电气自动控制原理与系统(第三版)

自动控制原理第三版自动控制原理（第三版）1. 引言自动控制是一门研究如何实现系统的稳定和性能优化的学科。

它广泛应用于工业、交通、能源等领域，为提高生产效率、资源利用率和安全性起到重要作用。

2. 控制系统基础2.1 系统建模系统建模是控制系统设计的基础。

它可以将实际系统抽象为数学模型，以便进行分析和设计控制策略。

2.2 信号与系统信号与系统是理解控制系统行为的重要工具。

常用的信号类型有连续时间信号和离散时间信号，而系统可以通过输入输出关系进行描述。

3. 线性控制系统3.1 常见控制器比例控制器、积分控制器和微分控制器是常见的线性控制器。

它们根据系统误差的不同类型，分别进行修正和控制。

3.2 闭环控制系统闭环控制系统通过测量系统输出，并与期望输出进行对比，从而实现误差修正。

闭环控制系统更稳定，但需要合适的设计方案。

4. 非线性控制系统4.1 反馈线性化反馈线性化是一种处理非线性系统的方法。

它通过改变系统输入和输出，使得系统在某种条件下可以近似为线性系统进行控制。

4.2 多变量控制系统多变量控制系统涉及多个输入和输出变量的控制。

它需要考虑各个变量之间的相互影响，以及设计相应的控制策略。

5. 齐次与非齐次系统5.1 齐次系统齐次系统是其输入与输出之间的关系满足齐次性的系统。

它的特点是具有线性、时不变、可加性等性质。

5.2 非齐次系统非齐次系统是不满足齐次性的系统。

它可能由于扰动或非线性因素而引起输出与输入之间的差异。

6. 状态空间法6.1 状态空间模型状态空间模型是一种用状态变量表示系统状态的方法。

它更直观地描述了系统的动态行为，并便于进行分析和控制。

6.2 状态反馈控制状态反馈控制通过测量系统状态，并与期望状态进行对比，从而实现误差修正。

它在系统稳定性和性能优化方面具有重要意义。

7. 控制系统设计7.1 控制系统设计步骤控制系统设计通常包括建模、分析、控制器设计和仿真等步骤。

每一步都需要合理和有效地完成，以确保设计的最终效果。

自动控制原理第三版答案自动控制原理是一门涉及电子、机械、计算机等多学科知识的综合性学科，它主要研究如何利用各种控制设备和系统，对被控对象进行稳定、精确的控制。

在现代工业生产和日常生活中，自动控制技术已经得到了广泛的应用，因此，对自动控制原理的深入理解和掌握显得尤为重要。

本文将针对自动控制原理第三版的相关问题进行详细解答，希望能为读者提供一些帮助。

1. 什么是自动控制原理？自动控制原理是一门研究控制系统的基本原理和方法的学科。

它主要包括控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析、校正设计等内容。

通过对被控对象的特性和控制器的设计，实现对被控对象的精确、稳定的控制。

2. 自动控制原理的基本原理是什么？自动控制原理的基本原理包括反馈原理、控制器设计原理、稳定性分析原理等。

其中，反馈原理是自动控制原理的核心之一，它通过对被控对象输出信号与期望值的差异进行反馈调节，实现对被控对象的控制。

控制器设计原理则是根据被控对象的特性和要求，设计出合适的控制器结构和参数。

稳定性分析原理则是通过数学方法对控制系统的稳定性进行分析和评估。

3. 自动控制原理的应用领域有哪些？自动控制原理的应用领域非常广泛，包括工业自动化、航空航天、交通运输、电力系统、生物医学工程等。

在工业自动化中，自动控制原理被应用于生产线控制、机器人控制、自动化仓储等方面；在航空航天领域，自动控制原理被应用于飞行器的姿态控制、导航控制等方面；在交通运输领域，自动控制原理被应用于交通信号控制、自动驾驶等方面；在电力系统中，自动控制原理被应用于发电厂的调度控制、电力系统的稳定控制等方面；在生物医学工程中，自动控制原理被应用于生命支持系统的控制、医疗设备的控制等方面。

4. 自动控制原理的未来发展趋势是什么？随着科学技术的不断进步和社会需求的不断增长，自动控制原理将会朝着智能化、网络化、集成化的方向发展。

智能化主要体现在控制系统的智能化设计和控制算法的智能化应用；网络化主要体现在控制系统的网络化通信和远程监控；集成化主要体现在多种控制系统的集成和系统的整体优化。

自动控制原理第三版教学反思自动控制原理是电气工程专业的一门重要课程，主要介绍自动控制理论、方法和应用。

本文旨在对自动控制原理教学进行反思和总结，以期对今后的教学实践提供一些借鉴和启示。

教学内容自动控制原理教学的内容主要包括控制系统基础知识、控制系统分析与设计、PID控制器以及现代控制理论等方面。

在控制系统基础知识方面，教师应该重点介绍控制系统的基本组成、过程控制和制造业中的应用。

在控制系统分析与设计方面，教师应该系统地介绍系统的数学描述方法和分析设计方法，包括传递函数、频率响应、根轨迹等。

在PID控制器方面，教师应该详细介绍PID控制器的各种设计方法、参数调节方法和应用实例。

在现代控制理论方面，教师应该介绍控制系统的状态空间表达和相应的设计方法、H∞控制理论、自适应控制和模糊控制等内容。

教学方法在自动控制原理教学的过程中，教师应使用多种不同的教学方法来促进学生的学习和思考。

在传授理论知识时，教师应该使用讲授、例题演示、PPT、视频等多种方法来帮助学生理解掌握知识点。

在实践操作环节，教师应该注重培养学生应用所学知识的能力，对所学理论进行实际应用，提高学生的实际操作能力。

在教学过程中，教师应该注重启发学生的思维，引导学生寻找和解决问题的方法，培养学生的创新能力和动手能力。

教学评价在自动控制原理教学中，评价也是非常重要的一个环节。

教师应该引导学生对课程内容进行自我评价和讨论，帮助学生找出自己存在的学习问题和不足。

教师在进行教学评价时，应该注重学生综合素质的培养，既重视学生的学科知识水平，也注重学生的动手能力、思维能力、创新能力和综合应用能力等方面。

教师还应该引导学生进行课堂外的综合评价，例如在参加比赛、项目合作等实际工程应用过程中提高学生的实际操作能力和团队协作能力。

教学改进教学改进是教育教学工作中必经的一个环节。

在自动控制原理教学中，教师应该注重对教学改进方案的研究和实践，以提高教学效果。

教师可以引入新的教学资源和手段，例如网络教育、教育APP、智能化教学设备等，拓展学生的学习视野。

自动控制原理与系统，第三版第一章自动控制系统概述填空1.所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程等进行自动调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。

（1.1）2.18世纪瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸气机转速保持恒定。

(1.1)3.若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，这样的系统称为开环控制系统。

(1.2)4.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为闭环控制系统。

(1.2)5.反馈信号与输入信号的极性相同则称为正反馈。

(1.3)6.恒值控制系统的特点是输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。

(1.4)7.随动系统的特点是输入量是变化着的，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化。

(1.4)8.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。

(1.5)9.控制系统的动态指标通常用最大超调量、调整时间和振荡次数来衡量。

(1.5)10.经典控制理论是建立在传递函数概念基础之上的。

(1.6)11.现代控制理论是建立在状态变量概念基础之上的。

(1.6)单选1.在自动控制系统的性能指标中，最重要的性能是() (1.5)动态性能稳定性稳态性能快速性双选1.若系统的输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，这样的系统称为() (1.2)开环控制系统闭环控制系统前馈控制系统反馈控制系统复合控制系统2.开环控制系统的适用场合是() (1.2)系统的扰动量影响不大系统的扰动量大且无法估计控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节系统的扰动量可以预计并能进行补偿3.闭环控制系统的适用场合是() (1.2)系统的扰动量影响不大控制精度达不到预期要求系统未设反馈环节系统的扰动量大系统的扰动量可以预计并能进行补偿4.自动控制系统按输入量变化的规律可分为恒值控制系统和() (1.4)连续控制系统伺服系统过程控制系统离散控制系统时变系统5.自动控制系统按系统的输出量和输入量间的关系可分为() (1.4)连续控制系统离散控制系统线性系统非线性系统定常系统6.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，例如() (1.4)火炮控制系统自动调速系统雷达导引系统刀架跟随系统水位控制系统简答1. 简述开环控制和闭环控制的优缺点及适用场合。

自动控制原理第三版自动控制原理是现代工程技术中的重要基础学科，它研究自动控制系统的基本原理和方法，是控制科学与工程技术的基础。

自动控制原理第三版是对自动控制原理的系统性总结和深入探讨，本文将从控制系统的基本概念、数学模型、控制器设计、稳定性分析等方面展开阐述。

首先，控制系统是由被控对象、控制器和执行器组成的，它通过对被控对象的测量和反馈来实现对被控对象的控制。

被控对象可以是机械系统、电气系统、化工系统等，控制器则根据被控对象的特性设计，执行器则负责将控制器输出的信号转化为控制对象的控制量。

控制系统的数学模型是对控制系统的动态特性进行描述的数学方程，它可以通过传递函数、状态空间等形式进行描述，是控制系统分析与设计的基础。

其次，控制器设计是控制系统的关键环节，它的设计要求能够满足控制系统对被控对象的控制要求。

常见的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器、神经网络控制器等，它们都有各自的特点和适用范围。

稳定性分析是对控制系统稳定性进行研究的过程，它通过对控制系统的特征方程进行分析，判断控制系统在不同工况下的稳定性。

最后，自动控制原理第三版还介绍了现代控制理论中的一些新进展，如鲁棒控制、自适应控制、模糊控制等，这些新的理论和方法为控制系统的分析与设计提供了新的思路和工具。

同时，本书还介绍了一些实际控制系统的应用案例，如飞行器控制系统、机器人控制系统、工业控制系统等，这些案例可以帮助读者更好地理解控制系统的应用与实践。

总之，自动控制原理第三版是对自动控制原理的系统性总结和深入探讨，它涵盖了控制系统的基本概念、数学模型、控制器设计、稳定性分析等方面的内容，同时还介绍了现代控制理论中的一些新进展和实际控制系统的应用案例，是一本理论与实践相结合的优秀教材。

希望本书能够对读者在自动控制原理的学习与研究中起到一定的帮助和指导。

自动控制原理第三版自动控制原理（第三版）第一章引论本章简要介绍了自动控制的基本概念和发展历程，并对自动控制系统的组成和基本原理进行了概述。

通过对自动控制领域的引言，为后续章节的学习提供了基础。

第二章数学模型的建立与分析本章详细介绍了建立自动控制系统数学模型的方法和技巧。

包括对连续和离散系统的建模过程，以及常见系统的数学描述方法。

此外，还对模型的稳定性和性能进行了分析，为后续章节中的控制器设计提供了理论基础。

第三章传递函数本章主要讨论了连续系统的传递函数表示方法，并介绍了常见的传递函数运算技巧。

通过对传递函数的深入研究，为后续章节中的控制器设计和分析提供了工具和方法。

第四章控制系统的时域分析方法本章介绍了控制系统在时域分析中应用的方法和技巧。

包括对单位阶跃响应和单位冲激响应的分析，以及通过阶跃响应法进行系统参数估计的方法。

通过对时域分析的深入学习，可以更好地理解和分析控制系统的动态响应。

第五章控制系统的频域分析方法本章主要介绍了控制系统在频域分析中的应用。

包括对频率响应曲线和波特图的分析，以及使用频域方法进行系统性能评估和控制器设计的技巧。

通过对频域分析的学习，可以更好地理解和优化控制系统的频率特性。

第六章控制系统的稳定性分析本章详细介绍了控制系统的稳定性分析方法和技巧。

包括对闭环系统的稳定性判据和稳定性分析方法的讲解，以及通过根轨迹法和Nyquist稳定性判据进行系统稳定性分析的实例。

通过对稳定性分析方法的学习，可以更好地评估和改善控制系统的稳定性。

第七章比例控制本章主要介绍了比例控制的原理和应用。

包括对比例控制器的基本结构和工作原理的解释，以及比例控制的优缺点和应用领域的说明。

通过对比例控制的学习，可以更好地理解和应用控制系统中的比例控制器。

第八章积分控制本章详细介绍了积分控制的原理和应用。

包括对积分控制器的结构和工作原理进行了解释，以及积分控制的优缺点和应用案例的讲解。

通过对积分控制的学习，可以更好地理解和应用控制系统中的积分控制器。

《自动控制理论》习题参考答案第二章2-1 (a)()()1121211212212122112+++⋅+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U (b)()()1)(12221112212121++++=s C R C R C R s C C R R s U s U 2-2 (a)()()RCsRCs s U s U 112+= (b)()()141112+⋅-=Cs RR R s U s U (c)()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=141112Cs R R R s U s U 2-3 设激磁磁通f f i K =φ恒定()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602 2-4()()()φφφπφm A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +⎪⎭⎫⎝⎛++++=260232-5 ()2.0084.01019.23-=⨯--d d u i2-8 (a)()()()()3113211G H G G G G s R s C +++=(b)()()()()()31243212143211H G H G G G H G G G G G G s R s C +++++=2-9 框图化简中间结果如图A-2-1所示。

图A-2-1 题2-9框图化简中间结果()()()()52.042.018.17.09.042.07.023++++++=s k s k s s s R s C 2-10()()4232121123211G H G G H G G H G G G G s R s C ++-+=2-11 系统信号流程图如图A-2-2所示。

图A-2-2 题2-11系统信号流程图()()()()2154214212654212215421421321111H H G G G G G G G H G G G G G s R s C H H G G G G G G G G G G s R s C -++=-++=2-12 (a)()()()adgi abcdi agdef abcdef cdhs R s C +++-=11(b)()()()1221211222112++++=s C R C R C R s C R C R R s R s C2-13 由选加原理,可得()()()()()()[]s D H G G s D G s D G s R G G G H G H s C 3121221221221111--+++=第三章3-1 分三种情况讨论 (a) 当1>ζ时()()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+----+-=-+-=---=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎭⎫ ⎝⎛---221221222211112121,122ζζζζωζωζωζζωζζωζζωζζt t n n nn n n e e t t c s s (b) 当10<<ζ时()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----+-=---+---=-+-=---=---22222222222121121sin 1121sin 1211cos 221,1ζζζωζωζωζωζωζζωζωζωζωζζωζζζωζωζωarctg t et t e t et t c j s j s n tnnn t nn tnnn n n n n(c) 当1=ζ时设系统为单位反馈系统,有()()()()()2222nn n r s s s s R s c s R s E ωζωζω+++=-= 系统对单位斜坡输入的稳态误差为()nn n n s sr s s s s s s im e ωζωζωζω22212220=+++⋅⋅=→ 3-2 (1) 0,0,50===a v p K K K(2) 0,,==∞=a v p K K K K (3) 10,,KK K K a v p =∞=∞= (4) 0,200,==∞=a v p K KK K 3-3 首先求系统的给定误差传递函数()101.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e 误差系数可求得如下()⎪⎭⎫⎝⎛++-=-=-t e t t c s n t n nn n 21222,1ωωωωω()()()0)101.0()12.0(20)101.0(2lim lim 1.0)101.0()12.0(10lim lim 0101.0)11.0(lim lim 32220220222001200=+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s e s s e s(1) 0)(R t r =，此时有0)()(,)(0===t r t r R t r s s s ，于是稳态误差级数为()0)(0==t r C t e s sr ，0≥t(2) t R R t r 10)(+=，此时有0)(,)(,)(110==+=t r R t r t R R t r s s s ，于是稳态误差级数为()1101.0)()(R t rC t r C t e s s sr =+= ，0≥t (3) 221021)(t R t R R t r ++=，此时有t R R t rt R t R R t r s s 212210)(,21)(+=++= ，2)(R t r s= ，于是稳态误差级数为 ())(1.0)(!2)()(21210t R R t r C t rC t r C t e s s s sr +=++= ，0≥t 3-4 首先求系统的给定误差传递函数()5001.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e 误差系数可求得如下()()()232220220222001200050098)5001.0()12.0(1000)5001.0(100lim lim 5001)5001.0()12.0(500lim lim 05001.0)11.0(lim lim =+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s es s e stt r t t rt t r s s s 5sin 25)(5cos 5)(5sin )(-===稳态误差级数为()[][][]tt tC t C C t e sr 5cos 1015sin 109.45cos 55sin 25224120 -⨯++⨯=-⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-=-3-5 按技术条件（1）~（4）确定的二阶系统极点在s 平面上的区域如图A-3-1 (a) ~ (d)的阴影区域。

自动控制原理第三版课后答案 1. 课后习题答案。

1.1 第一章。

1.1.1 选择题。

1. A。

2. C。

3. B。

4. A。

5. D。

1.1.2 填空题。

1. 系统。

2. 控制。

3. 输入。

4. 输出。

5. 误差。

1.1.3 简答题。

1. 控制系统是指能够对某一对象进行控制的系统，包括反馈控制系统和前馈控制系统两种类型。

2. 控制系统的基本组成包括输入端、输出端、控制器和执行器四个部分。

3. 控制系统的闭环和开环是指系统是否具有反馈环节，闭环系统具有反馈环节，开环系统则没有。

1.2 第二章。

1.2.1 选择题。

1. B。

2. A。

3. D。

4. C。

5. B。

1.2.2 填空题。

1. 传递函数。

2. 时域。

3. 频域。

4. 线性。

5. 时不变。

1.2.3 简答题。

1. 传递函数是描述系统输入输出关系的函数，通常用H(s)表示。

2. 时域分析是指通过对系统的状态方程进行求解，得到系统的时域响应。

3. 频域分析是指通过对系统的传递函数进行频域分析，得到系统的频域特性。

2. 综合题。

2.1 第三章。

2.1.1 选择题。

1. D。

2. A。

3. B。

4. C。

5. D。

2.1.2 填空题。

1. 稳定。

2. 系统。

3. 极点。

4. 零点。

5. 阶跃响应。

2.1.3 简答题。

1. 稳定性是指系统在受到干扰或参数变化时，能够保持稳定的特性。

2. 极点和零点是描述系统传递函数特性的重要参数，极点决定系统的稳定性，零点则影响系统的动态响应特性。

2.2 第四章。

2.2.1 选择题。

1. B。

2. C。

3. A。

4. D。

5. B。

2.2.2 填空题。

1. PID。

2. 比例。

3. 积分。

4. 微分。

5. 控制。

2.2.3 简答题。

1. PID控制器是一种常用的控制器，由比例、积分和微分三部分组成，能够实现对系统的稳定控制。

2. 比例控制器的作用是根据当前误差的大小来调节控制量，积分控制器的作用是根据误差的历史累积值来调节控制量，微分控制器的作用是根据误差变化速度来调节控制量。

自动控制原理第三版答案自动控制原理是现代控制工程中的重要基础课程，它涉及到系统建模、控制器设计、稳定性分析等方面的内容。

在学习自动控制原理的过程中，很多同学都会遇到一些难题，特别是关于习题和答案的部分。

为了帮助大家更好地学习和掌握自动控制原理，本文将针对自动控制原理第三版的习题答案进行详细讲解，希望能够对大家有所帮助。

1. 第一章习题答案。

1.1 习题1。

答，这道题目主要是考察对自动控制原理的基本概念的理解。

根据定义，自动控制原理是研究如何设计控制器，使得系统的输出能够按照既定的要求进行调节。

因此，正确答案应该是A。

1.2 习题2。

答，这道题目要求对控制系统的分类进行判断。

根据控制系统的特点，可以将其分为连续控制系统和离散控制系统。

而在连续控制系统中，又可以分为模拟控制系统和数字控制系统。

因此，正确答案应该是D。

2. 第二章习题答案。

2.1 习题1。

答，这道题目主要考察对系统传递函数的计算。

根据系统传递函数的定义，可以通过系统的输入和输出之间的关系来进行计算。

在这道题目中，根据给定的系统输入和输出，可以计算出系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)。

因此，正确答案应该是B。

2.2 习题2。

答，这道题目要求对系统的稳定性进行分析。

根据系统的传递函数和极点的位置，可以判断系统的稳定性。

在这道题目中，根据系统传递函数的极点为-1，可以判断系统是稳定的。

因此，正确答案应该是A。

3. 第三章习题答案。

3.1 习题1。

答，这道题目主要是考察对PID控制器的参数调节。

根据PID控制器的定义，可以通过调节比例系数、积分系数和微分系数来实现对系统的控制。

在这道题目中，可以通过试错法来逐步调节PID参数，使得系统的性能达到最优。

因此，正确答案应该是C。

3.2 习题2。

答，这道题目要求对系统的根轨迹进行分析。

根据根轨迹的性质，可以通过系统的传递函数来绘制根轨迹，并分析系统的稳定性。

在这道题目中，可以通过绘制根轨迹图来判断系统的稳定性。