自动控制原理(胡寿松)第一章:自动控制的一般概念
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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。
胡寿松<自动控制原理>第四版学习大纲参考书:自动控制原理(第四版) 胡寿松主编科学出版社2001年第一章自动控制的一般概念知识点:控制系统的一般概念:名词术语控制系统的分类、组成典型外作用对控制系统的基本要求基本要求:掌握反馈控制的基本原理根据系统工作原理图绘制方块图第二章控制系统的数学模型知识点:控制系统动态微分方程的建立拉普拉斯变换法求解线性微分方程的零初态响应与零输入响应运动模态的概念传递函数的定义和性质、典型元部件传递函数的求法系统结构图的绘制、等效变换、梅森公式在结构图和信号流图中的应用基本要求:利用复阻抗的概念建立无源网络的结构图熟悉控制系统常用元部件的传递函数掌握控制系统结构图的绘制方法及串联、并联、反馈三种基本等效变换用等效变换方法或梅森公式求系统结构图或信号流图的各种传递函数第三章线性系统的时域分析法知识点:控制系统时域动态性能指标的定义与计算误差的定义与稳态误差的计算系统稳定性的定义与判断法则系统动态性能分析基本要求:一阶系统阶跃响应的求法、一阶系统动态性能指标的计算公式推导典型欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算、性能指标与特征根的关系改善二阶系统动态性能指标的方法主导极点与偶极子的概念及其应用劳斯判据及其应用静态误差系数、系统型别、稳态误差的计算扰动引起的误差的定义与计算方法减小和消除稳态误差的方法不作要求的内容:非零初始条件下二阶系统的响应过程(Pg101)高阶系统的动态性能估算(Pg106)赫尔维茨稳定判据(Pg111)动态误差系数(Pg125)、采用串级控制抑制内回路扰动(Pg131)第四章线性系统的根轨迹法知识点:根轨迹的基本概念根轨迹的模值条件与相角条件根轨迹绘制的基本法则广义根轨迹系统性能的分析基本要求:由系统的特征方程求开环增益从零到无穷变化时的根轨迹方程(或开环零点、或开环极点从零到无穷变化)根轨迹的模值方程与相角方程的几何意义零度根轨迹与180度根轨迹的绘制法则由根轨迹分析系统稳定性、分析参数变化对系统运动模态的影响不作要求的内容:根轨迹簇的绘制(Pg157)第五章线性系统的频域分析法知识点:频率特性的概念及其图示法开环频率特性的绘制稳定裕度基本要求:频率特性的计算方法(切记:稳定系统正弦响应的稳态分量,是与输入同频率的正弦信号,其幅值和相角均随输入信号的频率而改变;其稳态误差也是与输入同频率的正弦信号,其幅值和相角也随输入正弦的频率而改变)典型环节的频率特性,其中振荡环节的两组特征点要记住开环系统幅相曲线的绘制、对数频率特性曲线的绘制,对数坐标系的应用由最小相角系统的对数幅频渐近曲线求传递函数的方法奈奎斯特稳定判据及对数稳定判据稳定裕度的物理意义及计算方法不作要求的内容:对数幅相曲线(Pg175)、例5-5(Pg185)Pg195第10行~Pg196第8行、确定性信号的频谱(Pg206)随机信号的频谱(Pg208)、确定闭环频率特性的图解方法(Pg209)第六章线性系统的校正方法知识点:系统的设计与校正问题常用校正装置及其特性串联校正复合校正基本要求:串联超前校正网络的设计方法、串联滞后校正网络的设计方法串联滞后-超前校正网络的设计、PID校正的特点复合校正网络的设计不作要求的内容:串联综合法校正(Pg244)串联工程设计方法(Pg249)反馈校正(Pg251)第七章线性离散系统的分析与校正知识点:离散系统的基本概念信号的采样与保持Z变换理论离散系统的数学模型离散系统的稳定性与稳态误差动态性能分析离散系统的数字校正基本要求:采样与保持的物理描述与数学描述、香农采样定理零阶保持器的数学描述及其频率特性差分方程的概念、差分方程的建立与求解脉冲传递函数的概念、用Z变换方法求系统的输出响应Z域稳定判据、W域稳定判据、朱利稳定判据离散系统的性能分析第八章非线性控制系统分析知识点:非线性控制系统概述常见非线性特性及其对系统运动的影响相平面法描述函数法基本要求:线性系统的相轨迹、等倾线法、开关线、奇点及其类型,非线性系统的相轨迹非线性系统的等效变换负倒描述函数曲线的绘制非线性系统稳定性的判断自激振荡的判断及自振参数的确定不作要求的内容:由相轨迹绘制时间响应曲线非线性控制的逆系统方法。
第1章自动控制的一般概念1.1复习笔记本章内容主要是经典控制理论中一些基本的概念,一般不会单独考查。
一、自动控制的基本原理与方式1.反馈控制方式反馈控制方式的主要特点是:(1)闭环负反馈控制,即按偏差进行调节;(2)抗干扰性好,控制精度高;(3)系统参数应适当选择,否则可能不能正常工作。
2.开环控制方式开环控制方式可以分为按给定量控制和按扰动控制两种方式,其特点是:(1)无法通过偏差对输出进行调节;(2)抗干扰能力差,适用于精度要求不高或扰动较小的情况。
3.复合控制方式复合控制即开环控制和闭环控制相结合。
二、自动控制系统的分类根据系统性能可将自动控制系统按线性与非线性、连续和离散、定常和时变三个维度进行分类,本书主要介绍了线性连续控制系统、线性定常离散控制系统和非线性控制系统的性能分析。
三、对自动控制系统的基本要求1.基本要求的提法稳定性、快速性和准确性。
2.典型外作用(1)阶跃函数阶跃函数的数学表达式为:0,0(),0t f t R t <⎧⎪=⎨≥⎪⎩(2)斜坡函数斜坡函数的数学表达式为:0,0(),0t f t Rt t <⎧⎪=⎨≥⎪⎩(3)脉冲函数脉冲函数定义为:0000()lim [1()1()]t A f t t t t t →=--(4)正弦函数正弦函数的数学表达式为:f t A tωϕ=-()sin()式中,A为正弦函数的振幅;ω=2πf为正弦函数的角频率;φ为初始相角。
1.2课后习题详解1-1图1-2-1是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下,希望液面高度c维持不变,试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2-1液位自动控制系统原理图解:当Q1≠Q2时,液面高度的变化。
例如,c增加时,浮子升高,使电位器电刷下移,产生控制电压,驱动电动机通过减速器减小阀门开度,使进入水箱的流量减少。
反之,当c 减小时,则系统会自动增大阀门开度,加大流入水量,使液位升到给定高度c。
自动控制原理胡寿松笔记自动控制原理是电气工程领域的重要课程,胡寿松教授的笔记是该领域学习的重要参考资料。
本文将按照章节顺序,对胡寿松教授的笔记进行梳理和总结,帮助读者更好地理解和掌握自动控制原理。
第一章自动控制的基本概念1. 自动控制的基本组成:控制器、传感器、执行器、被控对象。
2. 自动控制的目的:实现对系统的稳态和动态性能的优化。
3. 自动控制的基本术语:控制量、受控量、干扰、传递、转换等。
4. 自动控制系统的分类:开环控制系统和闭环控制系统。
第二章自动控制系统的数学模型1. 微分方程:描述系统动态特性的基本数学工具。
2. 传递函数:描述控制系统动态特性的重要数学模型。
3. 动态结构图:描述控制系统动态特性的图形工具。
4. 信号流图:描述控制系统内部信息传递方式的图形工具。
5. 梅逊公式:用于将微分方程转化为传递函数的公式。
第三章线性定常系统的时域分析法1. 控制系统性能的评价指标:稳态误差、超调量、调节时间等。
2. 系统的稳定性分析:稳定性定义、代数稳定判据、李亚普诺夫直接法。
3. 系统性能的改善:放大缩小法、超前滞后补偿法、PID控制器等。
4. 一系列具体分析方法的介绍:单位阶跃响应、斜坡响应、李亚普诺夫直接法等。
第四章线性定常系统的根轨迹法1. 根轨迹的基本概念和性质:幅值-相位特性、零点-极点关系、渐近线等。
2. 绘制根轨迹的基本规则和步骤:参数方程、几何意义、注意事项等。
3. 根轨迹图的特征分析:闭环零点、极点与系统性能的关系等。
4. 基于根轨迹法的系统优化设计:稳定化控制器设计、增益调度等。
第五章线性系统的频域分析法1. 频率域的基本概念和性质:频率特性、频率响应、频域分析方法等。
2. 频率域分析方法的应用:稳定性分析、系统性能评估、频率特性设计等。
3. 对数频率特性曲线及其应用:增益边界和相位边界的意义、系统性能的评估等。
4. 基于频率域分析法的系统优化设计:频率相关控制器设计、频率调制等。
自动控制原理教学大纲文件管理序列号:[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]《自动控制原理》教学大纲课程类别:专业必修课课程名称:自动控制原理开课单位:飞行器设计与工程专业建设组课程编号:N02010102总学时:64学分:4适用专业:飞行器设计与工程先修课程:高等数学、大学物理、理论力学、机械原理、电工技术等一、课程在教学计划中的地位、作用《自动控制原理》是飞行器设计与工程专业的一门必修课,通过本课程的学习,使学生掌握自动控制的基本原理和概念,并具备对自动控制系统进行分析,计算,实验的初步能力,为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。
通过对本课程的学习,要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法,能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析,能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法。
二、课程内容、基本要求1、掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。
2、了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。
3、掌握用传递函数,方框图,信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。
4、掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。
5、掌握对控制系统进行分析和综合的方法:时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。
6、初步掌握控制系统的校正和设计方法,为解决实际问题打好基础。
第一章自动控制的一般概念(3学时)教学要求:(1)明确什么是自动控制;正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念;(2)正确理解三种控制方式,特别是闭环控制;(3)初步掌握由系统工作原理画方框图的方法,并能正确判别系统的控制方式;(4)明确系统常用的分类方式,掌握各类别的含义和信息特征,特别是按数学模型分类的方式;(5)明确对自控系统的基本要求,正确理解三大性能指标的含义。
重点和难点重点:掌握线性与非线性系统的分类,特别是对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。
第六版前言第一章自动控制的一般概念1-1 自动控制的基本原理与方式1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 对自动控制系统的基本要求1-5 自动控制系统的分析与设计工具习题第二章控制系统的数学模型2-1 控制系统的时域数学模型2-2 控制系统的复数域数学模型2-3 控制系统的结构图与信号流图2-4 控制系统建模实例习题第三章线性系统的时域分析法3-1 系统时间响应的性能指标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3-7 控制系统时域设计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 根轨迹绘制的基本法则4-3 广义根轨迹4-4 系统性能的分析4-5 控制系统复域设计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的频率特性5-3 频率域稳定判据5-4 稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标5-6 控制系统频域设计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 前馈校正6-5 复合校正6-6 控制系统校正设计习题第七章线性离散系统的分析与校正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7-7 离散系统的数字校正7-8 离散控制系统设计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 相平面法8-4 描述函数法8-5 非线性控制的逆系统方法8-6 非线性控制系统设计习题第九章线性系统的状态空间分析与综合9-1 线性系统的状态空间描述9-2 线性系统的可控性与可观测性9-3 线性定常系统的反馈结构及状态观测器9-4 李雅普诺夫稳定性分析9-5 控制系统状态空间设计习题第十章动态系统的最优控制方法10-1 最优控制的一般概念10-2 最优控制中的变分法10-3 极小值原理及其应用10-4 线性二次型问题的最优控制10-5 控制系统优化设计。