北航自控原理课件7(英文版)
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自动控制原理（中英文）
自动控制原理（中英文）《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：２020161课程类别：必修授课对象:本科三年级先修课程:复变函数，积分变换,信号与系统。
学分:4总学时:５6 课内学时:４８实验学时: ８一、课程性质、教学目得与任务课程性质:专业基础课，专业知识链条中得关键环节之一，自动控制原理就是仪器仪表类、测控类专业得重要基础课之一,这些专业主要学习信号传感(获取）、信号处理、控制及光机电系统等知识，而控制就是知识链条中得重要一环，随着科技发展，自动化、智能化已成为仪器、产品、系统等得重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面得知识。
教学目得与任务：培养学生自动控制原理得基础知识,学习掌握经典控制得基本理论、基本方法与控制系统得基本设计方法,重点学习分析与设计线性控制系统得基本理论、基本方法及控制系统设计方法.主要内容包括:控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。
二、教学基本要求学习经典控制得基本理论与基本方法,重点学习分析与设计线性控制系统得基本理论与基本方法。
主要内容包括：控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。
三、教学内容第一章控制系统得一般要概念 (4课时）自动控制得基本原理与方式,自动控制系统示例，自动控制系统得分类，对自动控制系统得基本要求1、基本概念;2、反馈系统基本组成；3、基本控制方式；4、控制系统分类:开环、闭环、复合控制;第二章控制系统得数学模型 (8课时）控制系统得时域数学模型,拉普拉斯变换，控制系统得复域数学模型，控制系统得状态空间模型,控制系统得结构图与信号流图２－１时域模型、微分方程表示方法;2－2 复域模型1、传递函数得定义与性质;2、传递函数得零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等;3、典型环节得传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；2－3 控制系统得结构图与信号流图1、结构图得等效变换与化简2、信号流图组成与性质A．性质、术语（理解）B。
北航自动控制原理课件第一章至第四章
2-5 系统的脉冲响应函数 2-6 典型反馈系统传递函数
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北京航空航天大学
基本要求 1.了解建立系统动态微分方程的一般方法。 2.熟悉拉氏变换的基本法则及典型函数的拉 氏变换形式。
3.掌握用拉氏变换求解微分方程的方法。
4.掌握传递函数的概念及性质。 5.掌握典型环节的传递函数形式。
北京航空航天大学
下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式
• 开环控制 –按给定值操纵的开环控制 –按干扰补偿的开环控制 • 按偏差调节的闭环控制 • 复合控制
一、按给定值操纵的开环控制
•开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反馈 回路，输出量对系统的控制作用没有影响。
干扰 给定值
计算
执行
受控对象
北京航空航天大学
a 若 r (t ) ar ( ) 时， 为实数，则方程解 1 为 c(t ) ac1 (t ) ，这就是齐次性。
上述结果表明，两个外作用同时加于系统产生 的响应等于各个外作用单独作用于系统产生的响 应之和，而且外作用增强若干倍，系统响应也增 强若干倍，这就是叠加原理。
北京航空航天大学
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6.掌握由系统微分方程组建立动态结构图的方 法。 7.掌握用动态结构图等效变换求传递函数和用 梅森公式求传递函数的方法。 8.掌握系统的开环传递函数、闭环传递函数， 对参考输入和对干扰的系统闭环传递函数及误 差传递函数的概念。
北京航空航天大学
分析和设计任何一个控制系统，首要任务是 建立系统的数学模型。 系统的数学模型是描述系统输入、输出变量 以及内部各变量之间关系的数学表达式。 建立数学模型的方法分为解析法和实验法
北京航空航天大学
2-1控制系统微分方程的建立
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基本要求 1.了解建立系统动态微分方程的一般方法。 2.熟悉拉氏变换的基本法则及典型函数的拉 氏变换形式。
3.掌握用拉氏变换求解微分方程的方法。
4.掌握传递函数的概念及性质。 5.掌握典型环节的传递函数形式。
北京航空航天大学
下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式
• 开环控制 –按给定值操纵的开环控制 –按干扰补偿的开环控制 • 按偏差调节的闭环控制 • 复合控制
一、按给定值操纵的开环控制
•开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反馈 回路，输出量对系统的控制作用没有影响。
干扰 给定值
计算
执行
受控对象
北京航空航天大学
a 若 r (t ) ar ( ) 时， 为实数，则方程解 1 为 c(t ) ac1 (t ) ，这就是齐次性。
上述结果表明，两个外作用同时加于系统产生 的响应等于各个外作用单独作用于系统产生的响 应之和，而且外作用增强若干倍，系统响应也增 强若干倍，这就是叠加原理。
北京航空航天大学
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6.掌握由系统微分方程组建立动态结构图的方 法。 7.掌握用动态结构图等效变换求传递函数和用 梅森公式求传递函数的方法。 8.掌握系统的开环传递函数、闭环传递函数， 对参考输入和对干扰的系统闭环传递函数及误 差传递函数的概念。
北京航空航天大学
分析和设计任何一个控制系统，首要任务是 建立系统的数学模型。 系统的数学模型是描述系统输入、输出变量 以及内部各变量之间关系的数学表达式。 建立数学模型的方法分为解析法和实验法
北京航空航天大学
2-1控制系统微分方程的建立
自控原理英文版分析
Desired temperature
thermometer
operator
gas
valve
air
furnace
mixer
1-3 What is an automatic control system?
Definition of automatic control system
A control system without people involved is called automatic control system.
2. According to whether the system is satisfied the superposition principle
Linear Systems versus Nonlinear System
A linear system satisfies the properties of superposition and Homogeneity: (Principle of Superposition).
1-3 What is an automatic control system?
water level automatic control system
1-4 types and Basic components of control systems.
1. According to the form of given signal Regulator Systems versus Servo Systems (恒值系 统和随动系统）
Open-loop system, closed-loop system (feedback control systems), Compound Control systems
北京航空航天大学自动控制基础知识
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。
北航通信电路原理课件ch074
▪数字锁相环路有如下特点：
1、全部或部分采用数字电路。受干扰的影响比模拟电路小， 使工作的可靠性提高。
2、易于采用大规模集成电路。
3、在全数字锁相环路中，时钟源通常不直接受控，这将有 利于提高环路的性能。
4、应用全数字锁相环路，在一定范围内可以消除类似于模 拟锁相环路中压控振荡器控制特性的非线性、环路滤波器 传输函数的不稳定等的影响，从而改善锁相环路的性能。
7.5.4 数字锁相环（续1）
▪线性环 linear PLL（LPLL）：
•线性环LPLL是由线性元件构成的；
•鉴相器PD是四象限模拟相乘器；
•环路滤波器可采用passive lead-lag filter（Passive LL）， active lead-lag filter（Active LL）或 active PI filter （Active PI）；
Friday, May 22, 2020
《通信电路原理》--北航06年
11
7.6.2 窄带跟踪滤波器--载波跟踪环（续2）
（3）跟踪滤波器的频率特性
Friday, May 22, 2020
《通信电路原理》--北航06年
12
7.6.3 用作相干解调器中的载波恢复电路
▪对于数字调相信号，相干解调是最佳解调方式。
Vom cos[ot o (t)] (o i0 )
有： om im Hc ( j)
t
o (t) K 0 vp (t)dt
vp (t)
1 K
do (t)
dt
1 K
om cos(t )
1 K
im
Hc(
j)
cos(t
)
V' m
cos( t
1、全部或部分采用数字电路。受干扰的影响比模拟电路小， 使工作的可靠性提高。
2、易于采用大规模集成电路。
3、在全数字锁相环路中，时钟源通常不直接受控，这将有 利于提高环路的性能。
4、应用全数字锁相环路，在一定范围内可以消除类似于模 拟锁相环路中压控振荡器控制特性的非线性、环路滤波器 传输函数的不稳定等的影响，从而改善锁相环路的性能。
7.5.4 数字锁相环（续1）
▪线性环 linear PLL（LPLL）：
•线性环LPLL是由线性元件构成的；
•鉴相器PD是四象限模拟相乘器；
•环路滤波器可采用passive lead-lag filter（Passive LL）， active lead-lag filter（Active LL）或 active PI filter （Active PI）；
Friday, May 22, 2020
《通信电路原理》--北航06年
11
7.6.2 窄带跟踪滤波器--载波跟踪环（续2）
（3）跟踪滤波器的频率特性
Friday, May 22, 2020
《通信电路原理》--北航06年
12
7.6.3 用作相干解调器中的载波恢复电路
▪对于数字调相信号，相干解调是最佳解调方式。
Vom cos[ot o (t)] (o i0 )
有： om im Hc ( j)
t
o (t) K 0 vp (t)dt
vp (t)
1 K
do (t)
dt
1 K
om cos(t )
1 K
im
Hc(
j)
cos(t
)
V' m
cos( t
自控原理课件(英文版)分析
2. According to whether the system is satisfied the superposition principle
Linear Systems versus Nonlinear System
A linear system satisfies the properties of superposition and Homogeneity: (Principle of Superposition).
1-4 types and Basic components of control systems.
Example:
Desired output response (Command input)
Actuating device Controller
process plant
Output
1-4 types and Basic components of control systems.
Example: Water Level control system
Tank
Valve 1
Valve 2
Disturbance(valve 2)
Lever
Valve 1
Tank
1-4 types and Basic components of control systems.
Example: Temperature control system
Continuous Systems versus Discrete Systems 5. According to the number of I/O
SISO Systems versus MIMO Systems 6. According to the structure of the system
Linear Systems versus Nonlinear System
A linear system satisfies the properties of superposition and Homogeneity: (Principle of Superposition).
1-4 types and Basic components of control systems.
Example:
Desired output response (Command input)
Actuating device Controller
process plant
Output
1-4 types and Basic components of control systems.
Example: Water Level control system
Tank
Valve 1
Valve 2
Disturbance(valve 2)
Lever
Valve 1
Tank
1-4 types and Basic components of control systems.
Example: Temperature control system
Continuous Systems versus Discrete Systems 5. According to the number of I/O
SISO Systems versus MIMO Systems 6. According to the structure of the system
北航自控原理课件8(英文版)
2 n
1 n
2
n
When
n
, we have
A( ) 2
(8) first-order unstable component
1 G(s) Ts 1
G( j ) 1 Tj 1 1 (T ) 1
(
n
[0.10 0.2
0.3 0.4
0.6 0.8 1]
(5) Differential component
G( s) s
G( s) s 1
G( j ) j e
j
2
(6) First order differential component
G ( j ) j 1 ( ) 1 e
Example:
s 10 s 10 G1 ( s) , G2 ( s ) s 1 s 1
Magnitude plot
Magnitude of G1(j) (dB)
20 15 10 5 0 -1 10
10
0
10
1
10
2
Magnitude of G2(j) (dB)
20 15 10 5 0 -1 10
(1) The steady-state output of a control system due to a sinusoidal input signal. Consider the system output Y ( s) T ( s) R( s) . where
A R( s) 2 s 2
A( )e
where
A( )
2 n 2 n
j ( )
自动控制原理 英文版
y
y 0 y
y0
df dx
x0
f ( x)
y k x
A
x
x 0 x0 x
Example 2.5 : Elasticity equation
F ( x ) kx
suppose : k 12.65; 1.1;
F ( x ) kx
'
operating point x0 0.25
1) Identify the output and input variables of the control systems.
2) Write the differential equations of each system’s component in terms of the physical laws of the components. * necessary assumption and neglect. * proper approximation. 3) Dispel the intermediate(across) variables to get the input-output description which only contains the output and input variables. 4) Formalize the input-output equation to be the “standard” form: Input variable —— on the right of the input-output equation . Output variable —— on the left of the input-output equation. Writing the equation—according to the falling-power order.