自动控制原理第一章 控制系统导论

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。

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。