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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。
812自动控制原理参考书南理工“812自动控制原理参考书南理工”是一本重要的教材，它涵盖了自动控制原理的基础知识和应用实例。
本书共分为十三章，每一章都有清晰的主题和重点知识点。
在整本书中，作者以复杂的控制系统为基础，深入浅出地介绍了自动控制原理的概念和理论知识。
本书的第一章介绍了控制系统的基本组成部分，包括传感器、执行机构、控制器等。
在这一章中，读者将学习到如何选择合适的传感器和执行机构，并了解控制器的分类和工作原理。
在第二章中，作者详细介绍了控制系统的数学模型和传递函数。
读者将学会如何建立控制系统的数学模型，并利用传递函数分析系统的稳定性和响应时间等性能指标。
第三章至第七章分别介绍了控制系统的时间域分析、频域分析、根轨迹法、频率法等理论。
通过这些理论，读者能够深入理解控制系统的动态特性和稳态性能，并能够进行控制系统的优化设计。
在第八章至第十章中，作者介绍了PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等现代控制理论。
这些理论深入浅出，让读者了解到现代控制理论的发展和应用。
第十一章和第十二章介绍了现代控制理论的应用实例，包括飞行器自动驾驶控制系统、机器人控制系统、自动化生产线控制系统等。
这些实例帮助读者更好地理解控制理论和将其应用到实际的控制系统设计中。
最后一章涉及到数字控制系统和前沿控制理论，为读者提供了未来的学习方向和研究方向。
综上所述，“812自动控制原理参考书南理工”是一本系统、深入的自动控制理论教材，涵盖了自动控制理论的基础概念和现代控制理论的应用实例。
本书的内容详实、逻辑清晰，是自动控制专业学生和研究人员必备的教材。
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。
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。
考试大纲（自动控制原理，共150分）（*号所注内容为考查的重点）一、总要求命题内容以胡寿松教授主编的教材《自动控制原理》为主要参考书，全面考查考生对自动控制原理的基本概念、基本方法掌握的程度及运用基本概念、原理、灵活解决问题、分析问题的能力。
二、命题范围及考查的知识点1 自动控制的基本概念（做简单的基本了解，是控制类的常识）1）自动控制系统三种基本控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制；*2）反馈控制的机理；*3）闭环控制系统的基本组成；*4）对控制系统的基本要求。
2 控制系统的数学模型（其中结构图化简，求解传递函数为重点，通常在卷子的第一题进行考察，15-20分）微分方程、传递函数和结构图是描述系统数学模型的三种主要形式，重点考查：*1）传递函数定义及性质，结构图的概念；*2）获取具体物理系统的传递函数，以及绘制系统结构图的方法；3）通过结构图的化简，求取开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数及干扰信号作用下的闭环传递函数；（在题型设置中，可能会让求多种信号作用下的传递函数，2013年真题）4）一般了解信号流图的建立及梅逊公式的应用。
(在求解传递函数的题中，没有要求用结构图化简，若是麻烦可用梅森公式进行求解，在结构图化简后也可以用梅森公式来进行验证)3 线性系统的时域分析法（重点，一般考察两个大题，第2.3题，并且在之后的小题中也会有考察）重点考查考生对系统稳定性、稳态误差、动态品质等性能的分析方法。
*1）系统性能指标的定义；（一般经典题型会直接用公式进行计算和给参数进行比较，但也有通过定义来进行计算的，所以定义要记清楚）*2）系统稳定性概念、劳斯稳定判据及其应用；(劳斯判据在现代控制当中也会用到，还有离散系统判别稳定时也用到，要掌握好，并且劳斯判据中几种特殊情况所对应的系统特征也要记清楚，2007，2)*3）一阶、二阶系统（主要是二阶）的动态性能分析，二阶系统阶跃响应的分析及动态性能指标的计算；（二阶系统中会有很多公式，算超调之类的）*4）系统类型的定义、静态误差系数的定义及计算方法，利用静态误差系数计算系统的稳态误差；（系统的类型在绘制奈式图的时候会应用到，对于简单绘制奈式图比较重要；在计算稳态误差的时候通过系统的类型也可以直接用公式计算，各个公式要记熟。
第四讲二、并联分解：1、分解为对角线(Diagonal)标准形：设此时系统的频域描述G (s )，其分母只有简单极点，不含重极点，则G (s )可分解为：其中： 令 于是，有 反变换，即有写成矩阵形式，为 而故 即例：设一系统的传递函数为：326()6116G s sss =+++求其状态空间表达式； 故可得1()()()ni i ic Y s G s U s s λ===-∑[]lim ()()(1,2...)ii i s c s G s i n λλ→=-=()()(1,2...)iiU s X s i n s λ==-()()()i i isX s X s U s λ=+()()()(1,2...)i i i x t x t u t i n λ∙=+=10...010.............0.0...1n uλλ∙⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦x x 1()()nii i Y s cX s ==∑ 1()()niii y t c xt =∴=∑[]1n y c c =x3266()6116(1)(2)(3)G s s s s s s s ==++++++ 123123λλλ=-=-=-123363c c c ==-=[]100102010031y 363u ∙-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥∴=-+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦ =-x x x2、分解为约旦（Jordan ）标准形对应系统存在重极点的情况。
不妨设λ1为重根,次数为3。
高于3次的重根,可如法处理。
因我们总可先计算重根,再计算单根,这并不失讨论问题的一般性。
设其中： 令故有：反变换，即得于是，有1114100010011....1n u λλλλλ∙⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦x x 00而，输出方程为： 即131112324111()()()()()ni i i c c c c G s s s s s λλλλ==+++----∑[]lim ()()(4,5,...)ii i s c s G s i n λλ→=-=1(1)11(1)1dlim()()(1)!d (1,2,33)j rjj s c s G s j sj r λλ--→⎡⎤=-⎣⎦-==12321131()()11()()()()()()11(4,5...)()()()()i i X s X s U s s U s s X s X s i n U s s U s s λλλλ==--===--32121131()()()()()()()()()()(4,5...)()()i i X s X s X s X s s s U s U s X s X s i n s s λλλλ==--===--11122123313(4,5...)ii i x x x x x x x x u x x u i n λλλλ∙∙∙∙⎧=+⎪⎪=+⎪⎨⎪=+⎪⎪=+=⎩11112213344()...n n y t c x c x c x c x c x =+++++[]1112134n y c c c c c =x结论:如果传递函数只有简单极点,必然可以把A 阵化为Diagonal 标准形;当传递函数有重极点时,系统矩阵必为Jordan 标准形. 三、由系统方框图导求状态空间表达式：例：系统的方框图如下所示，求该系统的状态空间表达式。
