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自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。
抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。
第一章1.1 引言1.1.1 基本概念（1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。
①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。
（2）自动控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体①实体；②有机组合1.1.2 自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。
1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。
时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。
三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.（2）第二阶段。
时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。
（3）第三阶段。
时间为本世纪70年代末至今。
70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。
（1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量信号（6）偏差信号（详见课本）1.2 自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。
给定信号 f(t)输出信号c(t)e(t)控制器执行机构对象检测仪表_ 扰动信号开环控制系统 闭环控制系统复合控制系统1.2.1 开环控制系统(1)定义开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。
示意图：优点：结构简单、调整方便、成本低缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。
用于输出精度要求低的场合。
若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值1.2.2 闭环控制系统——重点控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用⑤引起振荡1.2.3 复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。
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)。
自动控制原理（全套课件）一、引言自动控制原理是自动化领域的一门重要学科，它主要研究如何利用各种控制方法，使系统在受到扰动时，能够自动地、准确地、快速地恢复到平衡状态。
本课件将详细介绍自动控制的基本概念、控制系统的类型、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，帮助学员全面掌握自动控制原理的基本理论和方法。
二、控制系统的基本概念1. 自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象按照预定规律运行的过程。
自动控制的核心在于控制器的设计，它能够根据被控对象的运行状态，自动地调整控制量，使系统达到预期的性能指标。
2. 控制系统控制系统是由被控对象、控制器、传感器和执行器等组成的闭环系统。
被控对象是指需要控制的物理过程或设备，控制器负责产生控制信号，传感器用于测量被控对象的运行状态，执行器则根据控制信号对被控对象进行操作。
三、控制系统的类型1. 按控制方式分类（1）开环控制系统：控制器不依赖于被控对象的运行状态，直接产生控制信号。
开环控制系统简单，但抗干扰能力较差。
（2）闭环控制系统：控制器依赖于被控对象的运行状态，通过反馈环节产生控制信号。
闭环控制系统抗干扰能力强，但设计复杂。
2. 按控制信号分类（1）连续控制系统：控制信号是连续变化的，如模拟控制系统。
（2）离散控制系统：控制信号是离散变化的，如数字控制系统。
四、控制系统的数学模型1. 微分方程模型微分方程模型是描述控制系统动态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的微分关系。
通过求解微分方程，可以得到系统在不同时刻的输出值。
2. 传递函数模型传递函数模型是描述控制系统稳态性能的一种数学模型，它反映了系统输入、输出之间的频率响应关系。
传递函数可以通过拉普拉斯变换得到，它是控制系统分析、设计的重要工具。
五、控制系统的稳定性分析1. 李雅普诺夫稳定性分析：通过构造李雅普诺夫函数，分析系统的稳定性。
2. 根轨迹分析：通过分析系统特征根的轨迹，判断系统的稳定性。
自动控制原理讲义第一章概述1.1自动控制系统基本概念1.2自动控制系统的组成和基本特点1.3自动控制的作用和意义1.4自动控制系统的发展历程第二章数学模型与传递函数2.1控制系统的模型化2.2传递函数的定义与性质2.3电气系统的传递函数2.4机械系统的传递函数2.5热系统的传递函数2.6液压系统的传递函数第三章时域分析与性能指标3.1控制系统的时域响应3.2控制系统的稳定性分析3.3闭环控制系统的稳态误差3.4控制系统的性能指标第四章线性系统的根轨迹法4.1根轨迹的定义与性质4.2根轨迹的绘制方法4.3根轨迹与系统性能的关系4.4根轨迹法的应用举例第五章频域分析与稳定性5.1频域分析的基本概念与方法5.2 Nyquist准则与稳定性判据5.3 Bode图与频率响应5.4频域法在系统设计中的应用第六章频域设计与校正6.1控制系统的校正问题6.2极点配置法与频率域设计6.3 Bode积分法与相位校正6.4全套控制器的设计与校正实例第七章系统鲁棒性与鲁棒控制7.1系统鲁棒性的定义与评估7.2H∞控制理论与方法7.3鲁棒控制的应用举例与原理第八章自适应控制8.1自适应控制的基本概念与原理8.2参数识别与模型跟踪8.3自适应控制器设计与应用例子8.4自适应控制的发展与前景第九章非线性系统与控制9.1非线性系统的基本概念与性质9.2非线性系统的稳定性分析9.3非线性系统的控制方法9.4非线性系统的应用实例第十章控制系统优化与参数优化10.1控制系统的优化问题10.2优化理论与方法10.3控制器参数优化的举例与原理第十一章模糊控制与神经网络控制11.1模糊控制的基本概念与原理11.2模糊控制系统的设计与应用例子11.3神经网络控制的基本概念与原理11.4神经网络控制系统的设计与应用例子第十二章智能控制与拓展12.1智能控制基本概念与发展12.2智能控制系统的设计与应用例子12.3控制系统的拓展与创新结语自动控制原理的讲义主要介绍了自动控制系统的基本概念、组成和基本特点，以及自动控制的作用和意义。
自动控制原理优秀说课模板5分钟下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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自动控制原理第一章自动控制的一般概念1.1 引言自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。
自动控制理论的任务是研究自动控制系统中变量的运动规律以及改变这种运动规律的可能性和途径，为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据。
1.2 自动控制和自动控制系统的基本概念1.2.1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中，往往需要对某些物理量(如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等)进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。
如图1-l所示是锅炉给水人工控制示意图。
人工调节是一个“检测偏差、纠正偏差”的过程。
可以用一整套自动控制仪表(自动调节器)来代替操作人员的作用。
图1-2所示是锅炉给水汽包水位自动控制示意图。
图1-2 汽包锅炉给水自动调节示意图1—过热器；2—汽包；3—省煤器；4—给水凋节阀；5—水位计任何一个控制系统，都包含着被控对象和控制器两个组成部分。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除1.2.2 开环控制系统常见的控制方式有三种：开环控制、闭环控制和复合控制。
系统的控制输入不受输出影响的控制系统称为开环控制系统。
图1-3所示的烘箱温度控制系统是一个开环控制系统。
烘箱是被控对象，烘箱的温度是被控量，也称为系统输出量。
开关设定位置为系统的给定量或输入量，电阻及加热元件可看成是调压器（控制器）。
该系统中只有输入量对输出量的单向控制作用，输出量对输入量没有任何影响和联系。
烘箱温度开环控制系统可用图1-4所示的方框图表示。
1.2.3 闭环控制系统在图1-3所示的烘箱温度开环控制系统中，加入一些装置，构成了如图1-5所示的烘箱温度闭环控制系统。
系统中，烘箱是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征烘箱温度的希望值)。
系统方框图如图1-6所示。
图1-5 烘箱温度闭环控制系统示意图图1-3 烘箱温度开环控制系统示意图图1-4 烘箱温度开环控制系统方框图通常，把从系统输入量到输出量之间的通道称为前向通道；从输出量到反馈信号之间的通道称为反馈通道。
方框图中用符号“○”表示比较环节，其输出量等于各个输入量的代数和。
这种通过反馈通道使系统构成闭环，并按偏差产生控制作用，用以减小或消除偏差的控制系统，称为闭环控制系统，或称反馈控制系统。
在系统主反馈通道中，只有采用负反馈才能达到控制的目的。
图1-6 烘箱温度闭环控制系统方框图闭环系统中系统的输出信号引回到输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号对系统进行调节，达到减小偏差或消除偏差的目的。
这就是负反馈控制原理，是闭环控制系统的核心机理。
1.2.4 复合控制系统反馈控制只有在外部作用(输入信号或干扰)对控制对象产生影响之后才能做出相应的控制。
前馈控制能使系统及时感受输入信号，使系统在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。
将前馈控制和反馈控制结合起来，构成复合控制，可以有效提高系统的控制精度。
图1-7所示的水温控制系统是一个按干扰补偿的复合控制系统。
其中，热交换器是被控对象，实际热水温度是被控量，给定量（希望温度）收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除在控制器中设定，冷水流量是干扰量。
系统方框图如图1-8所示。
1.3 控制系统示例1 室温自动控制系统图1-9所示为一室温自动控制系统，目的是将恒温室温度保持在希望值。
敏感元件测得的实际温度。
控制器将温度差通过执行机构（如可逆转电机等）开大或关小调节阀，控制热水流量的增大或减小，再由风将热量送入恒温室，直到室温与希望值一致。
这是一个典型的闭环控制系统，恒温室是被控对象，室温是被控量。
系统方框图如图1-10所示。
图1-9 室温自动控制系统示意图1—热水加热器；2—敏感元件；3—控制器；4—执行机构；5—调节阀图1-8 水温控制系统方框图_给定温度温度控制器阀门热水温度T温度传感器热交换器冷水流量蒸汽流量流量计_-收集于网络，如有侵权请联系管理员删除2 电压调节系统电压调节系统如图1-11所示。
该系统中，发电机是被控对象，发电机的输出电压是被控量，给定量是给定电位器设定的电压r u 。
系统方框图如图1-12所示。
3 水位控制系统图1-13所示的水位控制系统目的是控制水位到希望高度。
浮子是测量元件，连杆起比较作用，比较期望水位与实际水位之差，同时推动电位器滑臂移动。
电位器输出电压反映误差的大小和方向，电压经放大器放大后驱动直流伺服电动机，其转轴经减速器后拖动进水阀门，对系统施加控制作用。
图1-12 电压调节系统方框图图1-11 电压调节系统示意图图1-10 室温自动控制系统方框图干扰_设定温度调节器执行机构室温感温元件热水加热器调节阀房间收集于网络，如有侵权请联系管理员删除水位调节系统中，水池是被控对象，水池的水位是被控量，给定量是给定电位器设定的电压e u 。
系统方框图如图1-14所示。
4 制冷系统制冷系统通常由冷凝器、压缩机、蒸发器及电子膨胀阀等装置组成，其工作原理如图1-15所示。
压缩机将制冷剂压缩后送入冷凝器，在冷凝器中制冷剂被冷却后变成液体，液体制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中吸收热量蒸发。
系统中蒸发回路的任务是通过电子膨胀阀的开度来控制蒸发器的热量。
图1-13 水位控制系统示意图图1-14 水位控制系统方框图 图1-15 制冷系统工作原理图压缩机冷凝器蒸发器电子膨胀阀制冷剂收集于网络，如有侵权请联系管理员删除制冷系统中蒸发控制回路方框图见图1-16，其中电子膨胀阀是执行机构，蒸发器为被控对象，蒸发器的过热度为被控值。
1.4自动控制系统的基本组成 图1-17是典型自动控制系统的功能框图。
图中的每一个方框，代表一个具有特定功能的元件。
除被控对象外，控制装置通常是由测量元件、比较元件、放大元件、执行机构、校正元件以及给定元件组成。
被控对象 指生产过程中需要进行控制的工作机械、装置或生产过程。
描述被控对象工作状态的、需要进行控制的物理量是被控量。
给定元件 主要用于产生给定信号或控制输入信号。
测量元件 用于检测被控量或输出量，产生反馈信号。
如果测出的物理量属于非电量，一般要转换成电量以便处理。
比较元件 用来比较输入信号和反馈信号之间的偏差。
可以是一个差动电路，也可以是一个物理元件（如电桥、自整角机等）。
图1-17 典型反馈系统方框图图1-16 蒸发器过热控制系统方框图 控制器电子膨胀阀 蒸发器检测装设定值＋－过热度放大元件用来放大偏差信号的幅值和功率，使之能够推动执行机构调节被控对象。
例如功率放大器、电液伺服阀等。
执行机构用于直接对被控对象进行操作，调节被控量。
如阀门，伺服电动机等。
校正元件用来改善或提高系统的性能。
常用串联或反馈的方式连接在系统中。
例如RC网络、测速发电机等。
1.5 自动控制系统的分类及基本要求1.5.1 自动控制系统的分类自动控制系统按照不同的特征和标准，有不同的分类方法。
1. 按控制系统的结构，可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
2. 按给定信号的形式，可将控制系统划分为恒值控制系统和随动控制系统。
3. 按系统参数是否随时间变化，可以将控制系统分为定常系统和时变系统。
4. 按控制系统的动态特性分类，可分为线性控制系统和非线性控制系统。
5. 按控制系统闭环回路的数目分类，可分为单回路控制系统和多回路控制系统。
6. 按照输入信号和输出信号的数目分类，可将系统分为单输入单输出系统和多输人多输出系统。
7. 按控制动作和时间的关系分类，可分为连续控制系统和离散控制系统。
1.5.2 对自动控制系统的基本要求在输入量的作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态的中间变化过程称过渡过程，又称瞬态过程。
过渡过程结束后的输出响应称为稳态过程。
系统的输出响应由过渡过程和稳态过程组成。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除对系统品质指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。
稳：是指系统的稳定性。
稳定性是系统重新恢复平衡状态的能力。
任何一个能够正常工作的控制系统，首先必须是稳定的。
稳定是对自动控制系统的最基本要求。
由于闭环控制系统有反馈作用，控制过程有可能出现振荡或发散。
如图1-18中曲线3、曲线4和5所示。
这些情况就称系统不稳定。
准：是对系统稳态（静态）性能的要求。
对一个稳定的系统而言，当过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，是衡量系统控制精度的重要指标。
稳态误差越小，系统的准确性越好。
快：是对系统动态性能（过渡过程性能）的要求。
描述系统动态性能可以用平图1-18 系统的单位阶跃响应过程稳性和快速性加以衡量。
平稳指系统由初始状态运动到新的平衡状态时，具有较小的过调和振荡性；快速指系统运动到新的平衡状态所需要的调节时间较短。
动态性能是衡量系统质量高低的重要指标。
各种不同系统对三项性能指标的要求会有所侧重。
例如恒值系统一般对稳态性能限制比较严格，随动系统一般对动态性能要求较高。
同一个系统，上述三项性能指标之间往往是相互制约的。
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