第一篇：自動控制原理電子教案 李洪波

一、課題：＆1.1自動控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

二、教學(xué)目的

知識：掌握什么是自動控制，自動控制控制原理的發(fā)展史和主要內(nèi)容 技能：通過學(xué)習(xí)自動控制原理的發(fā)展進(jìn)程了解本課程主要的任務(wù)

三、教學(xué)重點(diǎn) 自動控制原理的主要內(nèi)容

四、教學(xué)難點(diǎn) 本課程的任務(wù)

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆1.1自動控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

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

自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、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。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)新的功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。因此自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。

在我國的古代，很多的能工巧匠就發(fā)明了許多原始的自動裝置，以滿足生產(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

指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合齒輪系裝置的車輛。指南車是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個伸臂的木人。《宋史·輿服志》中對指南車的構(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，中國古代的自動計(jì)時(shí)裝置，又稱刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見于《周記》。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個壺，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）飲酒速度的自動調(diào)節(jié)

宋朝仇士良著的《嶺外代答》（公元1178）蹭記載中國南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長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，作為可動的開關(guān)（即浮子式閥門）。這種閥門可用來保持均勻的飲酒速度。

（4）記里鼓車

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

（5）漏水轉(zhuǎn)渾天儀

公元2世紀(jì)，中國東漢的天文學(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的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動仿真。

（6）候風(fēng)地動儀

公元132年東漢張衡發(fā)明的一種觀察地震的自動檢測儀器，它的工作原理涉及到檢測地震信號的大小和方向。

（7）水運(yùn)儀象臺

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

中國古代人民在原始的自動裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上作出了輝煌的成就，也為后來自動化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自動化的發(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)明家頁創(chuàng)造了教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱等自動裝置。17世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動裝置，其中比較典型的有：法國物理學(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水位調(diào)節(jié)器。

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

隨著自動化裝置的廣泛應(yīng)用，就暴露了許許多多的問題，許多人就對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了質(zhì)疑。自動調(diào)節(jié)器和控制對象組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。有許多科學(xué)家對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)從理論上加以研究。公元1868年英國物理學(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調(diào)節(jié)系統(tǒng)的線性其次微分方程的通解。公元1877年英國數(shù)學(xué)家E.勞思、1895年德國數(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)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(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)自動導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的制動調(diào)節(jié)裝置開創(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)來設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代研制出了電動單元組合儀表，這些為工業(yè)自動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)自動控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了，我國也能生產(chǎn)系列化得國產(chǎn)氣動單元組合儀表QDZ型和電動單元組合儀表DDZ型，在國內(nèi)使用很廣。

1943～1946年，美國電氣工程師J.埃克托和物理學(xué)家J.莫奇利為美國陸軍研制成世界上第一臺基于電子管電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——電子數(shù)字積分和自動計(jì)數(shù)器。1950年美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾小組研制成世界上第二臺存儲程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——離散變量電子自動計(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)過程奠定了基礎(chǔ)。我國也在20世紀(jì)50年代中葉開始研制大型電子數(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)入綜合自動化時(shí)期。復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，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)對實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動作用。20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制化的化工廠，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動化想綜合自動化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)專用機(jī)床組成的無人工廠，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。

20世紀(jì)60年代末至70年代初，美、英等國的科學(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，研制出只能機(jī)器人。智能機(jī)器人會在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測等方面大顯身手。

從古到今，自動化技術(shù)有了很大的發(fā)展。自動化是新的技術(shù)革命的一個重要方面。自動化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對人類的生產(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

《自動控制原理》是自動化、電氣工程與自動化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程需要一定的工程背景，利用數(shù)學(xué)知識較多。它主要研究自動控制系統(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)。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握自動控制系統(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，為專業(yè)課和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

十一、小結(jié)1.什么是自動控制。

2.自動控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容 3自動控制原理課程的特點(diǎn)和要求

十二、后記

一、課題＆1.2自動控制的基本原理和方式

二、教學(xué)目的

知識：1.自動控制的技術(shù)及其應(yīng)用

2．掌握開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)

三、教學(xué)重點(diǎn) 自控技術(shù)的應(yīng)用

四、教學(xué)難點(diǎn) 自控技術(shù)的基本控制方式和結(jié)構(gòu)

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆1.2自動控制的基本原理和方式

1、自動控制技術(shù)及應(yīng)用（1）什么是自動控制

無人直接參與 利用外加設(shè)備或裝置（控制器）使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行

（2）自動控制技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、核動力 生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會生活領(lǐng)域

2、自動控制理論

自動控制理論是研究自動控制共同規(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)控制問題

（3）智能控制理論（發(fā)展方向）

論、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）自動控制系統(tǒng)

被控對象、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)稱為反饋控制系統(tǒng)

（2）反饋控制原理

控制器對被控對象施加的控制作用取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而對被控對象進(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，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差的過程，稱為反饋。

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：

測量元件、比較元件、執(zhí)行元件

統(tǒng)稱為控制裝置

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：破壞有用輸入對系統(tǒng)的控制。如：電源電壓的波動、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應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（參據(jù)量）如書的位置

（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，對干擾進(jìn)行補(bǔ)償）

十一、小結(jié)1.自控系統(tǒng)的基本原理是什么

2.自控系統(tǒng)控制的基本控制方式及機(jī)構(gòu)有哪些

十二、后記

一、課題：＆1.3控制系統(tǒng)的分類

＆1.4 對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求

二、教學(xué)目的

知識：1.掌握控制系統(tǒng)的簡單分類

2.自動控制系統(tǒng)性能的基本要求有哪些

三、教學(xué)重點(diǎn) 控制系統(tǒng)的簡單分類

四、教學(xué)難點(diǎn) 自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解 ＆1.3控制系統(tǒng)的分類

＆1.4 對自動控制系統(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)對恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動后，經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。(2)對隨動系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。

穩(wěn)定性是對系統(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

動態(tài)性能 調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間

對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動迅速，而炮身行動遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。3 準(zhǔn)確性 穩(wěn)態(tài)誤差 有差系統(tǒng)

無差系統(tǒng)

在參考輸入信號作用下，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。

十一、小結(jié)1.簡單了解自動系統(tǒng)的簡單分類

2.掌握自動控制系統(tǒng)性能的控制要求和各項(xiàng)指標(biāo)

十二、后記

一、課題＆1.5MATLAB軟件及其應(yīng)用簡介

二、教學(xué)目的

知識：1.簡單了解MATLAB軟件的功能 2.掌握MATLAB軟件的簡單使用

3.了解MATLAB軟件在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

三、教學(xué)重點(diǎn) 掌握MATLAB軟件的使用

四、教學(xué)難點(diǎn) MATLAB軟件在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆1.5MATLAB軟件及其應(yīng)用簡介

1.MATLAB軟件介紹

2.MATLAB軟件的功能特點(diǎn)

3.MATLAB軟件的指令窗

十一、小結(jié) 認(rèn)識MATLAB軟件及軟件的應(yīng)用

十二、后記

一、課題＆2.1 預(yù)備知識：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

＆2.2 項(xiàng)目一：建立控制系統(tǒng)的微分方程

二、教學(xué)目的

知識：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

三、教學(xué)重點(diǎn) 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念

四、教學(xué)難點(diǎn) 建立控制系統(tǒng)的微分方程

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆2.1 預(yù)備知識：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

1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 ,稱為靜態(tài)模型;在動態(tài)過程中, 各變量之間的關(guān)系用微分方程描述 , 稱為動態(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)動過中 , 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)的動態(tài)特 性。本章主要研究控 制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型, 簡稱數(shù)學(xué)模型。

2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)法是通過對實(shí)際控制系統(tǒng)或元器件作用一定形式的輸入信號,用求取控制系統(tǒng)或元器件的輸出響應(yīng)的方法來建立數(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)。

3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的種類

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

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 1 線性控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是用微分方程式來描述的, 用解析法列寫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)從輸入端開始,按照信號的傳遞順序,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)放在等號右側(cè) , 將與輸出變量有關(guān)的各項(xiàng) 放在等號左側(cè), 并按降冪順序排列。

一般情況下, 設(shè)描述線性控制系統(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 稱為 n 階微分方程式。

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

解 根據(jù)基爾霍夫定律可寫出

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無源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為一個一階 常系數(shù)微分方程 , 令RC = T , 則式可寫成

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

十一、小結(jié) 1.主要講授了控制系統(tǒng)模型的概念作用、方法和種類 2.學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的微分線性方程如何建立

十二、后記

一、課題 ＆2.3項(xiàng)目二：求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

二、教學(xué)目的

知識：1.學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)的意義和典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 2.掌握如何求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

三、教學(xué)重點(diǎn) 傳遞函數(shù)的意義

四、教學(xué)難點(diǎn) 如何求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆2.3項(xiàng)目二：求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

線性系統(tǒng) ———— 滿足疊加原理

非線性系統(tǒng)

設(shè)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)

例：樞控直流電動機(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：信號線(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 例：求傳遞函數(shù)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

十一、小結(jié)1.學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)的意義和典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 2.學(xué)會如何求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

十二、后記

一、課題 ＆2.4項(xiàng)目三：建立控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

二、教學(xué)目的

知識：掌握如何建立控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

三、教學(xué)重點(diǎn) 建立控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

四、教學(xué)難點(diǎn) 如何建立動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆2.4項(xiàng)目三：建立控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

1.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), 按照信號傳遞方向把各傳遞函數(shù)方框依次連接起來組成的一種圖形。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖不僅能夠清楚地反映系統(tǒng)的組成及信號的傳遞過程, 而且能夠表示出系統(tǒng)信號 傳遞過程中的數(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)信號線 : 帶有箭頭的直線 , 見圖(a)。箭頭表示信號的傳遞方向, 直線上標(biāo)記信號 的時(shí)間 函數(shù)或像函數(shù) , 如 r(t)或 R(s)。

(2)引出點(diǎn):又稱測量點(diǎn),表示信號引出或測量的位置,見圖(b)。從同一位置引出的信號,在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。

(3)比較點(diǎn):又稱綜合點(diǎn),對兩個以上的信號進(jìn)行加減運(yùn)算,見圖(c)。“ + ” 號表示相加, “” 號 表示 負(fù) 反饋 , 這是一個負(fù) 反饋的閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)。由結(jié)構(gòu)圖(a)可 以寫出

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：

式 11)表示 的是兩個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

（11）

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

十一、小結(jié)1.動態(tài)結(jié)構(gòu)圖有哪些等效方法 2.如何對動態(tài)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行等效

十二、后記

三、課題＆2.5項(xiàng)目四：由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（2）

四、教學(xué)目的

知識：掌握用動態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的函數(shù)

三、教學(xué)重點(diǎn) 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取傳遞函數(shù)

四、教學(xué)難點(diǎn) 如何用動態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取傳遞函數(shù)

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解 ＆2.5項(xiàng)目四：由動態(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 簡化過 程中 , 為了便 于進(jìn)行方框的運(yùn)算 , 往往需要移動綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的置 , 或者移動 比較符 號“” 不能過 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)。

(1)信號 綜合點(diǎn)的 移動。信號 綜合點(diǎn)的移動原 則是 : 保 證原 信號 不變 , 在 信號 綜 合點(diǎn)移后 保 證 信 號 相 加的 代 數(shù) 和 不 變。綜 合點(diǎn) 的 移 動 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 分離點(diǎn)的 移動。信號 分離點(diǎn)的移動原 則是 : 保 證原 各點(diǎn)信號 不 變 , 在 信 號 分 離點(diǎn)移動后 保 證該分支信號 不變。分離點(diǎn)的移動等效變換如圖所示。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 綜合點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 根據(jù)加法交換律 , 兩個 或兩個以上相 鄰的信號 綜合點(diǎn)位置 可 以互換 , 互換前 后 的結(jié)果 不變。

(4)信號 分離點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 兩個或兩個以上相 鄰的信號 分離點(diǎn)位 置互換 , 完 全不會改變信號 的性質(zhì)。

必須指出 , 在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 相鄰的信號 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 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 個環(huán)節(jié) : G 1、G 2、G 3、G 4、H , 簡化結(jié)構(gòu)圖 的步 驟如下 :

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)信號 綜合點(diǎn) A 后 移 , 見圖(a);(2)方框 G 1 與 G 2、G 2 與 H 串聯(lián)等效 , 且信號 綜合點(diǎn)互換位置 , 見圖(b);(3)方框 G 4 與 G 1 G 2 并 聯(lián)等效 , 為方便 起見記為 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 , 見圖(d);簡化的結(jié)果 為

這樣 , 利用結(jié)構(gòu)圖 等效變換簡化了結(jié)構(gòu)圖 , 求出 了系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

十一、小結(jié) 學(xué)習(xí)如何利用動態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

十二、后記

一、課題：＆3.1預(yù)備知識：典型輸入信號和時(shí)域性能指標(biāo)

二、教學(xué)目的

知識：1.掌握有哪些典型輸入信號 2.理解時(shí)域性能的指標(biāo)

三、教學(xué)重點(diǎn) 典型的輸入信號

四、教學(xué)難點(diǎn) 時(shí)域性能的指標(biāo)理解

五、教學(xué)方法： 講授法

六、教具 教案、粉筆等

七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘

八、作業(yè)布置

九、審批

十、教學(xué)內(nèi)容

1、組織教學(xué)

2、導(dǎo)入新課

3、疑點(diǎn)講解

＆3.1預(yù)備知識：典型輸入信號和時(shí)域性能指標(biāo)

一、典型輸入信號 1.階躍信號

2.單位脈沖信號

3.斜坡信號

4.拋物線信號

二．時(shí)域性能指標(biāo)

描述系 統(tǒng)動態(tài)性能的指標(biāo)定義如下 :(1)上升 時(shí)間 t r。上升 時(shí)間 是對 系 統(tǒng)響 應(yīng) 速 度的 一種度量。系 統(tǒng)的阻尼 系 數(shù)不同 , 定義的上升 時(shí)間 范圍 也不同。欠阻尼 系 統(tǒng)的 上 升 時(shí) 間 定 義為 : 響 應(yīng) 從 其 穩(wěn)態(tài) 值 c(∞)的 10% 上升 到 90% 所需的時(shí)間 , 記 為 t r , 如圖所示。顯然 , 上升 時(shí)間 越 小 , 響應(yīng) 速 度越 快。對于存 在 振蕩的 系 統(tǒng) , 可 以取響 應(yīng) 從 零開 始 第 一 次

上升 到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間 為上升 時(shí)間。

(2)峰值時(shí)間 t p。階躍響應(yīng) 由零值開 始 上升 到第 一 個峰 值所 需的時(shí) 間 , 稱 為峰值 時(shí)間 , 記為 t p , 如圖所示 , 則 c max = c(t p)。

(3)調(diào)整 時(shí)間 t s。調(diào)整 時(shí)間 是指響應(yīng) c(t)與 c(∞)穩(wěn)態(tài)值之間 的誤差達(dá)到規(guī)定的允 許值 Δ , 且以后 不再超過 該值所需的最 小時(shí)間 , 記為 t s , 如圖所示。通常 Δ 取為穩(wěn)態(tài)值的 2% 或 5%。

(4)超調(diào)量 σ %。在 系 統(tǒng)響應(yīng) 的動態(tài)過 程中 , 輸出 量 的 最 大 值 c max = c(t p)。假如 c(t p)大 于穩(wěn)態(tài)值 c(∞), 超調(diào)量 定義為

超調(diào)量 也稱為最 大 超調(diào)量。假如最 大 值 c(t p)小于穩(wěn)態(tài)值 c(∞), 則無超調(diào)量。

上述 4 個動態(tài)性能指標(biāo)基本上可 以體現(xiàn)系 統(tǒng)動 態(tài)過 程的特 征。上升 時(shí)間 和峰值 時(shí)間 均表征系 統(tǒng)響應(yīng) 初始階段的快慢;調(diào)整 時(shí)間 表示 系 統(tǒng)動態(tài)過 程的持續(xù)時(shí)間 , 總體上反映系 統(tǒng)的快速 性;超調(diào)量 反映系 統(tǒng)響應(yīng) 過 程的平穩(wěn)性。在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 , 常 用 的動態(tài) 性能 指標(biāo)多 為上 升時(shí)間、調(diào)整 時(shí)間 和超調(diào)量。

十一、小結(jié)1.控制系統(tǒng)的時(shí)域有哪些典型輸入信號各自的特點(diǎn) 2.控制系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的理解

十二、后記

第二篇：自動控制原理電子教案

第1章 自動控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

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

技能：通過學(xué)習(xí)自動控制原理的發(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》 緒方勝彥著,科學(xué)出版社

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié) 自動控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容

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

自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、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。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)新的功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。因此自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。

在我國的古代，很多的能工巧匠就發(fā)明了許多原始的自動裝置，以滿足生產(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

指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動離合齒輪系裝置的車輛。指南車是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個伸臂的木人?！端问贰ぽ浄尽分袑χ改宪嚨臉?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，中國古代的自動計(jì)時(shí)裝置，又稱刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見于《周記》。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個壺，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）飲酒速度的自動調(diào)節(jié) 宋朝仇士良著的《嶺外代答》（公元1178）蹭記載中國南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長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，作為可動的開關(guān)（即浮子式閥門）。這種閥門可用來保持均勻的飲酒速度。

（4）記里鼓車

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

（5）漏水轉(zhuǎn)渾天儀 公元2世紀(jì)，中國東漢的天文學(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的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動仿真。

（6）候風(fēng)地動儀

公元132年東漢張衡發(fā)明的一種觀察地震的自動檢測儀器，它的工作原理涉及到檢測地震信號的大小和方向。

（7）水運(yùn)儀象臺

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

中國古代人民在原始的自動裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上作出了輝煌的成就，也為后來自動化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自動化的發(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)明家頁創(chuàng)造了教堂廟門自動開啟、銅祭司自動灑圣水、投幣式圣水箱等自動裝置。17世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動裝置，其中比較典型的有：法國物理學(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水位調(diào)節(jié)器。

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

隨著自動化裝置的廣泛應(yīng)用，就暴露了許許多多的問題，許多人就對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了質(zhì)疑。自動調(diào)節(jié)器和控制對象組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。有許多科學(xué)家對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)從理論上加以研究。公元1868年英國物理學(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調(diào)節(jié)系統(tǒng)的線性其次微分方程的通解。公元1877年英國數(shù)學(xué)家E.勞思、1895年德國數(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)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(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)自動導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的制動調(diào)節(jié)裝置開創(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)來設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代研制出了電動單元組合儀表，這些為工業(yè)自動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)自動控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了，我國也能生產(chǎn)系列化得國產(chǎn)氣動單元組合儀表QDZ型和電動單元組合儀表DDZ型，在國內(nèi)使用很廣。

1943～1946年，美國電氣工程師J.埃克托和物理學(xué)家J.莫奇利為美國陸軍研制成世界上第一臺基于電子管電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——電子數(shù)字積分和自動計(jì)數(shù)器。1950年美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾小組研制成世界上第二臺存儲程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)——離散變量電子自動計(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)過程奠定了基礎(chǔ)。我國也在20世紀(jì)50年代中葉開始研制大型電子數(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)入綜合自動化時(shí)期。復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，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)對實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動作用。

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

20世紀(jì)60年代末至70年代初，美、英等國的科學(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，研制出只能機(jī)器人。智能機(jī)器人會在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測等方面大顯身手。

從古到今，自動化技術(shù)有了很大的發(fā)展。自動化是新的技術(shù)革命的一個重要方面。自動化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對人類的生產(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

《自動控制原理》是自動化、電氣工程與自動化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程需要一定的工程背景，利用數(shù)學(xué)知識較多。它主要研究自動控制系統(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)。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握自動控制系統(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) 自動控制的基本原理和方式 一 自動控制技術(shù)及應(yīng)用

（1）什么是自動控制

無人直接參與

利用外加設(shè)備或裝置（控制器）

使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行

（2）自動控制技術(shù)的應(yīng)用

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、核動力

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

2、自動控制理論

自動控制理論是研究自動控制共同規(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）自動控制系統(tǒng)

被控對象、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)稱為反饋控制系統(tǒng)

（2）反饋控制原理

控制器對被控對象施加的控制作用取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而對被控對象進(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，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差的過程，稱為反饋。

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：

測量元件、比較元件、執(zhí)行元件

統(tǒng)稱為控制裝置

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：破壞有用輸入對系統(tǒng)的控制。如：電源電壓的波動、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應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（參據(jù)量）如書的位置

（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，對干擾進(jìn)行補(bǔ)償）

第三節(jié) 控制系統(tǒng)的分類以及對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求

一、控制系統(tǒng)的分類

＆1.4 對自動控制系統(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)對恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動后，經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。

(2)對隨動系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。

穩(wěn)定性是對系統(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

動態(tài)性能 調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間

對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動迅速，而炮身行動遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。準(zhǔn)確性

穩(wěn)態(tài)誤差 有差系統(tǒng) 無差系統(tǒng)

在參考輸入信號作用下，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：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 ,稱為靜態(tài)模型;在動態(tài)過程中, 各變量之間的關(guān)系用微分方程描述 , 稱為動態(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)動過中 , 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)的動態(tài)特 性。本章主要研究控 制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型, 簡稱數(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)法是通過對實(shí)際控制系統(tǒng)或元器件作用一定形式的輸入信號,用求取控制系統(tǒng)或元器件的輸出響應(yīng)的方法來建立數(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

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 線性控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是用微分方程式來描述的, 用解析法列寫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)從輸入端開始,按照信號的傳遞順序,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)放在等號右側(cè) , 將與輸出變量有關(guān)的各項(xiàng)

放在等號左側(cè), 并按降冪順序排列。

一般情況下, 設(shè)描述線性控制系統(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 稱為 n 階微分方程式。

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

解 根據(jù)基爾霍夫定律可寫出

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無源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為一個一階 常系數(shù)微分方程 ，令RC = T , 則式可寫成

式中, T稱為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)

線性系統(tǒng) ———— 滿足疊加原理

非線性系統(tǒng)

設(shè)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)

例：樞控直流電動機(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：信號線(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 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), 按照信號傳遞方向把各傳遞函數(shù)方框依次連接起來組成的一種圖形?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖不僅能夠清楚地反映系統(tǒng)的組成及信號的傳遞過程, 而且能夠表示出系統(tǒng)信號 傳遞過程中的數(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)信號線 : 帶有箭頭的直線 , 見圖(a)。箭頭表示信號的傳遞方向, 直線上標(biāo)記信號 的時(shí)間 函數(shù)或像函數(shù) , 如 r(t)或 R(s)。

(2)引出點(diǎn):又稱測量點(diǎn),表示信號引出或測量的位置,見圖(b)。從同一位置引出的信號,在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。

(3)比較點(diǎn):又稱綜合點(diǎn),對兩個以上的信號進(jìn)行加減運(yùn)算,見圖(c)?！?+ ” 號表示相加, “” 號 表示 負(fù) 反饋 , 這是一個負(fù) 反饋的閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)。由結(jié)構(gòu)圖(a)可 以寫出

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 簡化過 程中 , 為了便 于進(jìn)行方框的運(yùn)算 , 往往需要移動綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的置 , 或者移動 比較符 號“” 不能過 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)。

(1)信號 綜合點(diǎn)的 移動。信號 綜合點(diǎn)的移動原 則是 : 保 證原 信號 不變 , 在 信號 綜 合點(diǎn)移后 保 證 信 號 相 加的 代 數(shù) 和 不 變。綜 合點(diǎn) 的 移 動 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 分離點(diǎn)的 移動。信號 分離點(diǎn)的移動原 則是 : 保 證原 各點(diǎn)信號 不 變 , 在 信 號 分 離點(diǎn)移動后 保 證該分支信號 不變。分離點(diǎn)的移動等效變換如圖所示。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 綜合點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 根據(jù)加法交換律 , 兩個 或兩個以上相 鄰的信號 綜合點(diǎn)位置 可 以互換 , 互換前 后 的結(jié)果 不變。

(4)信號 分離點(diǎn)的互換。在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 兩個或兩個以上相 鄰的信號 分離點(diǎn)位 置互換 , 完 全不會改變信號 的性質(zhì)。

必須指出 , 在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 相鄰的信號 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 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 個環(huán)節(jié) : G 1、G 2、G 3、G 4、H , 簡化結(jié)構(gòu)圖 的步 驟如下 :

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)信號 綜合點(diǎn) A 后 移 , 見圖(a);(2)方框 G 1 與 G 2、G 2 與 H 串聯(lián)等效 , 且信號 綜合點(diǎn)互換位置 , 見圖(b);(3)方框 G 4 與 G 1 G 2 并 聯(lián)等效 , 為方便 起見記為 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 , 見圖(d);簡化的結(jié)果 為

第三篇：自動控制原理教案

自動控制原理教案

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)識本學(xué)科在國民經(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)會利用所學(xué)控制原理分析控制系統(tǒng)。3）使學(xué)生學(xué)會控制系統(tǒng)的基本分類方法，4）掌握對控制系統(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)的的基本分類方法及對控制系統(tǒng)的基本要求。3．本章的教學(xué)安排

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

演示《自動控制技術(shù)與人類進(jìn)步》及《自動化的應(yīng)用舉例》幻燈片，加深同學(xué)對本課程研究對象和內(nèi)容的了解，加深對反饋控制原理及系統(tǒng)參數(shù)對系統(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)展的三個主要階段，重點(diǎn)說明經(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)、動態(tài)測試、機(jī)械動力系統(tǒng)性能分析、液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性分析、生產(chǎn)過程控制等方面的應(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)，先說明本門課的特點(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)本門課程應(yīng)以新的視角分析和考慮問題，以系統(tǒng)的而不是孤立的、動態(tài)的而不是靜態(tài)的觀點(diǎn)和方法來思考和解決問題；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題打下基礎(chǔ)。

3．注意事項(xiàng)： 介紹本門課的參考書及課程總體安排。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，查閱與本門課有關(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控制的例子，說明一切控制系統(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)語如輸入量、輸出量、反饋量、擾動量等，在同學(xué)具備上述知識基礎(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，本講介紹開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)，首先說明這是控制系統(tǒng)按照有無反饋結(jié)構(gòu)分類的一種分類方法，然后分別給出概念，通過數(shù)控線切割機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)的例子說明各自優(yōu)缺點(diǎn)，并說明在實(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，通過例子說明各種不同閉環(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、被控對象、反饋元件等，說明當(dāng)通過調(diào)整參數(shù)不能滿足系統(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門介紹。

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)按照有無反饋結(jié)構(gòu)分類、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成都是圍繞這一主題展開的。注意啟發(fā)同學(xué)，尋找身邊的開環(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)的基本類型

1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹控制系統(tǒng)的基本類型和控制系統(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)動規(guī)律分類情況。

其次，本節(jié)介紹控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)分類情況，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)說明對于同一個控制系統(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，正是本書所要討論的主要內(nèi)容。

3．注意事項(xiàng)：本講應(yīng)說明控制系統(tǒng)的分類方法有許多種，上一講控制系統(tǒng)按照有無反饋結(jié)構(gòu)分類就是一種分類方法。在講解控制系統(tǒng)按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律分類時(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： 請同學(xué)思考（可去圖書館查閱資料），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個學(xué)時(shí)，安排了5個教案。

[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；主要介紹控制系統(tǒng)最基本的數(shù)學(xué)模型——微分方程，通過舉例說明列寫物理系統(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，說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)為例介紹列寫物理系統(tǒng)微分方程的方法和步驟，通過例題的詳細(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)過程中，要綜合應(yīng)用所學(xué)過的物理、力學(xué)、機(jī)械等學(xué)科的知識。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)說明列寫物理系統(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；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，強(qiáng)調(diào)本課程只要求記住結(jié)論，推導(dǎo)過程自己看參考書。

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

3．教學(xué)手段：

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

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)說明應(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，但要求會應(yīng)用公式。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后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，繪制動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，說明輸入量、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；另一方面要畫圖重點(diǎn)說明一定的傳遞函數(shù)與其零、極點(diǎn)分布圖相對應(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，通過實(shí)例分別介紹各個典型環(huán)節(jié)，其中應(yīng)重點(diǎn)介紹慣性環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)，說明這兩個環(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，說明比較點(diǎn)、引出點(diǎn)的特點(diǎn)，重點(diǎn)說明比較點(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)等效移動時(shí)，畫圖進(jìn)行講解、推導(dǎo)，說明等效的含義，注意強(qiáng)調(diào)，兩個相鄰的比較點(diǎn)可互換位置，兩個相鄰的引出點(diǎn)也可互換位置，一個比較點(diǎn)和一個引出點(diǎn)即使相鄰也不能簡單地互換位置。最后，舉1-2個例子說明函數(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)，通過實(shí)際的物理系統(tǒng)的例子說明繪制方框圖的方法，重點(diǎn)說明如何由單個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，直接繪制出單個環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)框圖，然后根據(jù)信號傳遞方向，連線繪制出整個閉環(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)展開多講幾種解決問題的方法，使同學(xué)能靈活運(yùn)用所學(xué)方法，解決各種等效變換問題。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后P48，2-6，2-7

[教案2-5] 1．主要內(nèi)容：

本講主要介紹信號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流圖和梅遜公式時(shí)，首先說明信號流圖的概念，然后，講清公式的應(yīng)用注意事項(xiàng)，通過1-2個例子說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)問題。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后P48，2-9 7．思考題：

書后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,有些需要進(jìn)一步回顧,有些需要加深理解，特別是對時(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)的形式無關(guān)。

2）一般控制系統(tǒng)由若干個典型環(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有四種，即信號線、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，動畫演示。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)、動態(tài)結(jié)構(gòu)科和信號流圖。微分方程是描述自動控制系統(tǒng)動態(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。動態(tài)結(jié)構(gòu)圖是傳遞函數(shù)的一種圖解形式，它能直觀、形象地表示出系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中信號的傳遞與變換關(guān)系，有助于對系統(tǒng)的分析研究。對于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，應(yīng)用信號流圖更為簡便，用梅遜公式可直接求出系統(tǒng)中任意兩個變量之間的關(guān)系。

3．一個復(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)特性骨助于對復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計(jì)。

4．對于同一個系統(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)過拉氏變換得到的變換方程，可能很容易畫出動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。通過動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換可求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。對于同一個系統(tǒng)，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖不是唯一的，但由不同的動態(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)輸出量對輸入量的傳遞函數(shù)，但嚴(yán)格說來，系統(tǒng)傳遞函數(shù)是個總稱，它包括幾種典型傳遞函數(shù)：開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、在給定和擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)及由給定的擾動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個學(xué)時(shí)，安排了5個教案。

引入MATLAB基礎(chǔ)，學(xué)生通過親自動手實(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

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)，通過二階系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應(yīng)過程曲線來介紹瞬態(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，包括脈沖信號、階躍信號、斜坡信號和拋物線信號，說明信號的特點(diǎn)、在實(shí)際中選用典型輸入信號的方法。

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)特征方程無正實(shí)根的結(jié)論。

在授課過程中，通過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)：

在授課過程中，通過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)及輸入信號的關(guān)系。引出一、二階系統(tǒng)的討論。

在講解過程中，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。

在講解過程中，通過講解例題使學(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、單位斜坡信號和單位脈沖信號作用下系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特點(diǎn)，并對各自響應(yīng)過程的性能指標(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)評價(jià)二階系統(tǒng)的性能，最常用的輸入信號就是單位階躍信號。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)過程，分為臨界阻尼（ζ=1）、過阻尼（ζ>1）、欠阻尼（0<ζ<1）及無阻尼情況，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，對公式做簡單推導(dǎo)，并通過例題講解性能指標(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，簡單說明應(yīng)用Matlab繪制控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)圖形的方法，主要是說明利用計(jì)算機(jī)可對各種系統(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。

[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)：

本講首先針對二階系統(tǒng)給出改善動態(tài)性能的方法，比例微分控制、測速反饋控制的構(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，觀看當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線的變化情況，增強(qiáng)同學(xué)的感性認(rèn)識。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后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，觀查當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線的變化情況。

第四章 根軌跡分析

1, 本章的教學(xué)要求

1)掌握開環(huán)根軌跡增益Kg（或開環(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）附加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響 3．本章的教學(xué)安排

本章講授6個學(xué)時(shí)，安排了3個教案，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，了解開環(huán)根軌跡增益Kg（或開環(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。在授課過程中，通過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。

在授課過程中，通過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）附加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響 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）掌握對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)（Bode判據(jù)）應(yīng)用；

7）掌握相對穩(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個學(xué)時(shí)，安排了8個教案，實(shí)驗(yàn)2個學(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，用圖說明線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)曲線的特點(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)來求取、通過實(shí)驗(yàn)測得。在此主要說明和推導(dǎo)根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來求取的方法, 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、對數(shù)頻率特性圖、對數(shù)幅相頻率特性圖、實(shí)頻特性圖和虛頻特性圖，分別簡單介紹各自特點(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，但此概念在本門課中又非常重要，可以聯(lián)系實(shí)際舉幾個簡單例子說明此概念。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后P158，習(xí)題5-2。7．思考題：

書后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)的開環(huán)頻率特性的奈奎斯特圖

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

本講首先通過繪圖介紹Nyquist圖的形成過程及繪制方法，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，一個圖上就表示了整個頻率域的頻率特性，同時(shí)給出了幅頻、相頻、實(shí)頻、虛頻特性信息，這對于了解系統(tǒng)的動態(tài)特性比較直觀。

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)的曲線特征與參數(shù)的關(guān)系。

在講解系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性的奈奎斯特圖時(shí)，重點(diǎn)介紹開環(huán)奈奎斯特圖的形狀特點(diǎn)，講授概略繪制開環(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)，簡單說明應(yīng)用Matlab繪制控制系統(tǒng)圖形的方法，主要是說明利用計(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，僅僅可以獲得簡單、粗略的圖形。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后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)的開環(huán)波德圖

（1）系統(tǒng)的開環(huán)波德圖的繪制（2）系統(tǒng)的開環(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，由對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線共同構(gòu)成，其坐標(biāo)采用對數(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)的曲線特征。

在講解系統(tǒng)的開環(huán)波德圖時(shí)，重點(diǎn)介紹開環(huán)波德圖的繪制方法、步驟，強(qiáng)調(diào)對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線的對應(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，提高對系統(tǒng)特性進(jìn)行分析的能力。簡單說明應(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)是對系統(tǒng)在頻率域的穩(wěn)定性分析，該判據(jù)是用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的Nyquist圖來判別閉環(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。

在授課過程中，通過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)。對于其原理，只要求了解奈奎斯特判據(jù)N=Z-P的來源即可，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)：

書后P159，習(xí)題5-7 7．思考題：

[教案5-5] 1．主要內(nèi)容：

對數(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)對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)是由系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性來判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過介紹Nyquist圖與Bode圖的對應(yīng)關(guān)系，引出對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)（Bode判據(jù)）。

本講重點(diǎn)介紹對數(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。

在授課過程中，通過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)。對于其原理，只要求了解Nyquist圖與Bode圖的對應(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)：

書后P159，習(xí)題5-8 7．思考題：

[教案5-6] 1．主要內(nèi)容：

相對穩(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)相對穩(wěn)定性的基本概念，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性裕量是衡量一個閉環(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。

在授課過程中，通過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)：

書后P160，習(xí)題5-10 7．思考題：

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

1）簡介閉環(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)，簡單介紹開環(huán)頻率特性與閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性的關(guān)系，對照圖形簡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)對照圖形簡介本講內(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)對照圖形簡介本講內(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； 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個學(xué)時(shí)，安排了3個教案。實(shí)驗(yàn)2個學(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 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時(shí)，說明依考慮問題的角度不同，有多種分類結(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)校正作用的裝置來分，可分為電氣的、機(jī)械的、液壓的．氣動的等，對電氣校正環(huán)節(jié)來說又可分為有源校正與無源校正等。

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)中無源校正裝置，重點(diǎn)說明相位超前校正環(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)：

書后P201,習(xí)題6-2。7．思考題：

書后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。

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

本講首先簡要介紹串聯(lián)校正概念。在講授串聯(lián)校正時(shí)，通過系統(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，以板書為主。4．注意事項(xiàng)：

在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)說明串聯(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)：

通過串聯(lián)相位超前校正舉例、串聯(lián)相位滯后校正舉例，說明串聯(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)：

書后P202，習(xí)題6-4。

第七章 非線性系統(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)熟練掌握線性二階系統(tǒng)的典型相平面圖及其特征;3)會畫出非線性系統(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性系統(tǒng)的動態(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，基于諧波線性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過描述函數(shù)將非線性環(huán)節(jié)線性化，然后應(yīng)用線性系統(tǒng)的頻率法對系統(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性系統(tǒng)的一般步驟。3．本章的教學(xué)安排

本章講授8個學(xué)時(shí)，安排了3個教案、習(xí)題課。

[教案7-1] 1．主要內(nèi)容：

典型非線性特性；

非線性系統(tǒng)與線性系統(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性。講明有些系統(tǒng)可通過在工作點(diǎn)附近線性化來處理，但當(dāng)系統(tǒng)包含有本質(zhì)非線性特性時(shí)，就不能用線性化的方法處理。

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

再介紹分析非線性系統(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)，注意講清楚非線性系統(tǒng)與線性系統(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性系統(tǒng)的一般步驟。

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

其次介紹非線性系統(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，基于諧波線性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過描述函數(shù)將非線性環(huán)節(jié)線性化，然后應(yīng)用線性系統(tǒng)的頻率法對系統(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。

其次介紹非線性系統(tǒng)典型非線性環(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)生掌握采樣過程與采樣定理;2）使學(xué)生掌握Z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)是采樣過程與采樣定理，Z傳遞函數(shù)（脈沖傳遞函數(shù)）定義，開環(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個學(xué)時(shí)，安排了5個教案。

[教案8-1] 1．主要內(nèi)容：

1）采樣控制系統(tǒng)知識要點(diǎn) 2）離散信號 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)。給出離散信號定義，用圖說明一般采樣控制系統(tǒng)（也稱脈沖控制系統(tǒng)）、數(shù)字控制系統(tǒng)（也稱計(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，有些地方需要簡介。5．課時(shí)安排： 1學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后p279 8-1

[教案8-2] 1．主要內(nèi)容：

1）采樣過程與采樣定理 2）保持器

2．講授方法及講授重點(diǎn)：

在介紹采樣過程與采樣定理時(shí)，首先給出采樣過程、采樣開關(guān)的定義，利用圖解釋采樣過程，由此推出離散模擬信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式。然后，分析采樣信號的頻譜，說明連續(xù)信號x(t)的頻譜|X(jω)|是單一的連續(xù)頻譜，而離散信號x*(t)的頻譜則是以采樣角頻率ωs為周期的無窮多個頻譜之和，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)信號控制被控對象進(jìn)行工作，因此需要信號保持，把離散脈沖序列較準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)信號，說明常用的保持器有零階保持器和一階保持器等。

舉例說明采樣定理。3．教學(xué)手段：

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

利用圖解釋采樣過程，采樣過程和采樣定理應(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)動狀況，拍攝周期取多大時(shí)輪子的運(yùn)動不失真？

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：?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)動態(tài)過程的差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，使求解過程大為簡化。給出Z變換的定義、計(jì)算方法，簡介Z變換的基本定理、Z反變換等內(nèi)容。說明實(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)動態(tài)過程的差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，使求解過程大為簡化。5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。6．作業(yè)：

書后p279 8-2，8-3單號

[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，說明開環(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，因?yàn)椴蓸娱_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。舉例說明采樣開關(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)，然后解釋說明閉環(huán)離散系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖及輸出采樣信號的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)通過舉例重點(diǎn)講清開環(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)，首先說明離散系統(tǒng)的性能分析主要包括三個方面內(nèi)容：系統(tǒng)穩(wěn)定性、動態(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)畫圖說明s平面到z平面的映射關(guān)系，給出線性離散系統(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)（動態(tài)性能分析）時(shí)，應(yīng)畫圖說明閉環(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)解釋說明穩(wěn)態(tài)誤差表的應(yīng)用，學(xué)生應(yīng)會利用表進(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)：

書后p279 8-10，8-11 7．思考題：

書后p279 8-13

第四篇：《自動控制原理》復(fù)習(xí)題

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《自動控制原理》復(fù)習(xí)題

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(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應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個相鄰的開環(huán)零點(diǎn)之間

（其中一個零點(diǎn)可以位于無窮遠(yuǎn)處)，則在這兩個零點(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題是穩(wěn)定性、和動態(tài)性能。、根據(jù)控制信號的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和隨動控制系統(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。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對象之間，只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(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

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

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(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)曲線中，阻尼比越小，那么（）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(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、對于開環(huán)增益為的Ⅰ型系統(tǒng)，在階躍信號

()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)開環(huán)頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對數(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

且動態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(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，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(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（）。

（）

．．．．、對于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

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

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(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)開環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點(diǎn)，將使系統(tǒng)的動態(tài)性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對穩(wěn)定性

.根軌跡法

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

五、計(jì)算題（每題分，共分）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(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應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個相鄰的開環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個極點(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；）。、自動控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號的不同，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。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動態(tài)性常采用與微分順饋的方法。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用、開環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個控制系統(tǒng)能否通過輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識別出來，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩(wěn)定性的兩個重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(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

于

開

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號

()

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)開環(huán)頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對數(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

且動態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(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，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(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（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

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（每題分，共分）

.傳遞函數(shù)

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)定性

.閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)

.穩(wěn)定裕量

四、簡答題（每題分，共分）、簡述結(jié)構(gòu)圖化簡的原則。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用、簡述信號流圖中前向通路是怎么定義的。、簡述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的三要素。、簡述根軌跡的分離點(diǎn)和會合點(diǎn)，并寫出分離點(diǎn)和會合點(diǎn)的計(jì)算方法。、簡述最小相位系統(tǒng)，并說明其主要特點(diǎn)。、簡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)定請說明引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的根的個數(shù)；如臨界穩(wěn)定，請求取使系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的共軛虛根。

/

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

R（s)

1/

s，擾動信號

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應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個相鄰的開環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個極點(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；）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用、自動控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號的不同，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。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動態(tài)性常采用與微分順饋的方法。、開環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個控制系統(tǒng)能否通過輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識別出來，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩(wěn)定性的兩個重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(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

于

開

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號

()

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)開環(huán)頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對數(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

且動態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(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。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用、開環(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，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(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（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

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（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統(tǒng)

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請寫出梅遜公式的表達(dá)式，并說明公式中每個參數(shù)的含意。、試述擾動信號對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫出減小或消除擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡述最小相位系統(tǒng)，并說明其主要特點(diǎn)。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用、簡述奈氏穩(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）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用

K

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

Go

(s)，試?yán)L制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/

第五篇：自動控制原理總結(jié)報(bào)告

自動控制原理總結(jié)報(bào)告

專 業(yè) 自動化 班 級 09自動化<1>班 姓 名 學(xué) 號

完成 時(shí)間

自動控制原理總結(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)的分析與線性系統(tǒng)類似。自動控制技術(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)過程中對溫度、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，汽車工業(yè)，自動控制技術(shù)的應(yīng)用幾乎無處不在。關(guān)鍵是自動控制理論和技術(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。所以越來越多的工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者開始了解和關(guān)注自動控制的知識。關(guān)鍵字：控制 方法 發(fā)展 正文:

一、自動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)：動態(tài)方框圖（結(jié)構(gòu)圖）；信號流圖；零極點(diǎn)分布；頻率響應(yīng)曲線；單位階躍響應(yīng)曲線

自動控制原理基礎(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)綜合為自動控制原理課程的主線構(gòu)建了由時(shí)域分析、復(fù)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個模塊構(gòu)成的知識體系。

從課程的體系出發(fā)以系統(tǒng)建模→系統(tǒng)分析→綜合設(shè)計(jì)作為課程主線。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。從不同的角度對系統(tǒng)進(jìn)行建模加深對這方面內(nèi)容的理解。例如可用船舶上的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例通過建立它的微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號流圖這些不同的數(shù)學(xué)模型來建立各模型的聯(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)不同的分析問題方法都是緊緊圍繞這三個方面展開的。只要抓住這個特點(diǎn)就抓住了系統(tǒng)分析的關(guān)鍵有助于加深對不同方法的理解。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)容近年來控制理論得到了蓬勃發(fā)展特別在非線性控制、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)束后都開設(shè)一個專題介紹本學(xué)科的發(fā)展動態(tài)這種方法擴(kuò)大了我們的知識面培養(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)展對船舶電力推進(jìn)和輔機(jī)電力拖動技術(shù)帶來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。自動控制原理課程雖然是電專業(yè)的基礎(chǔ)專業(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與專業(yè)相關(guān)的典型示例引出控制、開環(huán)控制、閉環(huán)控制以及反饋等基本概念使我們認(rèn)識到學(xué)習(xí)本課程的重要性并對控制理論在專業(yè)發(fā)展的作用有了一定的了解。

二、控制未來發(fā)展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動控制的結(jié)合物,是一類無需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動智能機(jī)器,實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制。智能控制的注意力并不放在對數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理上,而放在對任務(wù)和模型的描述,符號和環(huán)境的識別以及知識庫和推理機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)上。智能控制用于生產(chǎn)過程,讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿專家或熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn),建立起以知識為基礎(chǔ)的廣義模型,采用符號信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識表示和自學(xué)習(xí)、推理與決策等智能化技術(shù),對外界環(huán)境和系統(tǒng)過程進(jìn)行理解、判斷、預(yù)測和規(guī)劃,使被控對象按一定要求達(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.非線性控制(Nonlinear Control)非線性控制是復(fù)雜控制理論中一個重要的基本問題,也是一個難點(diǎn)課題,它的發(fā)展幾乎與線性系統(tǒng)平行。非線性系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)學(xué)工具是一個相當(dāng)困難的問題,泰勒級數(shù)展開對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),適用于含有一個非線性元件的高階系統(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)通過不斷地測量系統(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)過程控制中面臨的一個重要問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,進(jìn)而設(shè)計(jì)控制器?？刂破鲄?shù)的調(diào)整依賴于模型參數(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設(shè)計(jì)一個控制器,使得不確定參數(shù)出現(xiàn)時(shí)仍能滿足性能指標(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足要求。魯棒控制的一個主要問題就是魯棒穩(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)用語言變量和模糊邏輯理論進(jìn)行推理和決策,對復(fù)雜對象進(jìn)行控制。模糊控制既不是指被控過程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國工程師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,開辟了Fuzzy控制的新領(lǐng)域,特別是對于大時(shí)滯、非線性等難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng),通過計(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)元的簡單單元按并行結(jié)構(gòu)經(jīng)過可調(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)理上對人腦進(jìn)行簡單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中可充當(dāng)對象的模型,還可充當(dāng)控制器

7.實(shí)時(shí)專家控制(Real Time Expert Control)專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識和經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),它應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)某個領(lǐng)域一個或多個人類專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序最本質(zhì)的區(qū)別在于:專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有算法解,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)專家系統(tǒng)自適應(yīng)地管理一個客體或過程的全面行為,自動采集生產(chǎn)過程變量,解釋控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀況,預(yù)測過程的未來行為,診斷可能發(fā)生的問題,不斷修正和執(zhí)行控制計(jì)劃。實(shí)時(shí)專家系統(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)一步研究的問題是如何用簡潔語言來描述人類長期積累的經(jīng)驗(yàn)知識,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)則基于對系統(tǒng)的定性分析;模糊控制是基于狀態(tài)的精確測量值,而定性控制基于狀態(tài)的定性測量值。

定性控制面臨的問題: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)測控制(Predictive Control)預(yù)測控制是在工業(yè)實(shí)踐過程中獨(dú)立發(fā)展起來的一種新型控制方法,它不僅適用于工業(yè)過程這種“慢過程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統(tǒng)這種“快過程”控制。目前實(shí)用的預(yù)測控制方法有動態(tài)矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預(yù)測控制(GPC),模型預(yù)測啟發(fā)控制(MPHC)以及預(yù)測函數(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)測控制方法:結(jié)構(gòu)對外來激勵的響應(yīng)主要由其本身的模態(tài)所決定,即結(jié)構(gòu)只對激勵信息中與其起主導(dǎo)作用的幾個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)對被控對象進(jìn)行在線辨識,然后用廣義預(yù)測控制規(guī)律進(jìn)行控制得到較多重視。

預(yù)測控制目前存在的問題是預(yù)測精度不高;反饋校正方法單調(diào);滾動優(yōu)化策略少;對任意的一般系統(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,但對不同類型的系統(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)又稱集散控制系統(tǒng),是70年代中期發(fā)展起來的新型計(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)對生產(chǎn)過程的監(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)對于信息、管理過于集中帶來的危險(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)：通過這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對自動控制原理這門課有了深刻的認(rèn)識，現(xiàn)在能夠簡單的分析一些問題了，過程實(shí)驗(yàn)給我們很大的提高。雖然現(xiàn)在還不知道未來要從事什么行業(yè)，但不管怎樣要學(xué)好當(dāng)前的每門課。基礎(chǔ)一定要打好。