自动控制原理-第一章 控制系统导论(1)

自动控制原理简明教材胡寿松图书目录前言第一章控制系统导论1-1 自动控制的基本原理1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 自动控制系统的基本要求习题第二章控制系统的数学模型2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换2-2 控制系统的时域数学模型2-3 控制系统的复数域数学模型2-4 控制系统的结构图与信号流图2-5 数学模型的实验测定法习题第三章线性系统的时域分析法3-1 系统的时域性能指标3-2 一阶系统的时域分析3-3 二阶系统的时域分析3-4 高阶系统的时域分析3-5 线性系统的稳定性分析3-6 线性系统的稳态误差计算习题第四章线性系统的根轨迹法4-1 根轨迹法的基本概念4-2 常规根轨迹的绘制法则4-3 广义根轨迹4-4 系统性能的分析习题第五章线性系统的频域分析法5-1 频率特性5-2 典型环节与开环系统频率特性5-3 频域稳定判据5-4 频域稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标习题第六章线性系统的校正方法6-1 系统的设计与校正问题6-2 常用校正装置及其特性6-3 串联校正6-4 反馈校正习题第七章线性离散系统的分析7-1 离散系统的基本概念7-2 信号的采样与保持7-3 ｚ变换理论7-4 离散系统的数学模型7-5 离散系统的稳定性与稳态误差7-6 离散系统的动态性能分析习题第八章非线性控制系统分析8-1 非线性控制系统概述8-2 常见非线性特性及其对系统运动的影响8-3 描述函数法习题。

教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）负反馈原理——构成闭环控制系统的核心把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。

负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统1）有反馈，信号流动构成闭回路。

2）按偏差进行控制。

对应的系统方框图为：由原理图画方块图的步骤：①看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。

②从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。

③依原理图补上中间部分。

4.反馈控制系统的基本组成①测量元件：测量被控量②比较元件：产生偏差信号③放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大④执行机构：对被控对象施加作用⑤校正元件：改善系统性能⑥给定元件：给出输入信号5.自动控制系统的基本控制方式a.开环（信号单向流动）特点：简单、稳定、精度低。

b.闭环（信号有反向作用）特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。

c.复合（前向联系、反向作用）特点：性能要求高时用之。

1-2 自动控制系统实例1.函数记录仪（P.7-8）2教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）2.电阻炉微型计算机温度控制系统（P.8-9）3.锅炉液位控制系统（P.9-10）1-3自控系统的分类1.线性连续控制系统微分方程：)()()()()()()()(1111txtadttdxtadttxdtadttxdtacncnncnncn++++---=)()()()()()()()(1111txtbdttdxtbdttxdtbdttxdtbrmrnmrmmrm++++---式中)(txr——系统的输入量；)(txc——系统的输出量。

系数a0(t)，a1(t)……a n(t)，b0(t)，b1(t)……b m(t)是常数时，称为定常系统，随时间变化时，称为时变系统。

定常系统分为：恒值系统、随动系统和程序控制系统1）恒值控制系统恒值系统的给定量是恒定不变的，如恒速、恒温、恒压等自动控制系统，这种系统的输出量也应是恒定不变的。

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。

第一章控制系统导论1、自动控制系统的组成：控制器、被控对象、反馈环节、给定装置等。

2、自动控制系统基本控制方式：开环控制、闭环控制和复合控制三种方式。

3、反馈是将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入量进行比较的过程。

反馈有正反馈和负反馈1pj(j=1,2,…,n)分别称为传递函数的零点和极点,K1称为传递函数的增益（或根轨迹增益）。

4、传递函数的概念适用于线性定常系统，传递函数的结构和各项系数包括常数项完全取决于系统本身结构；它是系统的动态数学模型，与输入信号的具体形式和大小无关，不反映系统的内部信息。

5、传递函数是在零初始条件下定义的。

但是，对输入量加于系统之前, 系统处于稳定工作状态的情况同样适用。

6、传递函数不能（能或不能）反映系统或元件的学科属性和物理性质。

物理性质和学科类别截然不同的系统可能（可能或不可能）具有完全相同的传递函数。

1345、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ωn 一定，ζ与系统性能的关系：0< ζ <1欠阻尼，衰减振荡；ζ＝1临界阻尼，单调上升；ζ >1过阻尼，单调上升；ζ =0无阻尼，等幅振荡。

6、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ωn 一定，ζ越大，平稳性越好，但是，上升速度越慢，快速性越差。

0.4＜ζ＜0.8，快速性和平稳性均较好。

7、二阶系统的阶跃响应性能定性分析可知，ζ一定时，ωn越大，上升速度和调节速度越快，且ωn 的变化不改变系统的平稳性。

7、二阶系统，阻尼比ζ越小，超调量越大，平稳性越差，调节时间ts长；ζ过大时，系统响应迟钝，调节时间ts也长，快速性差；ζ=0.7，调节时间最短，快速性最好，而超调量σ%<5%，平稳性也好，故称ζ891213.14那么其相应的瞬态分量持续时间较短。

对系统暂态性能的影响就小。

15、当某极点pj靠某零点zi很近，相应瞬态分量的系数就越小，极端情况下, 当pj和zi重合时，该零极点为偶极子，对系统的瞬态响应没有影响。

自动控制原理课程教案第一章自动控制系统导论本章教学目标：1使学生掌握自动控制系统的相关概念2使学生理解和掌握自动控制的基本原理3使学生了解自动控制系统的分类和基本要求本章基本要求：1正确理解和掌握负反馈控制的原理2了解控制系统的组成与分类3能确定被控系统的被控对象，被控量和给定量，掌握根据原理图绘制系统方框图的方法。

本章各节的教学内容:1自动控制系统的基本原理2自动控制系统分类3对控制系统的基本要求4自动控制的发展简史5控制系统设计概论本章教学重点：1要求学生了解自动控制系统基本概念、基本变量、基本组成及工作原理2理解信息反馈的含义和作用，区别开环控制和闭环控制3绘制控制系统方框图本章教学内容的深化和拓宽：使学生了解更多工程实际中所用的控制系统，并深入了解它们的工作原理。

本章教学方式：采用工程实例和设疑方法引导学生用系统论，信息论观点分析广义系统的动态特征、信息流，理解信息反馈的作用。

绘制控制系统方框图。

在讲述控制理论发展史引入我国古代指南车和“二弹一星”特殊贡献科学家——钱学森在自动控制理论方面的成就，进行爱国主义和专业教育。

在讲述控制系统系统设计概论，引用转台转速控制和磁盘驱动读取系统的设计实例，强化设计训练。

本章教学过程中应注意的问题：本章概念较多，多举事例说明，以吸引学生的兴趣。

本章主要参考书目：《自动控制原理》吴秀华主编，中国水利水电出版社，2006年《自动控制原理》修订版，孙亮，北京工业大学出版社，2006 年《自动控制原理》胡寿松，北京航空航天大学，2006 年。

《自动控制原理》黄家英主编，东南大学出版社，1991年《自动控制原理》李友善主编，国防工业出版社，1989年《控制理论基础》王显正、陈正航主编，科学出版社，2000年第二章控制系统的数学模型本章教学目标：通过本章学习，使学生掌握不同域对应的不同种类的数学模型，学会系统微分方程和传递函数的求法，能绘制系统结构图和信号流图，会用结构图等效变换和梅森公式求系统的传递函数。