北京航空航天大学 自动控制原理2007

北航⾃控原理复习材料第⼀章⾃动控制的⼀般概念1、概念⾃动控制的任务：使被控对象的被控量等于给定值。

⾃动控制系统：是指能够完成⾃动控制任务的设备，⼀般由控制装置和被控对象组成。

2、⾃动控制的基本⽅式3、本章重点根据已知⾃动控制系统，能够画出系统的⽅框图，清楚系统属于何种控制⽅式，并能找出被控对象、被控量、给定值和⼲扰量。

第⼆章⾃动控制系统的数学模型1、控制系统微分⽅程的建⽴根据系统内各变量之间的关系建⽴微分⽅程，确定系统和各元件的输⼊和输出变量。

2、传递函数定义：零初始条件下，系统输出与输⼊的拉普拉斯变换之⽐，即()C s G s R s =，传递函数完全由系统的参数、结构决定，与外界输⼊⽆关。

3、典型环节的传递函数（1）、⽐例环节，()G s K =。

（2）、积分环节，1()G s s=。

（3）、微分环节，()G s s =。

（4）、惯性环节，1()1G s Ts =+。

（5）、⼀阶微分环节，()1G s s τ=+。

（6）、⼆阶振荡环节，221()2n n G s s s ζωω=++。

（7）、⼆阶微分环节，22()2n n G s s s ζωω=++。

（8）、延时环节，()sG s e τ-=。

其中，前⾯七种典型环节的传递函数经常使⽤，⼤家要记住。

4、动态结构图（1）、动态结构图⼀般由四种基本单元组成：信号线，⽅框，引出点，综合点。

（2）、动态结构图的⼏种常⽤等效变换5、梅森公式梅森公式⼀般形式为1()nk kk P G s =?=式中，()G s ——待求传递函数； ?——特征式，且1iijij kL L L L L L ?=-+-∑∑∑…；k P ——第k 条前向通道的总传递函数；k ?——特征式中，将与第k 条前向通道接触的回路所在项出去后的余下部分，称为余⼦式； iL ∑——各回路的“回路传递函数”之和；i jL L∑——两两不接触的回路的“回路传递函数”乘积之和；ijk L LL ∑——三三不接触的回路的“回路传递函数”乘积之和。

参考书：（2013）
1．《动力学》（第2版）1-7 谢传锋主编，高等教育出版社
2．《机械原理》，郭卫东，科学出版社，2010
3.《机械原理教学辅导与习题解答》，郭卫东，科学出版社，2010
4．《机械设计》王之栎、马纲、陈心颐主编，北京航空航天大学出版社
5. 《机械设计基础》（下册）第25-34章，吴瑞祥等主编，北京航空航天大学出版社
6. 《自动控制原理》1-6章胡寿松主编，科学出版社
或《自动控制原理》1-6章孙虎章主编，中央广播电视大学出版社
参考书：（2012）
971 机械工程专业综合
1、«动力学»高等教育出版社谢传锋
2、«机械原理»科学出版社2010年出版郭卫东
《机械原理教学辅导与习题解答》科学出版社2010年出版郭卫东
3、«机械设计基础下册»（25-34章）北京航空航天大学出版社吴瑞祥等
4、«自动控制原理»第四版1-6章科学出版社出版胡寿松
（或«自动控制原理»1-6章）（中央广播电视大学出版社出版）（孙虎章）。

北京航空航天大学2008年硕士研究生入学考试自动控制原理真题北京航空航天大学2008年硕士研究生入学考试试题自动控制原理部分（共90分）一、（本题15分，第（1）小题10分，第（2）小题5分）某控制系统结构图如题一图所示：题一图（1）试确定参数τ，使闭环系统的阻尼比ζ=输入下的调节时间s t （取5%±误差带）、峰值时间pt 及超调量%σ；（2）若输入为正弦信号()sin ,0r t t t =≥，试在本题（1）所确定参数τ的基础上，求系统输出()c t 的稳态分量()ss c t 和误差()()()e t r t c t =-的稳态分量()ss e t 。

二、（本题15分）某单位负反馈系统的开环传递函数如下：232()(1)s G s s Ts +=+试画出参数T 由零变化到正无穷时的闭环系统根轨迹。

三、（本题15分，第（1）小题10分，第（2）小题5分）某系统结构图如题三图所示：题三图其中，10()(1)G s s s =+，1()0.081cs Gs s τ+=+，0τ>（1）确定参数τ，使开环渐近幅频特性曲线的截止频率为5rad /s ；（2）根据本题（1）所确定的τ值计算系统的相稳定裕度γ。

四、（本题15分）某非线性系统如题四图所示：题四图其中，1M =、1h =。

若取c 、c 为相坐标，试画出满足初始条件(0)2c =-、(0)0c= 的相轨迹。

要求确定相轨迹与开关线的前两个交点，并根据相轨迹分析系统运动是收敛还是发散。

五、（本题15分，每小题5分）某系统动态方程如下：110001010110xx u ??=+，[]10y x=（1）判断系统的可控性和可观测性；（2）若系统不可控。

试进行可控性分解；（3）求该系统由输入u 到输出y 的传递函数，并求()()u t t δ=时的单位脉冲响应()y t 。

六、（本题15分，每小题5分）某被控对象的动态方程如下：10121xx u =+，[]01y x=（1）设计状态反馈向量k ，使得经状态反馈u kx r =+后，闭环系统极点在1j -±处，这里r 为参考输入；（2）对该被控对象构造一极点为5-、5-的状态观测器；（3）若采用控制?u kxr =+，其中k 为本题（1）求出的反馈向量、?x 为本题（2）所设计的观测器状态，求由被控对象、状态观测器、反馈?u kxr =+构成的闭环系统的传递函数。

北航自动化课程引言概述：北航自动化课程是北京航空航天大学自动化学院开设的一门重要课程，旨在培养学生对自动化技术的理论和应用的深入理解。

本文将从课程设置、教学方法、实践环节和学习成果四个方面，详细阐述北航自动化课程的内容。

一、课程设置1.1 课程目标：北航自动化课程的目标是使学生具备自动化系统的基本概念和原理，掌握自动化系统的建模与仿真技术，能够设计和实现自动化控制系统。

1.2 课程内容：课程内容包括自动控制原理、信号与系统、数字信号处理、控制系统设计等方面的知识。

学生将学习到控制理论的基本原理和方法，了解自动化系统的各个组成部分以及它们之间的相互关系。

1.3 课程安排：北航自动化课程通常分为理论课和实验课两个部分。

理论课主要讲授基本概念和原理，实验课则通过实际操作和仿真实验，让学生深入理解和应用所学知识。

二、教学方法2.1 理论授课：北航自动化课程采用讲授与讨论相结合的方式进行教学。

教师通过讲解理论知识，引导学生思考和讨论，培养学生的分析和解决问题的能力。

2.2 实验操作：实验课是北航自动化课程的重要组成部分，学生将通过实际操作掌握自动化系统的建模和仿真技术。

实验操作能够帮助学生巩固理论知识，培养实际操作能力。

2.3 项目实践：为了提高学生的综合能力和创新意识，北航自动化课程还设置了项目实践环节。

学生将通过团队合作，完成一个自动化系统的设计和实现，并撰写相关报告。

三、实践环节3.1 实验室实践：北航自动化学院拥有先进的实验室设备和实验平台，学生将在实验室中进行各种实验操作，如控制系统仿真实验、传感器与执行器实验等，以培养学生的实践能力。

3.2 实习实训：为了让学生更好地了解实际工程应用，北航自动化课程还设置了实习实训环节。

学生将到企业或科研机构进行实习，亲身参与自动化系统的设计、调试和维护工作。

3.3 项目实践：项目实践是北航自动化课程的亮点之一，学生将通过团队合作完成一个真实的自动化系统项目，从需求分析到系统设计再到实施和测试，全面提升学生的实践能力和团队协作能力。

第一章 绪 论§§11..11 引引言言18世纪前：漏壶、指南车、钟表控制 ● 第一篇自控论文“论调节器”,J.G.Maxwell,1868（第一次工业革命：调速器-蒸汽机-负荷系统） 1788，英，瓦特调速器 ，第一次工程应用−−−→−稳定1868，英，物，Maxwell ；1877，英，数，Routh 稳定判据；1895，德，数，Hurwith 稳定判据 →稳定、精度； 1892，俄，数，李雅普诺夫；● 古典控制理论1927，反馈概念，美，Bell Lab 的Black(电子管放大器的失真问题)； 1925，英，电，亥维赛，£引入求电网络的传递函数； 1932，英，电，Nyquist ，频率响应法； 1945，Bode ；1948，英，电，根轨迹法；1945，战后出版禁令撤销，经典控制著作：45，维纳反馈→一切控制系统，48，《控制论》； 1951，齐普金，脉冲系统的分析设计；1952，美，哥伦比亚，拉加齐尼，采样系统的分析和设计；⎩⎨⎧ 48R.Evans,19. W : 19451932 Nyquist :根轨迹法第二次世界大战，通信年，，年，，频率响应法Bode 缺陷:（1）只能用试探法设计系统，非最佳（根据经验设计-分析系统-重新设计直至满意） （2）只适于线性定常，单变量系统 现代控制理论（50年代）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧系统辨识理论最优控制理论滤波）最佳滤波理论（论线性系统的状态空间理Kalman 分支：自适应控制、非线性、时变系统、分布参数、大系统、随机控制、分散控制、智能控制、混沌控制，…… 用于工控时的缺陷：（1）工业对象难以得到准确的数学模型；（2）性能指标难以用明显的数字形式表示； （3）设计的控制器]往往过于复杂，甚至不可实现——70年代 Rosenbrock 单变量频域法→多变量频域法→传统法70年代末，鲁棒性，解决参数不确定性系统的设计问题。

北航自动化课程北航自动化课程是北京航空航天大学（以下简称北航）自动化学院开设的一门专业课程。

该课程旨在培养学生的自动化技术和应用能力，使他们能够在自动化领域中具备扎实的理论基础和实践操作能力。

一、课程概述北航自动化课程是一门综合性的课程，涵盖了自动控制原理、传感器与测量技术、信号与系统、数字信号处理、机器人学等多个方面的内容。

通过本课程的学习，学生将掌握自动化系统的基本原理、工作原理和设计方法，并能够应用所学知识解决实际问题。

二、课程目标1. 培养学生的自动化思维和工程实践能力，使其能够独立进行自动化系统的设计、调试和维护。

2. 使学生具备深入理解自动控制原理的能力，能够分析和解决自动化系统中的问题。

3. 培养学生的团队合作和沟通能力，使其能够与他人协作完成自动化项目。

三、课程内容1. 自动控制原理：介绍自动控制系统的基本概念、数学模型和控制方法，包括PID控制、状态空间方法等。

2. 传感器与测量技术：介绍各种传感器的原理和应用，以及测量技术的基本原理和方法。

3. 信号与系统：介绍信号的基本特性和处理方法，以及线性系统的数学模型和分析方法。

4. 数字信号处理：介绍数字信号的采样和量化、滤波和频谱分析等基本概念和方法。

5. 机器人学：介绍机器人的基本结构和工作原理，以及机器人的运动学和动力学分析方法。

四、教学方法1. 理论讲授：通过课堂教学，向学生介绍自动化课程的基本概念、原理和方法。

2. 实验操作：通过实验室实践，让学生亲自操作自动化设备，掌握自动化系统的调试和维护技术。

3. 项目实践：通过小组合作，让学生参与自动化项目的设计和实施，培养团队合作和问题解决能力。

五、评估方式1. 课堂作业：包括理论题和计算题，用于检验学生对课程内容的理解和运用能力。

2. 实验报告：学生需撰写实验报告，详细描述实验过程、结果和分析。

3. 项目实践成果：学生需提交项目实践的成果报告，包括项目设计、实施过程和成果展示。

自动控制原理课程教案第一章自动控制系统导论本章教学目标：1使学生掌握自动控制系统的相关概念2使学生理解和掌握自动控制的基本原理3使学生了解自动控制系统的分类和基本要求本章基本要求：1正确理解和掌握负反馈控制的原理2了解控制系统的组成与分类3能确定被控系统的被控对象，被控量和给定量，掌握根据原理图绘制系统方框图的方法。

本章各节的教学内容:1自动控制系统的基本原理2自动控制系统分类3对控制系统的基本要求4自动控制的发展简史5控制系统设计概论本章教学重点：1要求学生了解自动控制系统基本概念、基本变量、基本组成及工作原理2理解信息反馈的含义和作用，区别开环控制和闭环控制3绘制控制系统方框图本章教学内容的深化和拓宽：使学生了解更多工程实际中所用的控制系统，并深入了解它们的工作原理。

本章教学方式：采用工程实例和设疑方法引导学生用系统论，信息论观点分析广义系统的动态特征、信息流，理解信息反馈的作用。

绘制控制系统方框图。

在讲述控制理论发展史引入我国古代指南车和“二弹一星”特殊贡献科学家——钱学森在自动控制理论方面的成就，进行爱国主义和专业教育。

在讲述控制系统系统设计概论，引用转台转速控制和磁盘驱动读取系统的设计实例，强化设计训练。

本章教学过程中应注意的问题：本章概念较多，多举事例说明，以吸引学生的兴趣。

本章主要参考书目：《自动控制原理》吴秀华主编，中国水利水电出版社，2006年《自动控制原理》修订版，孙亮，北京工业大学出版社，2006 年《自动控制原理》胡寿松，北京航空航天大学，2006 年。

《自动控制原理》黄家英主编，东南大学出版社，1991年《自动控制原理》李友善主编，国防工业出版社，1989年《控制理论基础》王显正、陈正航主编，科学出版社，2000年第二章控制系统的数学模型本章教学目标：通过本章学习，使学生掌握不同域对应的不同种类的数学模型，学会系统微分方程和传递函数的求法，能绘制系统结构图和信号流图，会用结构图等效变换和梅森公式求系统的传递函数。

北航自动化课程北航自动化课程是北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院开设的一门重要课程。

该课程旨在培养学生对自动化技术的理解和应用能力，为他们未来的工作和研究提供必要的基础知识和技能。

一、课程概述北航自动化课程是一门综合性的课程，涵盖了自动控制、仪器仪表、电气工程等多个学科领域。

通过本课程的学习，学生将了解自动化技术的基本原理、方法和应用，掌握自动化系统的建模与仿真、控制算法的设计与实现等关键技能。

二、课程目标1. 培养学生的自动化思维能力：通过学习本课程，学生将培养自动化思维，即将复杂的现实问题抽象为数学模型，并设计相应的自动化控制系统来解决问题。

2. 掌握自动化系统的建模与仿真方法：学生将学习如何将实际系统抽象为数学模型，并通过仿真软件进行系统性能分析和优化。

3. 理解控制算法的设计与实现：学生将学习常见的控制算法，如PID控制、含糊控制、自适应控制等，并能够根据实际需求设计和实现相应的控制算法。

4. 培养实际应用能力：通过实验和项目实践，学生将学会将所学的自动化理论应用于实际问题的解决，提高解决实际问题的能力。

三、课程内容1. 自动化系统的基本概念和原理：介绍自动化技术的基本概念和原理，包括自动化系统的组成、自动化控制的基本原理等。

2. 自动化系统的建模与仿真：介绍自动化系统的建模方法，包括传递函数法、状态空间法等，并通过仿真软件进行系统性能分析和优化。

3. 控制算法的设计与实现：介绍常见的控制算法，如PID控制、含糊控制、自适应控制等，并通过实例讲解控制算法的设计和实现过程。

4. 实验与项目实践：通过实验和项目实践，学生将学习如何将所学的自动化理论应用于实际问题的解决，提高解决实际问题的能力。

四、教学方法1. 理论讲授：通过课堂讲授，教师将介绍自动化技术的基本概念、原理和方法。

2. 实验教学：通过实验教学，学生将亲自操作实验设备，学习自动化系统的建模与仿真方法，加深对理论知识的理解。

3. 项目实践：通过项目实践，学生将运用所学的自动化技术解决实际问题，提高实际应用能力。