自动控制原理第一章第四节

学习好资料欢迎下载山东科技大学《自动控制原理》（经典部分）课程教案授课时间：2007－2008学年第1学期适用专业、班级：自动化2005－1、2、3班**人：***编写时间：2007年7月)())()m n s z s p --221)(1)21)(1)i j s s T s T s ζττζ++++++ 极点形成系统的模态，授课学时：2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图（1）备注教学目的和要求1、会绘制结构图。

2、会由结构图等效变换求传递函数。

重点难点重点：结构图的绘制；由结构图等效变换求传递函数。

难点：复杂结构图的等效变换。

教学方法教学手段1、教学方法：课堂讲授法为主；用精讲多练的方法突出重点，用分析举例的方法突破难点。

2、教学手段：以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）一、引入（约3min）从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。

二、教学进程设计（一）结构图的组成（约7min）1、信号线：表示信号的传递方向。

2、方框：表示输入和输出的运算关系，即C(S)=R(S)*G(S)。

3、比较点：表示两个以上信号进行代数运算。

4、引出点：一个信号引出两个或以上分支。

（二）结构图的绘制（约40min）绘制：列写微分方程组，并列写拉氏变换后的子方程；绘制各子方程的结构图，然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来，得到系统的结构图。

例题讲解。

（二）结构图的简化（约46min）任何复杂的系统结构图，各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。

方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点，进行方框运算后，将串联、并联和反馈连接的方框合并，求出系统传递函数。

1、串联的简化：12()()()G s G s G s=2、并联的简化：12()()()G s G s G s=±3、反馈连接方框的简化：11()()1()()G ssG s H sΦ=4、比较点的移动：移动前后保持信号的等效性。

第一节自动控制的基本方式一、两个定义：（1） 自动控制：在没有人直接参与的情况卞，利用控制装置使某种设备、装置或生产过程 中的某些物理屋或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法，称为自动控制。

（2） 自动控制系统：由控制器（含测量元件）和被控对彖组成的有机整体。

或由相互关联、相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。

称为自动控制系统。

在控制系统中，把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。

系统的输入屋，通常指两种：给定输入量和扰动输入量。

给定输入量，又常称为参考较输入量，它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。

扰动输入量，又常称为干扰输入量，它是系统不希望但又客观存在的外部输入量，例如，电 源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等，都是实际系统中存在的扰动输 入量。

扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。

自动控制的基本方式二、基本控制方式（3种）1、开环控制方式⑴定义：控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式，称为开环控制方式。

具有这种控制方式的有机整体，称为开坏控制系统。

如果从系统的结构角度看，开环控制方式也可表达为，没有系统输出量反馈的控制方式。

⑵职能方框图任何开坏控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的方框图表示。

2、闭坏控制方式（1）定义：系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，参予了系统控制的方式,称为闭坏控制方式。

如果从系统的结构看，闭环控制方式也可表达为，有系统输出量反馈的控制方式。

自动控制的基本方式工作原理开环调速结构基础上引入一台测速发电机，作为检测系统输出量即电动机转速并转换为 电压。

反馈电压与给定电压比较（相减）后，产生一偏差电压，经电压和功率放人器放大后去控制 电动机的转速。

当系统处于稳定运行状态时，电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速 运行。

当系统受到某种干扰时（例如负载变人），电动机的转速会发生变化（下降），测速反馈扰动输入量输出量电压跟着变化（变小），由于给定电压值未变，偏差电压值发生变化（变人），经放人后使电动机电枢电压变化（提高），从而电动机转速也变化（上升），去减小或消除由于干扰引起的转速偏差。

自动控制原理重点第一章自动控制系统的基本概念第二节闭环控制系统的基本组成1、基本组成结构方块图如图所示2、基本元部件：（1）控制对象：进行控制的设备或过程。

（工作机械）（2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。

（电动机）（3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理量（测速发电机）（4）中间环节：一般指放大元件。

（放大器，可控硅整流功放）（5）给定环节：设定被控量的给定值。

（电位器）（6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。

（7）校正环节：用于改善系统性能。

校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。

前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。

第三节自控控制系统的分类一、按数学描述形式分类：1．线性系统和非线性系统（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

2．连续系统和离散系统（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。

连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。

（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。

离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。

计算机控制系统就是典型的离散系统。

二、按给定信号分类（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。

如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。

（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。

如跟随卫星的雷达天线系统。

（3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。

如程控机床。

第四节对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面1、系统的暂态过程2、稳定性3、动态特性4、稳态特性值得注意的是，对于同一个系统体现稳定性、动态特性和稳态特性的稳、快、准这三个要求是相互制约的。

第一章绪论第一节引言1.自动控制学科由自动控制技术和自动控制理论两部分组成。

2.自动控制理论分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。

经典控制理论也就是自动控制原理。

第二节自动控制的基本概念1.开环控制系统：系统的输出端和输入端不存在反馈回路。

2.闭环控制系统：反馈回路使系统构成闭环，并按偏差的性质产生控制作用，以减少或消除偏差的控制系统。

第三节自动控制系统的组成1.系统：由被控对象和自动控制装置按一定的方式连结起来，以完成某种自动控制任务的有机整体。

第二章自动控制系统的数学模型第一节控制系统微分方程的编写1.线性元件的微分方程2.非线性微分方程的线性化第二节传递函数1.传递函数：线性系统（或元件）在初始条件为0时，输出量的拉氏变化与输入量的拉氏变化之比称为该系统的传递函数，记为G（s）。

2.在零初始条件下，电路中的复数阻抗和电流、电压的相量及其拉氏变换之间的关系应满足各种电路定律。

3.一个传递函数只能表示一个输入量对一个输出量的关系，若输入量、输出量多于一个，则传递函数不止一个。

对于多输入、多输出的系统，显然不能用某一个传递函数来描述各变量间的关系，而要用现代控制理论中的传递矩阵来表示。

第三节控制系统的结构图及其等效变换第三章自动控制系统的时域分析第一节1.系统稳定的充分必要条件：特征方程的全部系数都是正数，并且劳斯表第一列元素都是正数。

2.由开环传递函数得到闭环系统的传递函数。

3.相对稳定性。

劳斯判定的是绝对稳定性。

4.结构不稳定系统的改进措施：改变积分环节性质和引入比例-微分环节。

第二节典型输入信号和阶跃响应性能指标1.时间响应等于瞬态响应与稳态响应的和。

2.研究自动控制系统在典型输入信号作用下输出信号随时间的变化，称为自动控制系统的时域分析。

3.根据响应曲线的特征值，比较不同系统的动态性能。

第三节1.一阶系统的动态性能指标：调节时间，无超调量、峰值时间、上升时间和振荡次数。

第四节1.系统的阻尼系数和系统的无阻尼振荡角频率决定了二阶系统的瞬态响应特征，被称为二阶系统的特征参数。

自动控制原理第一章一、自动控制系统的概念自动控制系统是指通过测量被控对象的状态或输出，并根据一定规律进行比较、判断及输出控制量的系统。

该系统可以根据实际需要分为闭环控制和开环控制两种方式。

闭环控制系统通过比较实际输出量和期望输出量之间的差异，自动调整控制量以使实际输出量达到期望值。

开环控制系统不考虑实际输出量与期望值之间的差异，只根据一定规律输出控制量。

二、自动控制系统的组成自动控制系统主要由被控对象、传感器、执行器、控制器和控制对象组成。

被控对象是需要被控制系统改变状态或输出的物理元件或过程。

传感器用于将被控对象的状态或输出转换为电信号。

执行器接收控制器输出的信号，并将其转换为被控对象状态或输出的改变。

控制器接收传感器输出的信号，并根据一定的算法对其进行处理和判断，然后输出控制信号。

控制对象是指需要控制的系统或过程。

三、自动控制系统的特点自动控制系统具有以下几个基本特点：1.反馈调节：通过传感器和执行器之间的反馈回路来实现系统的调节和稳定。

2.误差纠正：系统的输出与期望输出之间的差异会被控制器捕捉到，从而对控制信号进行修正。

3.自适应性：系统能够根据外部环境变化自动调整控制参数以适应不同工况要求。

4.稳定性：系统能够稳定工作，在一定误差范围内输出可控的状态或输出。

5.灵敏性：系统对输入信号的变化有较强的响应能力，能够及时调整控制量以保持系统稳定。

6.自动化程度高：系统能够自动地完成输入参量的检测、判决和输出控制信号的过程。

总结起来，自动控制原理第一章详细介绍了自动控制系统的概念、组成和基本特点。

了解自动控制系统的概念和特点对于深入理解后续章节的内容非常重要，为后续学习打下了良好的基础。

了解了自动控制系统的组成，可以更好地理解控制系统中各个组成部分的功能和相互关系。

同时，该章节还介绍了自动控制系统的特点，使我们对自动控制系统的工作原理和优势有了更深入的认识。