自动控制原理电子教案ch4
- 格式:ppt
- 大小:2.36 MB
- 文档页数:3
xx科技大学《自动控制原理》(经典部分)课程教案授课时间:适用专业、班级:编写人:编写时间:)())()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。
比较点前移比较点后移5、引出点的移动:移动前后保持信号的等效性。
一、教案基本信息自动控制原理电子教案课时安排:45分钟教学目标:1. 理解自动控制的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的分类和特点。
3. 了解常用自动控制器的原理和应用。
教学方法:1. 讲授:讲解自动控制的基本概念、原理和特点。
2. 互动:提问和回答,让学生积极参与课堂讨论。
3. 案例分析:分析实际应用中的自动控制系统,加深学生对知识的理解。
教学工具:1. 投影仪:用于展示PPT和视频资料。
2. 计算机:用于播放教学视频和演示软件。
二、教学内容和步骤1. 自动控制的基本概念(5分钟)讲解自动控制系统的定义、作用和基本组成。
通过举例说明自动控制系统在实际中的应用,如温度控制、速度控制等。
2. 自动控制系统的分类和特点(10分钟)讲解自动控制系统的分类,包括线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、开环系统和闭环系统等。
介绍各种系统的特点和应用场景。
3. 常用自动控制器原理和应用(15分钟)介绍常用的自动控制器,如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
讲解其原理和结构,并通过实际案例分析其应用。
4. 课堂互动(5分钟)提问和回答环节,让学生积极参与课堂讨论,巩固所学知识。
可以设置一些选择题或简答题,检查学生对自动控制原理的理解。
三、教学评价1. 课堂表现:观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等。
2. 作业完成情况:检查学生作业的完成质量,包括答案的正确性、解题思路的清晰性等。
3. 课程测试:在课程结束后进行一次测试,检验学生对自动控制原理的掌握程度。
四、教学资源1.PPT:制作精美的PPT,用于展示教学内容和实例。
2. 视频资料:收集相关自动控制原理的教学视频,用于辅助讲解和演示。
3. 案例分析:挑选一些实际应用中的自动控制系统案例,用于分析和学习。
五、教学拓展1. 开展课后讨论:鼓励学生在课后组成学习小组,针对课堂所学内容进行讨论和交流。
2. 参观实验室:组织学生参观自动控制实验室,实地了解自动控制系统的原理和应用。
《自动控制原理》电子教案自动控制原理是一门应用于工程系统中的基础课程,主要教授控制系统的基本原理、方法和技术。
本教案分为导入、教学过程、课堂活动、作业布置和教学总结五个部分。
一、导入控制系统是现代工程中不可或缺的部分,它在各个领域中都有着广泛的应用,如机械、电子、航空航天、化工等。
本课程将重点介绍控制系统的基本原理和常用的控制方法,通过理论与实践相结合的方式,让学生对自动控制有一个全面的了解。
二、教学过程1.引入控制系统的概念和意义-通过举例说明控制系统在日常生活中的应用,如电梯、温度调节器等。
-引导学生思考控制系统的目的是什么,如稳定性、精确度、鲁棒性等。
2.基本概念和术语-介绍控制系统的基本构成要素,如输入、输出、传感器、执行器等。
-解释控制系统的基本术语,如开环控制、闭环控制、反馈、控制器等。
3.数学模型建立与分析-介绍控制系统的数学建模方法,如微分方程、状态空间等。
-通过实例演示如何建立系统的数学模型,如电机控制系统、液位控制系统等。
-分析系统的稳定性和动态响应,引入根轨迹和频率响应的概念。
4.控制方法与技术-介绍常见的控制方法,如比例、积分、微分控制器,PID控制器等。
-讲解先进的控制技术,如自适应控制、鲁棒控制、优化控制等。
-针对不同的控制任务,介绍相应的控制算法和调参方法。
5.实验与仿真-安排实验课程,让学生通过实际操作来深入理解控制系统的原理和方法。
-使用仿真软件进行虚拟实验,提供学生自主学习和实践的机会。
三、课堂活动1.小组讨论:请学生分小组讨论不同控制系统的应用,并分享自己的观点和想法。
2.解答问题:教师提供一些与课程内容相关的问题,鼓励学生积极参与回答,加深对知识的理解。
3.实例分析:教师提供一些典型的控制系统实例,让学生逐步分析其数学模型和控制方法。
四、作业布置1.阅读相关文献资料,进一步了解控制系统的发展和应用。
2.完成课后习题,加强对知识的巩固。
3.准备下一堂课的报告,选择一个感兴趣的控制系统进行介绍。
第一章自动控制的一般概念第一节控制理论的发展自动控制的萌芽:自动化技术学科萌芽于18世纪,由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。
特点:简单的单一对象控制。
1. 经典控制理论分类线性控制理论,非线性控制理论,采样控制理论2.现代控制理论ﻫ3.大系统理论ﻫ4. 智能控制理论发展历程:1. 经典控制理论时期(1940-1960)研究单变量的系统,如:调节电压改变电机的速度;调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。
⏹1945年美国人Bode出版了《网络分析与放大器的设计》,奠定了控制理论的基础;⏹1942年哈里斯引入传递函数;⏹1948年伊万恩提出了根轨迹法;⏹1949年维纳关于经典控制的专著。
特点:以传递函数为数学工具,采用频率域法,研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计,而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。
2.现代控制理论时期(20世纪50年代末-60年代初)研究多变量的系统,如,汽车看成是一个具有两个输入(驾驶盘和加速踏板)和两个输出(方向和速度)的控制系统。
空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题,用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上,对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。
并推动了控制理论的发展。
⏹Kalman的能控性观测性和最优滤波理论;⏹庞特里亚金的极大值原理;⏹贝尔曼的动态规划。
特点:采用状态空间法(时域法),研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。
3.大系统控制时期(1970s-)各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂。
大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论,研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。
它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。
如:人体,我们就可以看作为一个大系统,其中有体温的控制、情感的控制、人体血液中各种成分的控制等等。
自动控制原理电子教案第 1 次课授课时间2学时授课题目(章、节)第一章绪论(1-3节)主要内容1.自动控制在各领域的应用2.自动控制的作用3.自动控制定义:自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量自动地按预先给定的规律去运行。
4.自动控制系统的基本职能元件及基本框图等5.开环控制与闭环控制目的与要求了解自动控制系统的基本职能元件、基本术语及方框图掌握自动控制定义掌握开环、闭环控制的定义、基本框图重点与难点重点:自动控制的定义、开环控制与闭环控制的定义及框图教学手段授课、例题讲解思考题或作业题1-21.1 引言 无论是人们的日常生活、工业生产,还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中,自动控制技术无所不在、无所不能。
自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。
自动控制技术是建立在控制论基础上的,而控制论研究的是控制的一般性理论,它不具体面对某一类控制系统的,因此它是一门以理论为主的课程。
自动控制理论是一门理论性和工程性的综合科学。
1.控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论(也即,它是研究系统共性的控制过程的理论,可以把实际对象的物理涵义抽象出来,因此,它一定是以数学工具作为主要研究手段的)。
2.控制理论的研究对象 控制论的研究是面向系统的。
广义地讲:控制论是研究信息的产生、转换、传递、控制和预报的科学; 狭义地讲:根据期望的输出来改变控制输入,使系统的输出能达到某中预期的效果。
3.控制论与数学及自动化技术的关系 控制论是应用数学的一个分支,它的某些理论的研究还要借助于抽象数学。
而控制论的研究成果若要应用于实际工程中,就必须在理论概念与用来解决这些实际问题的实用方法之间架起一座桥梁。
1.2 自动控制和自动控制系统 1.2.1自动控制问题的提出 人们存在着一种普遍的要求或希望,即要求某些物理量维持在某种特定的(如恒定不变或按某种规律变化或跟踪某个变化的量等等)标准上。
《自动控制原理》课程教案前言一、重要性1、自动控制原理是自动化专业主干课程,是最重要的专业基础课,该课程涉及到电路、电机拖动、电子技术等方面的知识,为学好专业课打下良好的基础。
2、自动控制原理课不仅是高校控制类专业必修课程,而且越来越多的非控制专业也列入必修课,也各高校研究生入学考试的课程。
3、自动化的核心是控制技术,控制技术的的基础是控制理论,没有先进的控制理论就没有先进的控制技术。
二、本课主要内容自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型建立、介绍线性系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析三大分析设计方法,并介绍校正的相关概念与系统校正的设计方法。
三、如何学好该课程要学好这门课程主要把握几个环节:1、知识的连续性,一环扣一环,及时消化理解;2、要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识;3、加强作业练习,作好课堂笔记;4、利用好答疑时间,发现问题及时解决;5、加强实践环节,上好实验课。
四、参考书1、卢京潮编著,自动控制原理,西北工业大学出版社,2004年9月2、蒋大明等编著,自动控制原理,清华大学出版社,2003年3月3、谢克明等编著,自动控制原理,电子工业出版社,2004年4月4、杨自厚编著,自动控制原理,冶金工业出版社,2002年5月卢京潮编著:主要特点:(1)内容较丰富;(2)有系统仿真分析;(3)第一章有相关新知识。
蒋大明等编著:主要特点:(1)系统实例较多,具有一定的实用性。
(2)主要参考第二章和第五章内容。
杨自厚编著主要特点:(1)系统设计方面讲述全面、系统。
(3)主要参考第三章、第五章和第六章内容。
五、学时分配(80学时)六、本课程自学内容1、动态误差系数(2学时)提纲:广义误差系数:动态位置误差系数、动态速度误差系数、动态加速度误差系数等。
要求:能求系统的动态误差。
所需知识:传递函数、稳态误差2、高阶系统(2学时)提纲:(1)高阶系统的单位阶跃响应。
(2)高阶系统的动态性能估算。
自动控制原理电子教案第一章:绪论1.1 自动控制的概念介绍自动控制的定义和意义解释自动控制系统的组成和功能1.2 自动控制系统的分类介绍连续控制系统和离散控制系统的区别介绍开环控制系统和闭环控制系统的区别1.3 自动控制的发展历程介绍自动控制的发展历程和重要里程碑介绍自动控制在我国的发展状况第二章:自动控制系统的数学模型2.1 数学模型的概念介绍数学模型的定义和作用解释数学模型在自动控制系统中的应用2.2 连续系统的数学模型介绍连续系统的微分方程表示法介绍连续系统的传递函数表示法2.3 离散系统的数学模型介绍离散系统的差分方程表示法介绍离散系统的Z域表示法第三章:自动控制系统的稳定性分析3.1 稳定性概念介绍系统稳定性的定义和重要性解释稳定性的判定标准3.2 连续系统的稳定性分析介绍劳斯-赫尔维茨稳定性判据介绍尼科尔斯-李雅普诺夫稳定性判据3.3 离散系统的稳定性分析介绍离散系统的稳定性判定方法介绍离散系统的劳斯-赫尔维茨判据第四章:自动控制系统的控制器设计4.1 控制器设计概述介绍控制器设计的意义和目标解释控制器设计的基本方法4.2 连续系统的PID控制器设计介绍PID控制器的原理和结构介绍PID控制器的参数调整方法4.3 离散系统的控制器设计介绍离散PID控制器的设计方法介绍离散控制器的实现和优化方法第五章:自动控制系统的仿真与实验5.1 自动控制系统仿真概述介绍自动控制系统仿真的意义和目的解释仿真软件的选择和使用方法5.2 连续系统的仿真实验介绍连续系统的仿真实验方法和步骤分析实验结果和性能指标5.3 离散系统的仿真实验介绍离散系统的仿真实验方法和步骤分析实验结果和性能指标第六章:线性系统的状态空间分析6.1 状态空间的概念介绍状态空间及其在自动控制系统中的应用解释状态向量和状态方程的含义6.2 状态空间表示法介绍状态空间表示法的基本原理解释状态转移矩阵和系统矩阵的概念6.3 状态空间分析法介绍状态空间分析法在系统稳定性、可控性和可观测性方面的应用解释李雅普诺夫理论在状态空间分析中的应用第七章:非线性系统的分析与控制7.1 非线性系统概述介绍非线性系统的定义和特点解释非线性系统分析的重要性7.2 非线性系统的数学模型介绍非线性系统的常见数学模型解释非线性方程和方程组的求解方法7.3 非线性控制策略介绍非线性控制的基本策略和方法分析非线性控制系统的性能和稳定性第八章:现代控制理论及其应用8.1 现代控制理论概述介绍现代控制理论的定义和发展历程解释现代控制理论在自动控制系统中的应用8.2 鲁棒控制介绍鲁棒控制的定义和目标解释鲁棒控制在自动控制系统中的应用和优势8.3 自适应控制介绍自适应控制的定义和原理解释自适应控制在自动控制系统中的应用和效果第九章:自动控制系统的实现与优化9.1 系统实现概述介绍自动控制系统实现的意义和目标解释系统实现的方法和技术9.2 数字控制器的实现介绍数字控制器的实现方法和步骤解释数字控制器实现中的主要技术问题9.3 系统优化方法介绍系统优化方法的定义和目标解释系统优化方法在自动控制系统中的应用和效果第十章:自动控制技术的应用案例分析10.1 工业自动化控制系统案例分析工业自动化控制系统的组成和功能解释工业自动化控制系统在工业生产中的应用案例10.2 控制系统案例分析控制系统的组成和功能解释控制系统在现代工业和生活中的应用案例10.3 航空航天控制系统案例分析航空航天控制系统的组成和功能解释航空航天控制系统在航空航天领域的应用案例重点和难点解析重点环节1:自动控制的概念与系统组成自动控制系统的定义和功能是理解自动控制理论的基础,需要重点关注。