的交叉。2.非線(xiàn)性控制(Nonlinear Control)非線(xiàn)性控制是復(fù)雜控制理論中一個(gè)重要的基本問(wèn)題,也是一個(gè)難點(diǎn)課題,它的發(fā)展幾乎與線(xiàn)性系統(tǒng)平行。非線(xiàn)性系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)學(xué)工具是一個(gè)相當(dāng)困難的問(wèn)題,泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)對(duì)有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用于二階系統(tǒng),適用于含有一個(gè)非線(xiàn)性元件的高階系統(tǒng)的“描述函數(shù)”法也是一種近似方法。由于非線(xiàn)性系統(tǒng)的研究缺乏系統(tǒng)的、一般性的理論及方法,于是綜合方法得到較大的發(fā)展。

3.自適應(yīng)控制(Adaptive Control)自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過(guò)不斷地測(cè)量系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)、輸出或性能參數(shù),逐漸了解和掌握對(duì)象,然后根據(jù)所得的信息按一定的設(shè)計(jì)方法,作出決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以適應(yīng)環(huán)境的變化,達(dá)到所要求的控制性能指標(biāo)。4.魯棒控制(Robust Control)過(guò)程控制中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題就是模型不確定性,魯棒控制主要解決模型的不確定性問(wèn)題,但在處理方法上與自適應(yīng)控制有所不同。自適應(yīng)控制的基本思想是進(jìn)行模型參數(shù)的辯識(shí),進(jìn)而設(shè)計(jì)控制器?？刂破鲄?shù)的調(diào)整依賴(lài)于模型參數(shù)的更新,不能預(yù)先把可能出現(xiàn)的不確定性考慮進(jìn)去。而魯棒控制在設(shè)計(jì)控制器時(shí)盡量利用不確定性信息來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)控制器,使得不確定參數(shù)出現(xiàn)時(shí)仍能滿(mǎn)足性能指標(biāo)要求。

魯棒控制認(rèn)為系統(tǒng)的不確定性可用模型集來(lái)描述,系統(tǒng)的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所設(shè)計(jì)的控制器下,都能使模型集里的元素滿(mǎn)足要求。魯棒控制的一個(gè)主要問(wèn)題就是魯棒穩(wěn)定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊數(shù)學(xué)模擬人的思維方法,將工藝操作人員的經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié),運(yùn)用語(yǔ)言變量和模糊邏輯理論進(jìn)行推理和決策,對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行控制。模糊控制既不是指被控過(guò)程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識(shí)和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國(guó)工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用于鍋爐和蒸氣機(jī)的控制以來(lái),開(kāi)辟了Fuzzy控制的新領(lǐng)域,特別是對(duì)于大時(shí)滯、非線(xiàn)性等難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng),通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模糊控制往往能取得很好的結(jié)果。6.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(Neural Network Control)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由所謂神經(jīng)元的簡(jiǎn)單單元按并行結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)可調(diào)的連接權(quán)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的種類(lèi)很多,控制中常用的有多層前向BP網(wǎng)絡(luò),RBF網(wǎng)絡(luò),Hopfield網(wǎng)絡(luò)以及自適應(yīng)共振理論模型(ART)等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種工具從機(jī)理上對(duì)人腦進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識(shí)方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中可充當(dāng)對(duì)象的模型,還可充當(dāng)控制器

7.實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制(Real Time Expert Control)專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),它應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)人類(lèi)專(zhuān)家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,模擬人類(lèi)專(zhuān)家的決策過(guò)程,以解決那些需要專(zhuān)家決定的復(fù)雜問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序最本質(zhì)的區(qū)別在于:專(zhuān)家系統(tǒng)所要解決的問(wèn)題一般沒(méi)有算法解,并且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎(chǔ)上作出結(jié)論。

實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,融進(jìn)專(zhuān)家系統(tǒng)自適應(yīng)地管理一個(gè)客體或過(guò)程的全面行為,自動(dòng)采集生產(chǎn)過(guò)程變量,解釋控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀況,預(yù)測(cè)過(guò)程的未來(lái)行為,診斷可能發(fā)生的問(wèn)題,不斷修正和執(zhí)行控制計(jì)劃。實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)具有啟發(fā)性、透明性、靈活性等特點(diǎn),目前已經(jīng)在航天試驗(yàn)指揮、工業(yè)爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛應(yīng)用。目前需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題是如何用簡(jiǎn)潔語(yǔ)言來(lái)描述人類(lèi)長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),提高聯(lián)想化記憶和自學(xué)習(xí)能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系統(tǒng)的狀態(tài)變量為定性量時(shí)(其值不是某一精確值而只知其處于某一范圍內(nèi)),應(yīng)用定性推理對(duì)系統(tǒng)施加控制變量使系統(tǒng)在某一期望范圍。定性控制與模糊控制的區(qū)別:模糊控制不需建模,其控制律憑經(jīng)驗(yàn)或算法調(diào)整,而定性控制基于定性模型,控制規(guī)則基于對(duì)系統(tǒng)的定性分析;模糊控制是基于狀態(tài)的精確測(cè)量值,而定性控制基于狀態(tài)的定性測(cè)量值。

定性控制面臨的問(wèn)題:發(fā)展定性數(shù)學(xué)理論,改進(jìn)定性推理方法,注重定性和定量知識(shí)的結(jié)合;研究定性建模方法,定性控制方法;加強(qiáng)定性控制應(yīng)用領(lǐng)域的研究。9.預(yù)測(cè)控制(Predictive Control)預(yù)測(cè)控制是在工業(yè)實(shí)踐過(guò)程中獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的一種新型控制方法,它不僅適用于工業(yè)過(guò)程這種“慢過(guò)程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統(tǒng)這種“快過(guò)程”控制。目前實(shí)用的預(yù)測(cè)控制方法有動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預(yù)測(cè)控制(GPC),模型預(yù)測(cè)啟發(fā)控制(MPHC)以及預(yù)測(cè)函數(shù)控制(PFC)等。這

最近有人提出一種新的基于主導(dǎo)內(nèi)模概念的預(yù)測(cè)控制方法:結(jié)構(gòu)對(duì)外來(lái)激勵(lì)的響應(yīng)主要由其本身的模態(tài)所決定,即結(jié)構(gòu)只對(duì)激勵(lì)信息中與其起主導(dǎo)作用的幾個(gè)主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的響應(yīng)。目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行在線(xiàn)辨識(shí),然后用廣義預(yù)測(cè)控制規(guī)律進(jìn)行控制得到較多重視。

預(yù)測(cè)控制目前存在的問(wèn)題是預(yù)測(cè)精度不高;反饋校正方法單調(diào);滾動(dòng)優(yōu)化策略少;對(duì)任意的一般系統(tǒng),其穩(wěn)定性和魯棒性分析較難進(jìn)行;參數(shù)調(diào)整的總體規(guī)則雖然比較明確,但對(duì)不同類(lèi)型的系統(tǒng)的具體調(diào)整方法仍有待進(jìn)一步總結(jié)。10.分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)分布式控制系統(tǒng)又稱(chēng)集散控制系統(tǒng),是70年代中期發(fā)展起來(lái)的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它融合了控制技術(shù)(Control),計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer),通信技術(shù)(Communication),圖像顯示技術(shù)(CRT)的“4C”技術(shù),形成了以微處理器為核心的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制和管理。

既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理過(guò)于集中帶來(lái)的危險(xiǎn),而且還有大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、處理的功能以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力。

分布式控制系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法靈活,精度高的優(yōu)點(diǎn),又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠,維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是:真正實(shí)現(xiàn)了分散控制;具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性;較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力;友好而豐富的人機(jī)聯(lián)系以及極高的可靠性。

總結(jié)：通過(guò)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)自動(dòng)控制原理這門(mén)課有了深刻的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在能夠簡(jiǎn)單的分析一些問(wèn)題了，過(guò)程實(shí)驗(yàn)給我們很大的提高。雖然現(xiàn)在還不知道未來(lái)要從事什么行業(yè)，但不管怎樣要學(xué)好當(dāng)前的每門(mén)課。基礎(chǔ)一定要打好。

第五篇：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京交通大學(xué)

自動(dòng)控制原理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告

——基于MATLAB軟件的系統(tǒng)建模分析與校正

譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028

摘要

本文利用MATLAB軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。它能夠直觀(guān)、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)通過(guò)快速、直觀(guān)的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MATLAB，自動(dòng)控制，系統(tǒng)仿真

1.主要任務(wù)

單位負(fù)反饋隨動(dòng)系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為

G(s)=4K/s(s+2)

1、畫(huà)出未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

2、畫(huà)出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

3、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)達(dá)到下列指標(biāo)：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。

4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。

5、分別畫(huà)出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計(jì)算校正后系統(tǒng)的穿越頻率ωc、相位裕量γ。

6、分別畫(huà)出系統(tǒng)校正前、后的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進(jìn)行分析。

2.理論分析

（1）確定K值

Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖實(shí)線(xiàn)所示。

由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;

得wc≈6.32；

γ(wc)=180?+?(wc)=90?-72.4?=17.6?

可見(jiàn)相位裕量并不滿(mǎn)足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態(tài)響應(yīng)性能，采用引前矯正。

（3）設(shè)計(jì)串聯(lián)微分校正裝置：

微分校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移為

?max=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根據(jù)系統(tǒng)相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環(huán)節(jié)最大相位移為

?max≥50?-17.6?=32.4?

考慮Wc’≥Wc,原系統(tǒng)相角位移將更負(fù)些，故?max將更大些，取?max=40?，即有

Sin40?=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 設(shè)校正后的系統(tǒng)穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點(diǎn)。即

Wc’=√w1w2=w1√rd 若認(rèn)為Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,則得

A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正裝置的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）驗(yàn)算校正后系統(tǒng)指標(biāo)

Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入數(shù)值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=52.4? 另?(wj)=-180?,可得出系統(tǒng)穿越頻率wj→∞;所以一定滿(mǎn)足

GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真

(1)時(shí)域分析

1.校正前系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)如圖：

-圖1 系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=60.46%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.5s、tr(上升時(shí)間)=1.8s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=3.7s 由圖可知：校正前系統(tǒng)的的調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，超調(diào)量過(guò)大。

3.校正后系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)如圖

圖2系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=15.88%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.3s、tr(上升時(shí)間)=0.2s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=0.6s

系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)與校正前相比有較大改善。該系統(tǒng)依然穩(wěn)定，而且反應(yīng)更加快速，應(yīng)采用。

(2)根軌跡

校正前系統(tǒng)的根軌跡如圖

校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖：

校正前后根軌跡對(duì)比

(3)對(duì)數(shù)頻率特性

校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖實(shí)線(xiàn)所示：

圖1 系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)

相位裕量γ=17.6

穿越頻率=6.32rad/s微分校正環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

相位裕量γ=52.4穿越頻率=9.26rad/s

對(duì)比圖

(4)幅相頻率特性

校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

圖7 系統(tǒng)幅相頻率特性曲線(xiàn)

校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

對(duì)比圖

四、程序附錄（1）時(shí)域分析

clear

t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;

end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

（2）對(duì)數(shù)頻率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)

（3）根軌跡 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)

（4）幅相頻率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)

總結(jié)

本次研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要是建立自動(dòng)控制系統(tǒng)并運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中涉及了關(guān)于自動(dòng)控制方面的很多知識(shí)，也有關(guān)于數(shù)學(xué)建模方面的知識(shí)以及MATLAB軟件的應(yīng)用，此次研究性學(xué)習(xí)建立了衛(wèi)星姿態(tài)的自動(dòng)控制。

在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，也接觸到了很多以前不知道的知識(shí)，特別是之前很少接觸過(guò)MATLAB軟件，這讓本次設(shè)計(jì)一度陷入停滯階段。后來(lái)在圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)上查閱了大量的相關(guān)書(shū)籍，并在同學(xué)的細(xì)心指導(dǎo)下安裝了MATLAB軟件并學(xué)習(xí)其使用方法，從而使問(wèn)題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學(xué)習(xí)。