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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子信息工程专业课程教案课程名称：自动控制原理讲授人：余大庆信阳师范学院物理电子工程学院2006年6月自动控制原理课程基本信息（一）课程名称：自动控制原理（二）学时学分：周4学时，4学分（三）预修课程：高等数学、函数变换、电路原理。（四）使用教材：程鹏. 自动控制原理M. 北京：高等教育出版社，2003.（五）教学参考书：1 胡寿松. 自动控制原理M. 北京：科学出版社，2001.2 蒋大明等. 自动控制原理M. 北京：清华大学出版社/北方交通大学出版社，2003. 3 翁思义等. 自动控制原理M. 北京：中国电力出版社，2001. 4 周其节等. 自动控制原理M.广
2、州：华南理工大学出版社，1996.5 美Katsuhiko Ogata 著 卢伯英, 于海勋等译. 现代控制工程(第四版)M. 北京：电子工业出版社，2003.（六）教学方法：课堂讲授，启发式教学。（七）教学手段：传统讲授。（八）考核方式：闭卷考试。（九）学生创新精神与实践能力的培养方法：课堂讲授，启发式教学；配合课堂教授适时完成试验任务，理论联系实际加强学生对所学知识的理解。（十）其它要求：严格考勤，注重学生的课堂表现及课堂参与情况，当堂测试，课下完成作业。平时考勤成绩占期末总成绩的30%。总 目 录第一章 自动控制的一般概念41-1 自动控制的任务41-自动控制的基本方式51-对控制系统的
3、性能要求8第二章 自动控制系统的数学模型92-1 控制系统微分方程的建立92-2 非线性微分方程的线性化112-3 传递函数122-4 动态结构图142-5 系统的脉冲响应函数382-6 典型反馈系统传递函数39第三章 时域分析法4331 时域分析基础4332 一、二阶系统分析与计算4633 系统稳定性分析5834 稳态误差分析计算66第四章 根轨迹法734-1 根轨迹与根轨迹方程734-2 绘制根轨迹的基本法则784-3 广义根轨迹884-4 系统闭环零、极点分布与阶跃响应的关系914-5 系统阶跃响应的根轨迹95第五章 频率域方法9951 频率特性9952 典型环节的频率特性10253 系
4、统的开环频率特性10854 频率稳定判据11155 系统闭环频率特性与阶跃响应的关系11556 开环频率特性与系统阶跃响应的关系118第六章 控制系统的校正12061 系统校正设计基础12062 串联校正12163 串联校正的理论设计方法12464 反馈校正12865 复合校正130第一章 自动控制的一般概念教学时数：2学时教学目的与要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。教学重点：自动控制的任务、自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求。教学难点：透彻分析自动控制系统的反馈原理。1-1 自动控制的任务通常，在
5、自动控制技术中，把工作的机器的设备称为被控对象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量，而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值（或参考输入）。则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量等于给定值。下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念。图1-1 水位自动控制系统水位自动控制系统：控制任务：维持水箱内水位恒定；控制装置：气动阀门、控制器；受控对象：水箱、供水系统；被控量：水箱内水位的高度；给定值：控制器刻度盘指针标定的预定水位高度；测量装置：浮子；比较装置：控制器刻度盘；干扰：水的流出量和流入量的变化都将破坏水位保持恒定；由此可见：自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务
6、是：在无人直接参与情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。1-自动控制的基本方式图1-2 自动控制方框图在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，其必须具备以下三种职能部件。测量元件：用以测量被控量或干扰量。比较元件：将被控量与给定值进行比较。执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式：按给定值操纵的开环控制；按干扰补偿的开环控制；按偏差调节的闭环控制。一、按给定值操纵的开环控
7、制开环控制系统的输出端与输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。图1-3 按给定值操纵的系统原理方块图图1-4 炉温控制系统的原理图图1-5 炉温控制系统的原理方框图按给定值操纵的开环控制：特点：控制装置只接受给定值来控制受控对象的被控量。优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。缺点：对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有任何修正能力，抗干扰能力差，控制精度不高。二、按干扰补偿的开环控制定义：利用干扰信号产生控制作用，以及时补偿干扰对被控量的直接影响。图1-6 按干扰补偿的系统原理方框图特点：只能对可测干扰进行补偿，不可测干扰以及受控对象、各功能部件内部参数变化对被控量的影响
8、，系统自身无法控制。适用于：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。图1-7 水位高度控制系统原理图图1-8 水位高度控制系统原理方框图三、按偏差调节的闭式控制特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起的变动。图1-9 按偏差调节的系统原理方块图如上图，反馈回来的信号与给定值相减，即根据偏差进行控制，称为负反馈，反之称为正反馈。这种控制方式控制精度较高，因为无论是干扰的作用，还是系统结构参数的变化，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠偏。但是闭环控制系统如果参数匹配得不好，会造成被控量的较大摆动，甚至系统无法正常工作。图1-10飞机自动驾驶仪系统
9、原理图控制任务：系统在任何扰动作用下，保持飞机俯仰角不变。被控对象：飞机。被控量：飞机的俯仰角。图1-11 俯仰角控制系统原理方框图四、复合控制图1-12 a.按输入作用补偿图1-12 b.按扰动作用补偿1- 对控制系统的性能要求定义：通常将系统受到给定值或干扰信号作用后，控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。工程上常从稳、快、准三个方面来评价控制系统。稳： 指动态过程的平稳性快： 指动态过程的快速性准： 指动态过程的最终精度稳-指动态过程的平稳性图1-13 控制系统动态过程曲线如上图，系统在外作用作用下，输出逐渐与期望值一致，则系统稳定的，如曲线所示；反之，输出如曲线所示，则系统是不稳定的。快-指动态过程的快速性图1-14 系统快速响应曲线快速性即动态过程进行的时间的长短。过程时间越短，说明系统快速性越好，反之说明系统响应迟钝。如曲线所示。稳
