《自动控制理论》讲稿(完整版)

⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。

(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。

(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。

(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。

(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。

常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。

被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。

控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。

给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。

给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。

除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。

⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。

3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。

在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。

复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。

5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。

1.1 自动控制理论的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制理论的应用领域二、数学基础2.1 线性代数基础2.2 微积分基础2.3 常微分方程2.4 拉普拉斯变换三、经典控制理论3.1 概述3.2 传递函数3.3 系统稳定性分析3.4 系统响应分析3.5 系统校正设计四、现代控制理论4.1 状态空间描述4.2 状态空间分析4.3 控制器设计4.4 观测器设计4.5 系统李雅普诺夫稳定性分析五、线性二次调节器5.2 性能指标5.3 调节器设计5.4 数字实现六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解6.3 非线性系统的分析和设计方法6.4 非线性控制系统的应用实例七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念7.2 模糊控制规则和推理方法7.3 模糊控制器的设计7.4 模糊控制系统的仿真和应用八、自适应控制系统8.1 自适应控制的基本概念8.2 自适应控制算法8.3 自适应控制系统的性能分析8.4 自适应控制的应用实例九、智能控制系统9.1 智能控制的基本概念9.2 人工神经网络在自动控制中的应用9.3 遗传算法在自动控制中的应用9.4 模糊神经网络在自动控制中的应用十、自动控制技术的应用10.1 工业自动化10.2 交通运输自动化10.3 生物医学工程自动化10.4 家居自动化六、非线性控制系统6.1 非线性系统的特点6.2 非线性方程和方程组的求解求解非线性方程和方程组通常需要使用数值方法，如牛顿法、弦截法和迭代法等。

6.3 非线性系统的分析和设计方法对于非线性系统，常用的分析方法有相平面分析、李雅普诺夫方法和描述函数法等。

设计方法包括反馈线性化和滑模控制等。

6.4 非线性控制系统的应用实例例如，臂的控制、电动汽车的稳定控制等。

七、模糊控制系统7.1 模糊控制理论的基本概念模糊控制是一种基于的控制方法，它通过模糊逻辑对系统的输入和输出进行处理，从而实现控制目的。

讲稿2012～2013学年第一学期邯郸学院制实验一典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= -R2/R12.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= - K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=1/TST=RC4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）= - RCS5.比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）= K（TS+1）K=R2/R1，T=R2C6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。

G（S）=K（1+1/TS）K=R2/R1，T=R2C五、实验步骤1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。

2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

比例环节3.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-1)。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应] 。

5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。

在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。

7.记录波形及数据（由实验报告确定）。

惯性环节8.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-2)。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

9.实验步骤同4～7积分环节10.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-3)。

自动控制理论的哲学讲稿<草稿）宁永臣2018.3.4哲学是科学工作者对其思想意识进行有效操作的唯一工具。

素质教育、创新人才培养的本质性基础之一是科学教育与人文教育的融合与统一，即一元化教育。

由于近代工业革命的结果，两者的割裂<多元化教育）使得哲学或给力不够、或离我们渐行渐远，其对科学研究的指导作用<反思、批判、预见）也越来越小。

一个科学工作者有了某种创新思想，却不懂得如何对其思想进行有效的、全方位的梳理和升华，一个科学工作者在取得了阶段性创新成果之后，却不懂得如何对其成果进行价值的总体判断和预见，在某种程度上，很难说不是我们至今都培养不出世界大师、诺贝尔奖获得者的重要原因之一。

b5E2RGbCAP因此，在授课过程中，对自动控制理论的内容、方法和意义进行适当的哲学分析，应成为本课程最为重要的核心内容之一。

因为，既使抛开这一主动意义，自动控制理论本身也带有浓重的方法论色彩，有必要对此加以强调或突出。

这种哲学分析为我们认识自动控制理论问题、解决自动控制理论问题提供了丰富的视角，是学习好、运用好自动控制理论的认识论基础与方法论基础。

p1EanqFDPw一、自动控制理论的定性自动控制理论的性质、研究的对象和任务自动控制理论<原理）是一门关于自动控制规律的技术科学【性质】，它研究系统各组成部分之间的信息传递规律和控制规律【对象】。

其任务是给定一个被控对象或过程后，按工程或其它需要给定一<组）性能指标要求，然后再依据实际上的限制与约束，设计控制器来控制这个被控对象或过程以满足性能指标要求。

从理论上讲，自动控制理论<原理）要回答的问题正是针对上述要求下能不能做和怎样做两个问题【任务】。

DXDiTa9E3d二、自动控制理论所涉及的三对哲学范畴1.作用与反作用<可解释反馈原理）2.原因与结果<可解释反馈原理）3.可能性与现实性<可解释能控性与能观测性）三、控制科学中的反馈与哲学范畴中的反馈所谓“认识论”是研究人类认识的本质及其发展过程的哲学理论。

自动控制原理打印自动控制原理1一、简答题（每小题5分，共25分）36.为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同 ? 举例说明。

37.一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数T ？其调整时间t s和时间常数T有何关系，为什么？38.什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。

39.什么是偏差信号？什么是误差信号？它们之间有什么关系?40.根轨迹的分支数如何判断？举例说明。

二、计算题（第41、42题每小题5分，第43 、44题每小题10分，共30分）41.求图示方块图的传递函数，以X i (s)为输入，X0 (s)为输出。

42.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。

43.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为20%，峰值时间为2秒，试确定K和K1值。

44.系统开环频率特性由实验求得，并已用渐近线表示出。

试求该系统的开环传递函数。

(设系统是最小相位系统)。

自动控制原理436. 简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。

37.二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？38. 用文字表述系统稳定的充要条件。

并举例说明。

39.在保证系统稳定的前提下，如何来减小由输入和干扰引起的误差？40.根轨迹的渐近线如何确定？41.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。

42.求如下方块图的传递函数。

Δ43.已知给定系统的传递函数)1(10)(+=s s s G ，分析系统由哪些环节组成，并画出系统的Bode 图。

44.已知单位反馈系统的开环传递函数)12)(1()(++=s s s k s G k ， (l)求使系统稳定的开环增益k 的取值范围； (2)求k =1时的幅值裕量；(3)求k =1.2，输入x (t )=1+0.06 t 时的系统的稳态误差值e ss 。

自动控制原理636. 如何求取系统的频率特性函数？举例说明。

37.为什么二阶振荡环节的阻尼比取ξ=0.707较好，请说明理由。

自动控制理论的哲学讲稿<草稿）宁永臣2018.3.4哲学是科学工作者对其思想意识进行有效操作的唯一工具。

素质教育、创新人才培养的本质性基础之一是科学教育与人文教育的融合与统一，即一元化教育。

由于近代工业革命的结果，两者的割裂<多元化教育）使得哲学或给力不够、或离我们渐行渐远，其对科学研究的指导作用<反思、批判、预见）也越来越小。

一个科学工作者有了某种创新思想，却不懂得如何对其思想进行有效的、全方位的梳理和升华，一个科学工作者在取得了阶段性创新成果之后，却不懂得如何对其成果进行价值的总体判断和预见，在某种程度上，很难说不是我们至今都培养不出世界大师、诺贝尔奖获得者的重要原因之一。

b5E2RGbCAP因此，在授课过程中，对自动控制理论的内容、方法和意义进行适当的哲学分析，应成为本课程最为重要的核心内容之一。

因为，既使抛开这一主动意义，自动控制理论本身也带有浓重的方法论色彩，有必要对此加以强调或突出。

这种哲学分析为我们认识自动控制理论问题、解决自动控制理论问题提供了丰富的视角，是学习好、运用好自动控制理论的认识论基础与方法论基础。

p1EanqFDPw一、自动控制理论的定性自动控制理论的性质、研究的对象和任务自动控制理论<原理）是一门关于自动控制规律的技术科学【性质】，它研究系统各组成部分之间的信息传递规律和控制规律【对象】。

其任务是给定一个被控对象或过程后，按工程或其它需要给定一<组）性能指标要求，然后再依据实际上的限制与约束，设计控制器来控制这个被控对象或过程以满足性能指标要求。

从理论上讲，自动控制理论<原理）要回答的问题正是针对上述要求下能不能做和怎样做两个问题【任务】。

DXDiTa9E3d二、自动控制理论所涉及的三对哲学范畴1.作用与反作用<可解释反馈原理）2.原因与结果<可解释反馈原理）3.可能性与现实性<可解释能控性与能观测性）三、控制科学中的反馈与哲学范畴中的反馈所谓“认识论”是研究人类认识的本质及其发展过程的哲学理论。