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自动控制原理简明教程第二版

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自动控制原理简明教程2

自动控制原理简明教程2
0
t
[ f 1 (t )1(t ) f 2 ( ) d ]e st dt
0 0


f 2 ( ) d f 1 (t )1(t )e st dt
0 0


令t , 则 L[ f 1 (t ) f 2 ( ) d ]
f (t ) L1[ F ( s)] t 1 e t
例3. F ( s )
1 的逆变换 2 s ( s 1) a b c 解：F ( s ) s s 1 ( s 1) 2
则a ( s 1) 2 bs( s 1) cs 1 对应项系数相等得 a 1, b 1, c 1 1 1 1 F (s) s s 1 ( s 1) 2 f (t ) 1 e t te t

1
e st dt lim
0
1 st e s

0
lim
0
2 2 1 1 s s s (1 e ) lim (1 1 ) 1 s 1! 2! 0 s
（3）例3.求指数函数f(t)= 的拉氏变 换 1 ( s a ) t 1 at st ( a s ) t F ( s) e e dt e dt e 0 0 sa sa 0 几个重要的拉氏变换
3.表示形式
a.时域：微分方程（连续系统），差分方程（离 散系统），状态方程 b.复数域：传递函数，结构图 c.频域：频率特性
三种数学模型之间的关系 线性系统 传递函数 拉氏微分方程 傅氏 频率特性 变换 变换
注：同一个系统，可以选用不同的数学模 型，研究时域响应时可以用传递函数， 研究频域响应时则要用频率特性。

自动控制原理简明教程第二版课后答案第三章习题解答案

自动控制原理简明教程第二版课后答案第三章习题解答案

=
s(s 60)( s(s +
=2
70s + 600)
=
s(s2 + 2ξ ω ns +ω
n
2
) + s +10)
显然闭环传递函数为
2ξ ω ω n2 ns +ω n2 ) (s +
2
其中 ω
n
2
= 600 ω n =10 6 2ξ ω n = 70 ξ =
7
26
根据（3-17）
h(t) = 1+
e−t /T e−t /T +
25 1 s + 6 单位阶跃响应 h(t) C(s) = s[(s + 3)2 + 16] = s − (s + 3)2 +16
1
胡寿松自动控制原 理习题解答第三章 电三刘晓峰制作
h(t) = 1− e−3t cos4t −
3 4
e−3t sin4t
3-3 已知系统脉冲响应如下，试求系统闭环传递函数 Φ（ｓ） 。 （1）k(t) = 0.0125e−1.25t （2）k(t) = 5t +10sin(4t + 450 ) （3） k(t) = 0.1(1−e−t /3 ) 解：
3
胡寿松自动控制原 理习题解答第三章 电三刘晓峰制作
h(t) = 1−
e1
−ξ ω nt
2
sin( 1−ξ ω nt +β ) 1−ξ 2 β = arccosξ σ % = e−π ξ tp = 1−π ξ 2ω ts =ξ ω 3.5n ξ =
1− ξ
2
/
n
cosβ = cos55.30 = 0.569

自动控制原理简明教程第二版课后答案第五章习题答案

自动控制原理简明教程第二版课后答案第五章习题答案

5-13 试用奈氏判据分宾判断题 5-5，5-6 系统的闭环稳定性。 解：5-5 （1）τ > T 时系统闭环稳定。 （2）T >τ 5-6 （1）ν =1 时系统闭环稳定。 （2）ν = 2,3,4 时系统闭环不稳定。 5-14 已知下列系统开环传递函数（参数 K,T,Ti > 0;i = 1,2,,6 ） ： 时系统闭环不稳定。
8
胡寿松自动控制原理习题解答第五章 电 3 刘晓峰制作
L（ω ） （dB）
60 40 20
-20 -40 -20
0
0.1 1 2 10
-40 20 -60
100ω
ω 0 − 90

−180
5-11 绘制下列函数的对数幅频渐进特性曲线：
2
（1）G(s) =
(2s +1)(8s +1) 200 （2）G(s) = s 2(s +1)(10s +1)
1
所以：G(s) = 100(0.001s/ω
1
+1)
(s
/ω 1 +1)(s /100 +1)
11
胡寿松自动控制原理习题解答第五章 电 3 刘晓峰制作
（b）G(s) = s 102 (s(s/ω /ω
21
++11) )
（c）
G(s) = (s
2
2ξ ω nKs+2ω + s
n 2
ω
n
2
)(s /10 +1)

0.5 −87.2

1 −92.1
3 −164

5 − 216

7 − 234.5
10 − 246

自动控制原理简明教程第二版课后答案第五章习题答案

自动控制原理简明教程第二版课后答案第五章习题答案

5-9 已知系统开环传递函数
10 G(s)H(s) = s(s +1)(s 2 /4 +1)
试绘制系统概略开环幅相曲线。 解：
5-10 已知系统开环传递函数
7
胡寿松自动控制原理习题解答第五章 电 3 刘晓峰制作
G(s)H(s) =
2
s
1( s
s + 921) + 3s + s 1
要求选择频率点，列表计算 A(ω ) ，L(ω )和 ϕ(ω ) ，并据此在对数坐标纸上绘制系统开环 对数频率特性曲线。
5-5 已知系统开环传递函数
G(s)H(s) = s K2 ((
τ
Ts
s+ 1 ) + 1 ) ;
K,τ ,T > 0
试分析并绘制 τ > T 和 T >τ 解：相频特性为
情况下的概略开环幅相曲线。
ϕ(ω ) =−1800 + τ ω − arctanTω
(1) τ > T 时，ϕ(ω ) >−1800 概略开环幅相曲线如下
(1) τ < T 时，ϕ(ω ) <−1800 概略开环幅相曲线如下
5-6 已知系统开环传递函数
1 G(s)H(s) = ν s (s +1)(s + 2)
4
胡寿松自动控制原理习题解答第五章 电 3 刘晓峰制作
试分别绘制 ν =1,2,3,4 时系统的概略开环幅相曲线。 解： （1）ν = 1 时系统的概略开环幅相曲线如下：
8
胡寿松自动控制原理习题解答第五章 电 3 刘晓峰制作
L（ω ） （dB）
60 40 20
-20 -40 -20
0

自动控制原理第二版答案

自动控制原理第二版答案

自动控制原理第二版答案自动控制原理是现代控制工程的基础课程之一，它涉及到信号与系统、控制系统、传感器、执行器等多个方面的知识。

本文将对自动控制原理第二版中的一些问题进行解答，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这门课程的内容。

1. 什么是控制系统的稳定性？如何评价一个控制系统的稳定性？控制系统的稳定性是指系统在受到干扰或参数变化的情况下，能够保持稳定的特性。

评价一个控制系统的稳定性通常可以通过系统的零点分布、极点分布、频率响应等方面来进行分析。

2. 什么是控制系统的根轨迹？如何利用根轨迹分析系统的稳定性？控制系统的根轨迹是指系统极点随参数变化而在复平面上移动的轨迹。

通过根轨迹分析，我们可以直观地了解系统的稳定性、超调量、调节时间等性能指标。

3. 什么是PID控制器？它的参数如何调节？PID控制器是一种常用的控制器，它由比例环节（P）、积分环节（I）、微分环节（D）三部分组成。

PID控制器的参数调节通常可以通过试错法、经验公式、优化算法等方法来进行。

4. 什么是状态空间法？它与传统的传递函数法有什么区别？状态空间法是一种描述动态系统的方法，它可以直接从系统的状态方程出发进行分析和设计。

与传统的传递函数法相比，状态空间法更加直观、灵活，可以方便地处理多输入多输出系统、时变系统等复杂情况。

5. 什么是根轨迹法？它与频域法有什么联系？根轨迹法是一种通过系统的极点来分析系统性能的方法，它与频域法有着密切的联系。

通过根轨迹法可以直观地了解系统的稳定性、超调量等性能指标，而频域法则可以通过系统的频率响应来进行分析。

通过以上问题的解答，相信大家对自动控制原理第二版中的一些概念和方法有了更深入的理解。

掌握好这些基础知识，对于进一步学习和应用控制工程领域的知识将大有裨益。

希望大家在学习过程中多多思考、多多实践，不断提高自己的能力。

自动控制原理简明教程第二版2.第二章习题答案

自动控制原理简明教程第二版2.第二章习题答案
梅森公式求得的传递函数：
P
1
n k 1
pk k

P11 P22

G6

1

G1G2G3G4G5 G2G3H2 G3H1
G3G4
H3
2-15(c) 试用梅森公式求下图的传递函数C(s)/R(s).
梅森公式求得的传递函数：
P
ed(1 bg) abcd
1 (af bg ch ehgf ) afch
(3) 代入初始条件，得到输出量的拉氏形式:
d 2c(t) 3 dc(t) 2c(t) 2r(t)
dt 2
dt
s2C(s) sc(0) c(0) 3{sC(s) c(0)} 2C(s) 2R(s)
s2C(s) s 3sC(s) 3 2C(s) 2 s
与前向通路的P1（增益=ed）对应的余子式Δ1?
1 1 bg
与前向通路的P1（增益=abcd）对应的余子式Δ2?
梅森公式求得的传递函数：
2 1
P

1
n k 1
pk k

P11 P22
1 (af
ed(1 bg) abcd bg ch ehgf ) afch
2-6.已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为 c(t) 1 e2t et
试求系统的传递函数和脉冲响应。
第一步：对系统响应进行拉氏变换
C(s) 1 1 1 s2 4s 2 1 s2 4s 2 R(s) s s 2 s 1 (s 1)(s 2) s (s 1)(s 2)
3 1
(s)

1
n k 1

自动控制原理简明教程第二版课后答案第七章习题答案


s2(0.K2s +1)
= (1− z−1)Z
s2(5sK+ 5)
1
− (1 z
− 1
)
(z5−Tz1)2
= − 5(z5−(11−)(ez−−2Te)−z3T ) (z5−T1) = ((1z−−ee−−55TT )) z(4(+z −e−15)(T )z+−1e−−56T e) −5T
−
4.0067z + 0.96 = z2 − 1.0067z + 0.0067
7
胡寿松自动控制原理习题解答第七章 电三刘晓峰制作
G2(s) R(s) G1(s) － T Gh(s) G3(s) G4(s)
(b) D2(z) D1(z) T (c) 图 7-56 闭环离散系统 N(s) T Gh(s) G1(s) G2(s)
R(s) －
T T
G1(z)
解： （a）G12(z) =
2 2 z −5.0335z+ 3 2 z +
0.0035+ 3.0067Kz+ 0.9598K = 0
(3.0067K − 5.0335)z+ 0.0035 + 0.9598K = 0
10
胡寿松自动控制原理习题解答第七章 电三刘晓峰制作
（2）G(z) = (1− z−1)Z
z−1)Z
K s2(0. 2s +1) 5K s2( s + 5)
7-3 试用部分分式法、幂级数法和反演积分法，求下列函数的 z 反变换：
10z
（1）E(z) =
(z −1)(z − 2) − 3+ z−1
（2）E(z) = 1− 2z−1 + z−2

自动控制原理简明教程第二版课程设计

自动控制原理简明教程第二版课程设计一、设计目的本次设计旨在加深学生对自动控制原理课程的理解和掌握，在实际应用中掌握抽象的理论知识。

通过本次课程设计，学生要求熟练掌握自动控制基本原理，能够综合运用所学知识分析和设计闭环控制系统，同时增强学生的动手实践能力，提高学生分析和解决实际问题的能力。

二、设计内容1. 设计题目设计题目为：基于单片机的温度控制系统。

2. 设计要求1.设计一个基于单片机的闭环温度控制系统，包含采样、处理、控制驱动等部分；2.温度范围为20℃~60℃，控制精度为±1℃；3.设计实现风扇控制，根据实际温度自动调整扇速，温度较低时自动关闭风扇；4.设计LCD显示实时温度、设定温度和控制状态。

3. 设计流程本课程设计分为以下步骤：1.确定系统硬件布局；2.完成硬件电路设计，包括传感器模块、单片机模块、风扇控制电路、LCD显示电路等；3.确定软件流程，完成单片机程序设计；4.完成系统调试和性能测试。

三、设计方案1. 系统硬件布局本次设计采用基于STM32的控制系统，主要硬件包括温度传感器，单片机模块，驱动模块等。

系统框图如下：系统框图系统框图2. 硬件电路设计2.1 温度传感器模块温度传感器采用DS18B20型号的数字温度传感器，具有较高的准确性和稳定性。

温度传感器接口图如下：温度传感器接口图温度传感器接口图2.2 单片机模块本次设计采用STM32F407VG型号的单片机，具有较强的处理能力和丰富的外设资源。

STM32F407VG芯片引脚分配图如下：STM32F407VG芯片引脚分配图STM32F407VG芯片引脚分配图2.3 驱动模块为了控制风扇的转速，需要设计一个风扇控制电路。

根据需求，本次设计采用三极管作为电压调节器，通过控制三极管开关时间来控制调节器的电流，从而达到控制风扇转速的目的。

电路图如下：驱动电路图驱动电路图2.4 LCD显示模块本次设计采用1602A型号的标准字符型液晶模块，较为简单易用。

自动控制原理第2版全篇


=
△
- + - 其中:△称为系统特征式 △= 1 ∑La ∑LbLc ∑LdLeLf+…
—∑La 所有单独回路增益之和
∑L∑和dLLebLLf—c—所有所三有个互两不两接互触回不路接增益触乘回积路之增和益乘积之
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式 去掉第k条前向通路后所求的△
x0
(x x0 )
1 d 2 f (x)
2!
dx2
x0
(x x0 )2
忽略二阶以上各项，可写成
y
f
(x0 )
df (x)
dx x0
(x
x0 )
2、对于具有两个自变量的非线性函数，设输入 量 为x1(t)和x2(t) ，输出量为y(t) ，系统正常工作 点为y0＝ f(x10, x20) 。
注意：相加点和分支点一般不能变位
25
2.3.3闭环传递函数
1、给定输入单独作用下的系统闭环传递函数
(s) G1G2 G1G2 1 G1G2H 1 Gk
2、扰动输入单独作用下的闭环系统
n
(
s)
1
G2 G1G2
H
G2 1 Gk
3、误差传递函数：误差信号的拉氏变换与输入信 号的拉氏变换之比。
（1）给定输入单独作用下的闭环系统
Er
(
s)
1
1 G1G2
H
1 1 Gk
（2）扰动输入单独作用下的闭环系统
En
(
s)
1
G2 H G1G2
H
G2H 1 Gk
4)给定输入和扰动输入作用下的闭环系统的总的输
出量和偏差输出量

自动控制原理简明教程第二版课后答案第四章习题答案

（－２＋ｊ０）点在根轨迹上，而（０＋ｊ１）， （－３＋ｊ２）点不在根轨迹上。 4-2 设单位反馈控制系统的开环传递函数
G(s) = K (3s +1) s(2s +1)
试用解析法绘出开环增益 K 从零增加到无穷时的闭环根轨迹图。 解：
系统开环传递函数为 G(s) = 3K /2(s +1/3) = K g (s +1/3) s(s +1/ 2) s(s +1/ 2)
930 θ p4 =1800 −θ −θ p1p4 p2p4 −θ −θ p3p4 p5p3 =1800 +146.450 +1350 + 900 + 75.7 =−930
根轨迹如图所示。
9
胡寿松自动控制原理习题解答第四章 电三刘晓峰制作
与虚轴的交点：令 s = jω 代入特征方程中 s5 +10.5s4 + 43.5s3 + 79.5s2 + 45.5s + K * = 0
3
胡寿松自动控制原理习题解答第四章 电三刘晓峰制作
根轨迹如图中红线所示。
有两个极点：（0＋ｊ０），（－0.5＋ｊ０），有一个零点（－1＋ｊ０）。 分离点坐标计 算如下：
1 + 1 = 1 d 2 + 2d + 0.5 = 0 解方程的 d1 =−1.7 ，d2 =−0.29 d d + 0.5 d +1
起始角 θ pi )：
（１） G(s) = K∗(s + 2)
(s +1+ j2)(s +1− j2)
解：
系统开环传递函数为 G(s) =
K∗(s + 2) K g (s + 2)
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➢1948年美国麻省理工学院出版了另一本《伺服机件原理》教材， 建立了现在广泛使用的频域法
➢1948年维纳(Wiener)在他的名著《控制论：关于在动物和机器中控 制和通信的科学》中基于信息的观点给控制论(Cybernetics)下了一 个广义的定义。而在控制工程中又称为控制理论(Control Theory)。
据 • 1892年俄国学者李亚普诺夫发表了“论运动稳定性的一般问题”的博
士论文，提出李亚普诺夫稳定性理论 • 19世纪末到20世纪前半叶，内燃机的使用 • 二次世界大战中，搭起了经典控制理论的框架，战后这些理论被公
开，并应用于一般的工业生产过程中 • 20世纪10年代，PID控制器
2020/5/22
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统实例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
2020/5/22
7
自动控制
自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用外加的设 备或装置（统称控制装置或控制器），使机器、设备或生产 过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量） 自动地按照预定的规律运行。
➢1960年在美国自动控制联合会第一届年会上首次提出 “现代控制理论”这个名词。
➢20世纪50年代是经典控制理论发展和成熟的时期。
2020iener于1948发表《控制论》(Cybernetics)，标 志着控制论学科的诞生。
2020/5/22
14
现代控制理论（20世纪60年代中期成熟）
➢20世纪50年代末60年代初，空间技术开始发展，前苏联 和美国都竞相进行了大量研究。
术与自动化装置、系统工程、模式识别与智能 系统和导航、制导与控制
• 对应本科专业：自动化（自动控制） • 难、理性很强、与数学联系密切 • 学分：3 • 时间：周一3-4节，周四1-2节 • 地点：教学一区1220 • 实验地点另行通知
2020/5/22
4
课程要求及考核方式
课程要求：
* 按时上课（无故旷课-5，迟到早退-3）
2020/5/22
2
清华大学出版社 薛定宇
中文核心期刊要目总览 (北京大学2012版）
• 自动化学报 • 控制理论与应用 • 模式识别与人工智能 • 控制与决策 • 信息与控制
• 机器人 • 系统仿真学报 • 数据采集与处理 • 传感器技术
2020/5/22
3
课程概况
• 国家一级学科：控制科学与工程 • 国家二级学科：控制理论与控制工程、检测技
12
经典控制理论（20世纪40—60年代）
➢1932年奈奎斯特(Nyquist)的《再生理论》一文，开辟了频域法的 新途径
➢1945年伯德(Bode)的《网络分析和反馈放大器设计》一文，奠定 了经典控制理论的理论基础，在西方开始形成了自动控制学科
➢1947年美国出版了第一本自动控制教材《伺服机件原理》
• 控制单元包括：双向天窗角度开闭驱动，遮阳网驱动，防虫网驱 动，通风机，喷灌滴灌定时或根据土壤水分控制，营养液自动配 制和弃液，节能加温等.智能变送单元进行数据采集,具有自诊断,自 标定等功能。
• 传感器包括测量环境参数的传感器(温、湿度、光照、二氧化碳、 土壤水分等)以及营养液成分(pH，电导、氮、磷、钾等)，小气象 传感器(风速、风向、大气温湿度和大气压等)等。
自动控制原理
王承国 wangcg@
2020/5/22
1
主要参考书
• 自动控制原理 科学出版社
胡寿松
• 自动控制原理
国防工业出版社
李友善
• 自动控制原理
华南理工大学出版社 高国燊
• 自动控制原理
清华大学出版社
吴麒
• MATLAB/Simulink与控制系统仿真
电子工业出版社 王正林
• 反馈控制系统设计与分析—— MATLAB语言应用
* 认真听讲，遵守课堂纪律
* 按时、独立完成作业
* 遇到问题及时解决
* 多看参考书、期刊杂志，深入理解课程内容
* 注意理论学习和实际应用之间的联系
考核方式：笔试、闭卷
! 考勤、实验和作业：30％
! 期末考试卷面成绩：70％
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5
设施农业的自动化控制
• 设施农业自动化检测与控制设备包括作物栽培管理专家系统、现 场总线、智能变送单元、控制单元、传感器、继电器驱动单元、 执行机构。 作物栽培管理专家系统根据温室栽培作物的专家知识经验，综合 能量最省和作物生长最适宜原则，自动调整温室的环境条件和营 养液成分。不同的作物品种、不同的生长期环境参数的上下限和 最适宜值，可以由专家设定。所有测量参数和执行结构动作情况 都记录在电脑内，可供随时查询、打印。
专业课
线性系统 制理论
2020/5/22
10
（2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑 性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应 控制、最优控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制等。
• 讨论的对象：因果系统 、工程系统 • 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 • 课程特点：研究系统的共性问题
2020/5/22
9
• 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建 立、分析与设计。
• 《自动控制原理》是本学科的专业技术核心课程。
（1）自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系。
信号与系统 电路理论
复变函数 拉氏变换
模拟电子技术
电机与拖动
线性代数
大学物理
自动控制理论
微积分
各类
现代控
自动控制理论
自动控制理论是研究自动控制问题共同规律的技术科 学，主要讲述自动控制技术的基本理论与控制系统分析与设 计的基本方法等内容。
2020/5/22
8
系统
是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它 们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
自动控制系统
能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由 控制装置和被控对象组成。
实际 系统
物理 模型
数学 模型
方法(系统组成) 分析、设计
2020/5/22
11
控制理论的发展历史
• 1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉水位调节器 • 1788年英国人瓦特(Watt)发明了蒸汽机离心式调速器 • 1877年劳斯(Routh)和赫尔维茨(Hurwitz)提出判定系统稳定的代数判