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自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。
抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。
第一章1.1 引言1.1.1 基本概念（1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。
①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。
（2）自动控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体①实体；②有机组合1.1.2 自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。
1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。
时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。
三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.（2）第二阶段。
时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。
（3）第三阶段。
时间为本世纪70年代末至今。
70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。
（1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量信号（6）偏差信号（详见课本）1.2 自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。
1.2.1 开环控制系统 (1)定义开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。
示意图：优点：结构简单、调整方便、成本低缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。
用于输出精度要求低的场合。
若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值1.2.2 闭环控制系统——重点控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小 ③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用 ⑤引起振荡1.2.3 复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。
自动控制原理考研专业课资料自动控制原理是考研电气工程专业的重点课程之一。
它主要涉及控制系统的基本原理、调节系统的设计与分析、稳定性分析和校正等内容。
为了帮助考生更好地学习和准备自动控制原理考试，本文将介绍一些必备的资料和学习方法。
一、参考书籍1. 《现代控制工程》（第五版）-奥古斯特·特布这是自动控制原理最经典的教材之一，深入浅出地介绍了控制系统的基本概念、原理和设计方法。
它将数学建模与控制工程实践相结合，对于帮助读者理解控制系统的基本原理非常有帮助。
2. 《控制系统工程与设计》-J.皮奥芬、A.史密斯本书重点介绍了控制系统设计和分析的基本原理和方法。
它详细讲解了PID控制器的设计、稳态误差的分析和系统的校正等内容，对于深入理解自动控制原理非常有帮助。
二、实验教材1. 《自动控制原理实验教程》-张林伟、王中华该实验教材主要涵盖了控制系统实验的基本内容，包括二阶系统的阻尼比、串联PID控制系统、单回路比例控制系统等。
通过实践操作，能够更好地掌握控制系统的基本原理和设计方法。
2. 《MATLAB在自动控制原理中的应用》-欧阳剑雄本书详细介绍了MATLAB在自动控制原理中的应用方法和实践技巧。
通过各种实例，读者可以学习到如何使用MATLAB进行系统建模、控制器设计和系统仿真等。
三、考研辅导资料1. 《2019年考研自动控制原理综合指导》-电气工程考研最新资料编写组该资料是专门为考研学生准备的自动控制原理综合指导教材。
其中包括了历年真题分析、重点知识点总结和解题技巧等内容，能够帮助考生更好地备战考试。
2. 《自动控制原理考研复习笔记》-电气工程考研资料编写组这本资料详细总结了自动控制原理的重要概念、公式和定理，并提供了大量的例题和习题，通过反复练习能够提高考生的解题能力和应试技巧。
四、学习方法1. 制定合理的学习计划：根据考试时间和个人情况，制定详细的学习计划，合理安排每天的学习时间，并确保每天都有固定的复习时间。
《自动控制原理》复习提纲自动控制原理复习提纲第一章：自动控制系统基础1.1自动控制的基本概念1.2自动控制系统的组成1.3自动控制系统的性能指标1.4自动控制系统的数学建模第二章：系统传递函数与频率响应2.1一阶惯性系统传递函数及特性2.2二阶惯性系统传递函数及特性2.3高阶惯性系统传递函数及特性2.4惯性环节与纯时延环节的传递函数2.5开环传递函数与闭环传递函数2.6频率响应曲线及其特性第三章：传递函数的绘制和分析3.1 Bode图的绘制3.2 Bode图的分析方法3.3 Nyquist图的绘制和分析3.4极坐标图的应用3.5稳定性分析方法第四章：闭环控制系统及稳定性分析4.1闭环控制系统4.2稳定性的概念和判据4.3 Nyquist稳定性判据4.4 Bode稳定性判据4.5系统的稳态误差分析第五章：比例、积分和微分控制器5.1比例控制器的原理和特性5.2积分控制器的原理和特性5.3微分控制器的原理和特性5.4比例积分(P)控制系统5.5比例积分微分(PID)控制系统第六章：根轨迹法6.1根轨迹的概念和基本性质6.2根轨迹的绘制方法6.3根轨迹法的稳定性判据6.4根轨迹设计法则6.5根轨迹法的应用案例第七章：频域设计方法7.1频域设计基本思想7.2平衡点反馈控制法7.3频域设计法的应用案例7.4系统频率响应的优化设计7.5频域方法的灵敏度设计第八章：状态空间分析和设计8.1状态空间模型的建立8.2状态空间的矩阵表示8.3状态空间系统的特性8.4状态空间系统的稳定性分析8.5状态空间设计方法和案例第九章：模糊控制系统9.1模糊控制的基本概念9.2模糊控制系统的结构9.3模糊控制器设计方法9.4模糊控制系统的应用案例第十章：遗传算法与控制系统优化10.1遗传算法的基本原理10.2遗传算法在控制系统优化中的应用10.3遗传算法设计方法和案例第十一章：神经网络及其应用11.1神经网络的基本概念和结构11.2神经网络训练算法11.3神经网络在控制系统中的应用11.4神经网络控制系统设计和优化方法第十二章：自适应控制系统12.1自适应控制的基本概念12.2自适应控制系统的结构12.3自适应控制器设计方法12.4自适应控制系统的应用案例第十三章：系统辨识与模型预测控制13.1系统辨识的基本概念13.2建模方法及其应用13.3模型预测控制的原理13.4模型预测控制系统设计和优化方法第十四章：多变量控制系统14.1多变量控制系统的基本概念14.2多变量系统建模方法14.3多变量系统稳定性分析14.4多变量系统控制器设计14.5多变量系统优化控制方法以上是《自动控制原理》的复习提纲，内容覆盖了自动控制系统的基本概念、传递函数与频率响应、传递函数的绘制和分析、闭环控制系统及稳定性分析、比例、积分和微分控制器、根轨迹法、频域设计方法、状态空间分析和设计、模糊控制系统、遗传算法与控制系统优化、神经网络及其应用、自适应控制系统、系统辨识与模型预测控制、多变量控制系统等知识点。
（完整word版）自动控制原理复习提纲（整理版）《自动控制原理》课程概念性知识复习提纲详细版第一章：1.自动控制的任务（背）：是在没有人直接参与下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值。
2.自动控制基本方式一.按给定值操纵的开环控制二.按干扰补偿的开环控制三.按偏差调节的闭环控制3.性能要求：稳快准第二章：4.微分方程的建立：课后2.55.传递函数定义（背）线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。
这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在t=0以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在t=0-时的值为零。
二是指输入信号作用于系统之间系统是静止的，即t＝0-时，系统的输出量及其各阶导数为零。
这是反映控制系统的实际工作情况的，因为式（2-38）表示的是平衡工作点附近的增量方程，许多情况下传递函数是能完全反映系统的动态性能的。
6.结构图化简：课后2.14（结构图化简一道大题，梅森公式化简一道大题）复习要点7.几种传递函数（要求：懂得原理）一.输入信号r(t)作用下的系统闭环传递函数二.干扰信号n(t)作用下的系统闭环传递函数三.闭环系统的误差传递函数8.阶跃响应，脉冲响应，传递函数之间的关系阶跃响应：H(s)=1s 单位斜坡响应：t C （s ）=21s 单位脉冲响应：K(s)=Φ(s) 11()()()H s s K s s s =Φ?=? 211()()()t C s s H s s s=Φ?=? 综合可得 K(s)=sH(s) H(s)=s t C第三章：9.阶跃响应的性能指标有哪些，各个性能指标的意义是什么。
10.从平稳性，快速性和稳态精度三个方面，简述典型二阶欠阻尼系统结构参数，n对阶跃相应的影响。
由于欠阻尼二阶系统具有一对实部为负的共轭复特征根，时间响应呈衰减振荡特性，故又称为振荡环节。
系统闭环传递函数的一般形式为222()()2n n nC s R s s s ωζωω=++ 由于0<ζ<1，所以一对共轭复根为1,2n s j ζωω=-±d j σω-±式中，n σζω=，为特征根实部之模值，具有角频率量纲。
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
《自动控制原理》自学指导书2011年10月《自动控制原理》为了顺利组织面授，帮助学员客服自学面授中德困难，提高学习效率，实现学习目标，特制定本指导书。
一、课程设置、地位、作用1、本课程设置为面授 16 学时，自学 16 学时。
2、地位：为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
3、作用：该课不仅是自动控制专业的基础理论课，也是其他专业的基础理论课，目前信息科学与工程学院开设本课程的专业有计算机、电子信息、检测技术。
该课程不仅跟踪国际一流大学有关课程内容与体系，而且根据科研与学术的发展不断更新课程内容，从而提高自动化及相关专业的整体学术水平。
二、课程大纲、教材本书针对高职高专学生的特点，力争以工程实际应用为主线，理论叙述尽量从工程观点删繁就简，内容力求少而精，减少了公式中较复杂的数学推导，重点突出，加强基本概念和分析方法的理解，侧重应用。
本书介绍了经典控制理论的基本概念、基本理论及基本分析方法，并着重结合控制理论的实际应用项目进行了分析。
全书共七部分，内容包括：绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统的校正、采样控制系统及附录部分。
书中的大量实例和习题来源于工程实际，各章结合书本内容对实例均进行了MATLAB软件分析和设计、小结并设置了习题，便于读者学习。
三、课程主要内容和要求和进度安排第1章绪论（1——3学时）§1.1 自动控制理论的发展史及内容§1.2 自动控制的基本原理与方式§1.3 控制系统的分类§1.4 对自动控制系统性能的基本要求§1.5 MATLAB软件及其应用简介本章小结思考题与习题第2章控制系统的数学模型(4---6学时)§2.1 预备知识：控制系统的数学模型§2.2 项目l：建立控制系统的微分方程§2.3 项目2：求取控制系统的传递函数§2.4 项目3：建立控制系统的动态结构图§2.5 项目4：由动态结构图求取控制系统的传递函数本章小结思考题与习题第3章控制系统的时域分析（6—9学时）§3.1 预备知识：典型输入信号和时域性能指标§3.2 项目1：控制系统的稳定性分析§3.3 项目2：一阶控制系统的动态性能分析§3.4 项目3：二阶控制系统的动态性能分析§3.5 项目4：控制系统的稳态误差分析§3.6 项目5：控制系统的时域分析应用本章小结思考题与习题第4章控制系统的频域分析（9—12学时）§4.1 预备知识：控制系统的频率特性§4.2 项目1：控制系统的开环频率特性§4.3 项目2：用频域法分析控制系统的稳定性§4.4 项目3：用频域法分析控制系统的性能指标§4.5 项目4：控制系统的频域分析应用本章小结思考题与习题第5章控制系统的校正（12—14学时）§5.1 预备知识：系统校正概述§5.2 项目1：串联校正装置§5.3 项目2：串联校正的理论设计方法§5.4 项目3：利用复合校正消除稳态误差§5.5 项目4：控制系统的工程设计本章小结思考题与习题第6章采样控制系统（14—16学时）§6.1 预备知识：采样控制系统基础§6.2 项目1：z变换§6.3 项目2：差分方程的建立与求解§6.4 项目3：脉冲传递函数§6.5 项目4：采样控制系统的稳定性分析§6.6 项目5：采样控制系统的性能分析本章小结思考题与习题四、学习方法指导本书针对高职高专学生的特点，力争以工程实际应用为主线，理论叙述尽量从工程观点删繁就简，内容力求少而精，减少了公式中较复杂的数学推导，重点突出，加强基本概念和分析方法的理解，侧重应用。
自动控制原理辅导资料十
主题：频域分析法的辅导文章——频域稳定性判据、控制系统的稳定裕量、控制系统的闭环频率特性、频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系
学习时间：2012年12月3日－12月9日
内容：
我们这周主要还是学习课件第5章频域分析法的部分内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对频域分析法的相关知识的理解。
注意：请同学根据老师标注的侧重点选择性学习。
一、奈魁斯特稳定判据（学会用该判据判断系统的稳定性）
1.复变函数()
F s的选择
设系统的开环传递函数()()
G s H s一般为两个多项式之比，为
闭环传递函数：
()() ()
()1()()
C s G s
W s
R s G s H s
==
+
则闭环特征式
()() ()1()()
()
N s M s F s G s H s
N s
+
=+=
()
F s可改写为:
特征函数()
F s具有如下特点：
●()
F s的零点和极点分别是闭环极点和开环极点；
●()
F s的零点和极点个数相同；
●()
F s和()()
G s H s只差常数1。
因此闭环系统稳定条件：
使特征函数()
F s的零点都具有负实部，或者说()
F s的所有零点都不在s平
面的右半平面内即可。
2.封闭曲线Γs 的选择及奈氏判据 s 平面上的封闭曲线Γs 图示：
图1
闭环控制系统稳定的充分必要条件：
开环频率特性曲线()()G j H j ωω不通过(-1，j0)点，且逆时针包围（-1，j0）点的周数N 等于开环传递函数正实部根的个数P ，即N P =-。
3.关于奈魁斯特稳定判据有如下说明：
⏹ 对于开环稳定的系统（即0P =，()()G s H s 在右半s 平面无极点），当且
仅当开环频率特性曲线()()G j H j ωω不通过也不包围(-1，j0)点，即
0N =时，闭环系统稳定；
⏹ 对于开环不稳定的系统（即0P ≠，()()G s H s 在右半s 平面含有P 个极
点），当且仅当开环频率特性曲线()()G j H j ωω逆时针包围(-1，j0)点P 周，即N P =-时，闭环系统稳定；
⏹ 如果N P ≠-，则闭环系统不稳定，闭环正实部特征根的个数为：
Z N P =+ ⏹ 当开环频率特性曲线()()G j H j ωω通过(-1，j0)点时，闭环系统处于临
界稳定状态。
二、控制系统的稳定裕量
（如何求解幅值裕度和相角裕度是考试必考的，故要求同学必须掌握） 稳定裕度：开环频率特性()()G j H j ωω与(-1, j0)点的远近程度，可用来表示闭环系统的稳定程度，也称稳定裕量。
控制系统的稳定裕度通常用幅值裕度和相角裕度来衡量。
1.相角裕度
在0ω≤≤∞频段内，若系统的开环频率特性()()G j H j ωω与单位圆相交，
则交点处的频率c ω称为幅值穿越频率（又称剪切频率或截止频率），它满足：
相角裕度定义为：
180()()c c G j H j γωω=+∠
相角裕度也称相角裕量或相位裕量，表示使系统达到临界稳定状态时开环频率特性的相角尚可减少或增加的数值。
在对数坐标图上，相角裕度为幅值穿越频率c ω处相角与180- 的差值。
2.幅值裕度
在0ω≤≤∞的频段内，若系统的开环频率特性()()G j H j ωω与负实轴相交，则交点处的频率g ω称为相位穿越频率，它满足：
()()180g g G j H j ωω∠=-
幅值裕度定义为相位穿越频率g ω所对应的开环频率特性幅值的倒数，用
g K 表示，即
幅值裕度也称幅值裕量或增益裕量，表示使系统达到临界稳定状态时开坏频率特性的幅值尚可增大或缩小的倍数。
显然，对于稳定的最小相位系统，幅值裕度大于1，一阶和二阶系统的幅值裕度为∞。
对于最小相位系统：
当()()1g g G j H j ωω<或()0g K dB >时，闭环系统稳定； 当()()1g g G j H j ωω>或()0g K dB <时，闭环系统不稳定；
当()()1g g G j H j ωω=或()0g K dB =时，闭环系统处于临界稳定状态； 相位裕度和幅值裕度的极坐标图表示：
图2
相位裕度和幅值裕度在对数坐标图上的表示：
图3
三、控制系统的闭环频率特性（了解闭环系统频域性能指标）
本节介绍利用已有的开环频率特性来绘制闭环频率特性的方法，并介绍常用的闭环系统频域性能指标。
1.闭环频率特性曲线的绘制
单位反馈系统的闭环频率特性
图4
对于如图4所示的单位反馈闭环系统，其闭环系统的频率特性为：
如果已知开环系统的极坐标图，利用()
G jω的几何关系，可得闭环
W jω和()
系统的频率特性：
图5
在工程中，实际上比较常用的是等M圆和等N圆以及尼柯尔斯图线，直接根据开环频率特性曲线绘制单位反馈闭环系统的频率特性曲线。
2.闭环频域性能指标
用闭环频率特性来评价系统的性能，通常用以下指标： 1)谐振峰值r M ：闭环系统幅频特性的最大值。
2)谐振频率r ω：闭环系统幅频特性出现谐振峰值时的频率。
3)带宽频率b ω：闭环系统频率特性幅值由其初始值(0)M 减小到0.707(0)M 时的频率，也称频带宽度。
闭环系统的频域性能指标示于图6：
图6
四、频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系（了解）
我们知道，在系统稳定的基础上，可以进一步考查其瞬态响应性能。
由于时间响应的性能指标最为直观、最具有实际意义，因此，系统性能的优劣最终是用时间响应性能指标来衡量。
开环频域指标主要包括剪切频率c ω、相角裕度γ以及幅值裕度g K ； 闭环频域指标主要包括谐振峰值r M ，谐振频率r ω以及带宽频率b ω； 五、典型例题解析
1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为2
()(0.21)K
G s s s =
+，试求：
（1） 使系统幅值裕度为20dB 的K 值； （2） 使系统的相角裕度为60
的K 值。
解：(1) 系统开环频率特性为2
()(10.2)K
G j j j ωωω=
+
当()20h dB dB =时，令g ω为相角交界频率（穿越频率），于是有
()902arctan 0.2180g g G j ωω=--=-
arctan 0.245g ω=
5g ω=
20lg ()20g G j ω-= lg ()1g G j ω=-，()0.1g G j ω=
故由
20.1(0.2)1
g g K
ωω=+ 可求得1K =
（2）当60γ= 时，由定义得
180()180(902arctan 0.2)60g c G j γωω=+=+--=
arctan 0.215c ω=
得系统截止频率 1.34c ω= 由2
()1(0.2)1
c c c K
G j ωωω=
=+ 可求得 1.436K = 2.已知最小相位系统Bode 图的幅频特性如下图所示，试求当120.2,0.5ωω==时，系统的开环传递函数。
（第九周思考题答案）
dB 400
-20dB/dec
20lg|G(j ω)|ω2
ω1
ω-40dB/dec
解：由图可知，起始斜率为零，因此系统开环传递函数中应不含积分环节；
12,ωω应为两个惯性环节的转折频率。
由此可写出系统的开环传递函数为
12()1111K
G s s s ωω=
⎛⎫⎛⎫
++ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭
（1）
其中开环增益K 由图幅频特性低频起始斜率为零求得：
20lg 40()K dB =,100K = 再将120.2,0.5ωω==，100K =代入（1）式，得到系统的开环传递函数为：
()()
100
()5121G s s s =
++
六、思考题（答案解析请见第十一周辅导资料） 设单位负反馈系统的开环传递函数为210(1)
()(21)
s G s s s τ+=
+，若要求系统截止频率
4c ω=，试求相应的τ值及相角裕度γ。
