自动控制原理教材
自动控制原理基础讲义教材
即，简写为
u1
i1R
N
d
Hale Waihona Puke dt19三、非线性系统的线性化 在一定条件下，将非线性系统的数学 模型化为线性系统的数学模型来处理 的方法，称为非线性系统的线性化。
条件：变量在工作点附近变化很小， 即增量很小。
设系统为：y f (x)
工作点为：y10 , x10
20
➢将y=f(x)在 (x10, y10 ) 附近展开为Taylor级数.
1-2 开环控制和闭环控制
一、开环控制系统 输入量 控制器 控制量 被控对象 输出量
2
开环控制只存在控制器对被控对象的 正作用，而无反馈作用。
二、闭环控制系统
+ 输入量 -
控制器
被控对象
测量元件
输出量
利用负反馈构成闭环系统，能提高系统跟 踪给定的能力，减小系统的误差。
3
例1：直流电动机控制系统分析。
第1章 自动控制理论简介 1-1 概述
➢自动控制理论主要分为二大部分：
经典控制理论 现代控制理论 ➢经典控制理论主要用于研究：
❖SISO线性定常系统的分析和综合； ❖使用了两种基本方法：频域法和根轨迹法； ❖分析方法一般是间接的：即从时域到频域； ❖综合方法一般采用试探法,很难求得最优解。
1
➢现代控制理论主要用于研究： ❖MIMO系统、时变系统、非线性系统的分析 和综合； ❖分析方法是直接的,即采用时域的状态空间 分析法； ❖能够得到最优解。
E
ur
+ _
u1
I I f =Const
u
电动机
+ _
u2
测速机
u1 ur u2
其中为：C电e动机结构系数
自动控制原理第六版
自动控制原理第六版介绍《自动控制原理第六版》是一本经典的自动控制原理教材。
本教材由[作者姓名]编写，是航空航天类、电气工程类和自动化控制类专业的必修课。
本书系统地介绍了自动控制原理的基本概念、理论模型和分析方法，并结合实际工程案例进行了详细的实证分析和应用。
重要内容第一章-引言•介绍自动控制的定义和基本原理。
•概述本书内容和结构。
第二章-数学模型的建立与分析•介绍自动控制系统的数学模型的建立方法，包括常微分方程和传递函数模型。
•讨论系统的稳定性和响应特性。
第三章-传递函数与信号流图•介绍传递函数和信号流图的概念及其在控制系统分析中的应用。
•讨论如何对传递函数进行运算和求解。
第四章-经典控制理论分析•介绍闭环控制系统的基本结构和经典控制器的设计方法。
•分析比例、积分和微分控制器的特性和应用。
第五章-根轨迹分析法•介绍根轨迹分析法的基本原理和步骤。
•讨论根轨迹的绘制方法和对闭环系统性能的影响。
第六章-频率响应分析•介绍频率响应分析的基本概念和方法，包括幅频特性和相频特性。
•讨论频率响应对系统的稳定性和性能的影响。
第七章-设计指标与校正•介绍控制系统的设计指标和校正方法，包括超前补偿和滞后补偿。
•分析不同指标下的系统性能。
第八章-多变量系统的控制•介绍多变量系统的数学模型和分析方法。
•讨论多变量系统的控制策略和优化方法。
第九章-数字控制系统•介绍数字控制系统的基本概念和实现方法。
•讨论数字控制系统的性能分析和设计方法。
第十章-模糊控制•介绍模糊控制的基本原理和设计方法。
•分析模糊控制在不确定性系统中的应用。
第十一章-神经网络控制•介绍神经网络控制的基本概念和设计方法。
•讨论神经网络控制在非线性系统和鲁棒性系统中的应用。
第十二章-自适应控制•介绍自适应控制的基本原理和设计方法。
•分析自适应控制在动态系统中的应用。
结论《自动控制原理第六版》系统地介绍了自动控制原理的基本概念、理论模型和分析方法。
通过阅读本书，读者可以深入理解自动控制原理，并能够应用所学知识解决实际工程问题。
自动控制原理第四版教学大纲
自动控制原理第四版教学大纲课程简介自动控制原理是自动控制领域的基础课程，是掌握自动控制理论和方法的必修课。
本课程旨在培养学生分析和设计内、外反馈控制系统的能力，让学生掌握控制系统的数学模型、基本特性及分析、设计方法。
师资情况授课教师：某某某教授教授简介：某某某，自动控制领域著名学者，曾获得国家自然科学基金优秀青年基金资助。
主要研究方向为控制系统分析和设计、机器人控制等。
教材主教材：《自动控制原理》第四版于淼著，北京航空航天大学出版社辅助教材：1.《自动控制系统》第九版，何元庆，北京航空航天大学出版社2.《现代控制理论》第五版，李国栋，北京航空航天大学出版社授课内容第一章绪论• 1.1 控制系统的基本概念• 1.2 控制系统分类• 1.3 控制系统的组成和特点• 1.4 控制系统的基本性能指标第二章数学模型• 2.1 工程系统的数学模型• 2.2 时域分析方法• 2.3 复频域分析方法第三章时域分析方法• 3.1 拉普拉斯变换和其性质• 3.2 埃及角和虚轴判据• 3.3 传递函数的时域特性分析• 3.4 稳态误差分析第四章复频域分析方法• 4.1 频域分析方法及其特点• 4.2 频率响应曲线的类型及特点• 4.3 极点和零点的分布及对频率响应曲线的影响• 4.4 稳定性分析• 4.5 Bode幅角频率特性第五章控制系统的稳定性分析• 5.1 稳定性的概念和判定准则• 5.2 劳斯判据• 5.3 封闭回路系统的稳定性分析• 5.4 可变结构稳定性分析第六章控制系统的性能指标与校正方法• 6.1 系统的性能指标• 6.2 模型参量的校正方法• 6.3 控制系统的改进第七章综合案例分析•7.1 综合案例1：飞机自动驾驶控制系统设计•7.2 综合案例2：钢厂过程控制系统设计•7.3 综合案例3：机器人协调控制系统设计教学评估•平时成绩：20%•期中成绩：30%•期末成绩：50%平时成绩包括课堂出勤、测验和单次实验报告。
自动控制原理孙优贤教材
自动控制原理孙优贤教材第一章：控制系统组成和概念控制系统是一种由多个元素和过程组成的整体，它的主要目的是通过调节输入和输出之间的关系，以达到特定的性能指标。
控制系统一般包括控制器、执行器、传感器和被控对象等组成部分。
第二章：控制系统的数学模型控制系统的数学模型是用数学语言描述控制系统的方法，它可以帮助我们分析控制系统的性能和行为。
常用的数学模型包括传递函数模型、状态空间模型和Laplace变换模型等。
这些模型可以用来描述控制系统的动态特性，进行系统分析和设计。
第三章：控制系统的时域分析时域分析法是一种基于时间域的控制系统分析方法。
通过时域分析，可以了解控制系统的稳定性、响应速度、误差等性能指标，进而对系统进行优化设计。
第四章：频率特性分析法频率特性分析法是一种基于频率域的控制系统分析方法。
通过频率特性分析，可以了解控制系统的频率响应、相位和幅值等特性，进而对系统进行优化设计。
第五章：根轨迹分析方法根轨迹分析法是一种基于根轨迹的控制系统分析方法。
通过根轨迹分析，可以了解控制系统的稳定性、响应速度和阻尼比等性能指标，进而对系统进行优化设计。
第六章：采样控制系统采样控制系统是一种数字控制系统，它通过对模拟信号进行采样、量化、编码等处理，将其转化为数字信号进行控制。
采样控制系统的精度高、稳定性好、易于实现远程控制等优点，被广泛应用于工业自动化等领域。
第七章：状态空间方法状态空间法是一种基于状态空间模型的控制系统分析方法。
通过状态空间法，可以了解控制系统的动态特性和状态变量之间的关系，进而对系统进行优化设计。
状态空间法还可以用于控制系统的稳定性和鲁棒性分析等方面。
第八章：非线性系统分析非线性系统是指系统的输入和输出之间存在非线性关系的系统。
非线性系统的分析和设计比线性系统更为复杂，但非线性系统的应用范围更广泛。
非线性系统的分析方法包括相平面法、描述函数法等。
主要学校自动控制原理考研教材
主要学校自动控制原理考研教材
1、华南理工大学
《自动控制原理》高国觥⒂辔癖,华南理工大学出版社2021年第二版;《自动控制原理学习指导与精选题型详解》陈来好、彭康拥编,华南理工大学出版社2021年1月;《现代控制理论》(第二版)刘豹主编,机械工业出版社或《线性系统理论基础》尤昌德编,电子工业出版社
2、华中科技大学
胡寿松主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3、北京工业大学
孙亮,杨鹏.《自动控制原理》.北京工业大学出版社,2021.
4、电子科技大学
李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
5、哈尔滨工业大学
1）801控制原理
2）807掌控理论
《自动控制原理》
《自动控制原理》
6、重庆大学鄢景华胡寿松哈工大出版社国防工业出版社
1）839自动控制原理一（掌控理论与控制工程专业）
《自动控制原理》学校自编教材或梅晓榕主编《自动控制原理》科学出版社出版2021年3月1日出版
2）844自动控制原理二（电气工程、掌控科学与工程专业）
《自动控制原理》涂植英主编重庆大学出版社《自动控制原理》胡寿松主编科学出版社(第四版)
7、华东理工大学
8、长沙理工大学
《自动控制原理》，李益华主编，湖南大学出版社，2021年《现代掌控理论》，黄辉先主编，湖南大学出版社，2021年
9、广东工业大学
胡寿松，自动控制原理，科学出版社，2002。
自动控制原理第2版全篇
=
△
- + - 其中:△称为系统特征式 △= 1 ∑La ∑LbLc ∑LdLeLf+…
—∑La 所有单独回路增益之和
∑L∑和dLLebLLf—c—所有所三有个互两不两接互触回不路接增益触乘回积路之增和益乘积之
Pk—从R(s)到C(s)的第k条前向通路传递函数
△k称为第k条前向通路的余子式 去掉第k条前向通路后所求的△
x0
(x x0 )
1 d 2 f (x)
2!
dx2
x0
(x x0 )2
忽略二阶以上各项，可写成
y
f
(x0 )
df (x)
dx x0
(x
x0 )
2、对于具有两个自变量的非线性函数，设输入 量 为x1(t)和x2(t) ，输出量为y(t) ，系统正常工作 点为y0＝ f(x10, x20) 。
注意：相加点和分支点一般不能变位
25
2.3.3闭环传递函数
1、给定输入单独作用下的系统闭环传递函数
(s) G1G2 G1G2 1 G1G2H 1 Gk
2、扰动输入单独作用下的闭环系统
n
(
s)
1
G2 G1G2
H
G2 1 Gk
3、误差传递函数：误差信号的拉氏变换与输入信 号的拉氏变换之比。
（1）给定输入单独作用下的闭环系统
Er
(
s)
1
1 G1G2
H
1 1 Gk
（2）扰动输入单独作用下的闭环系统
En
(
s)
1
G2 H G1G2
H
G2H 1 Gk
4)给定输入和扰动输入作用下的闭环系统的总的输
出量和偏差输出量
自动控制原理(全套课件659P)
手动控制
人在控制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值；
（2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行
判断节，如调节阀门开度、改变触点位置。
ppt课件 4
1.1 自动控制的基本概念
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。 如数控车床按预定程序自动切削，人造卫星准确进入预定轨道并回收
ppt课件 6
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系统的稳定性，求取系
统的动态、静态性能指标，并据此评价系统的过程称为控制系统分 析。
控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给定系统的性能指标，
合理的确定控制装置的结构参数，称为控制系统设计。 被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理 量。被控量又称输出量、输出信号 。 给定值：系统输出量应达到的数值（例如与要求的炉温对应的电 压）。 扰动：是一种对自动控制系统输出量起反作用的信号，如电源电压
闭环控制是指系统的被控制量（输出量）
与控制作用之间存在着负反馈的控制 方式。采用闭环控制的系统称为闭环
控制系统或反馈控制系统。闭环控制
是一切生物控制自身运动的基本规律。 人本身就是一个具有高度复杂控制能
力的闭环系统。
优点：具有自动补偿由于系统内部和外 部干扰所引起的系统误差（偏差）的
能力，因而有效地提高了系统的精度。
脑
手
输出量 （手的位置）
ppt课件
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闭环控制系统方框图
ppt课件
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反馈控制系统的组成、名词术语和定义
反馈控制系统方框图
ppt课件
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1.2 自动控制理论的发展
自动控制原理(全套课件)
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。
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第一章 绪论
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自动控制理论
第三节 开环控制与闭环控制
自动控制框图的一般形式
自动控制系统的框图
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第一章 绪论
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自动控制理论
图中：
r(t)-----系统的参考输入(简称输入量或给定量) c(t)-----系统的被控制量(又简称输出量) b(t)-----系统的主反馈量 e(t)-----系统的误差 e(t)＝ r(t)－ b(t) d(t) -----系统的干扰,它是一种对系统输出产生不利的信号 给定环节-----产生参与输入信号的元件 如:电位器、旋转变压器等 控制器-----其输入是系统的误差信号,经变换或相关的运算后,产生期望的控制 信号控制被控的对象 被控对象-----系统控制的对象,其输入量是控制器的输出,输出量就是被 控量 反馈环节-----将被控制量转换为主反馈信号的装置,这个装置一般为检测元件
uk
ud
n
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第一章 绪论
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自动控制理论
第四节 自动控制系统的分类
三种常用的分类方法：
线性控制系统和非线性控制系统
➢ 若组成控制的元件都具有线性特性则称这种系统为线性控制系统
特点：
✓ 系统用微分方程、传递函数或状态方程来描述 ✓ 具有比例性并适用叠加原理
➢ 若在控制系统中有一个以上的元件具有非线性则称这种系统为非线性控制
图1-4 控制系统框图的基本组成单元
故液位自动控制系统也可用图1-5来表示。
图1-5 液面自动控制系统的方框图
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第一章 绪论
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自动控制理论
二、随动控制系统
直流随动如图1-6所示。
图1-6 直流随动系统的原理图
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第一章 绪论
8
自动控制理论
图1-6直流随动系统是用一对电位器作为位置的检测元件，它们分 别把系统的输入与输出的位置信号转换成与之成比例的电信号，并进 行比较。其控制系统的方框图如图1-7所示。
➢ 放大机构-----提高系统的控制精度
➢ 执行元件-----驱动被控对象，以改变被控制的量
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第一章 绪论
6
自动控制理论
为了控制系统的表示简单明了，控制工程中一般用方框图表示系统 的各个组件，组件的基本组成单元如图1-4所示，其中图a）为引出点， 图 b）为比较点，图 c）部件的框图。
1945年博德提出来了反馈放大器的一般设计方法，并编著了《网络分析与反馈放
大器的设计》一书。
1947年美国出版了当时世界上第一本控制方面的教材《伺服机原理》。
1948年美国麻省理工学院的辐射研究所完成了雷达自动跟踪、火炮指挥仪和数控
车床等一系列的自动控制实践工程。
同年，埃文斯工程师提出了一种很实用的控制系统的分析与设计方法—根轨迹法
图1-2 液面人工控制系统的方框图
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第一章 绪论
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自动控制理论
自动控制 人工控制中有三种职能作用：测量、比较和执行，而在自动控制系
统中也必须有这三种，如图1-3所示。
图1-3 液面自动控制系统
液位控制系统由以下五部分组成：
➢ 被控对象-----水池
➢ 测量元件-----浮子
➢ 比较机构-----浮子的希望位置与实际位置之差
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第一章 绪论
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自动控制理论
开环控制 如果系统的输出量没有与参考输入相比较,即系统的输出与输入间不存
在着反馈的通道,这种控制方式叫开环控制。 开环控制的优缺点：
➢ 结构简单，所用元器件少 ➢ 系统没有抗扰动功能，因而大限制了系统的应用范围
闭环控制 若把系统的被控制量反馈到它的输入端，并与参考输入相比较，这
第一章 绪论
3
自动控制理论
第二节 自动控制系统的一般概念
自动控制就是要人不直接参与的条件下，利用控制器使被控制的对象 （如生产设备、生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按规定的 规律变化（或运行）。 如：
电网的电压与频率自动地保持不变 金属切割机床的速度在电压变化或负载变化时能自动保持不变
控制理论发展历程：机械化——电气化——自动化——信息化和智能化。由此可 见，经典控制理论是基础，它友爱卓有成效地解决单输入—单输出线性定常系统的 分析与设计，是解决一般工程问题的基本方法。经典控制理论的一些基本概念 有助于研究现代控制理论相关的内容。因此本教材主要介绍经典控制理论的相关 内容。
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美国数学家维纳把那时发表的有关控制方面的理论称为“控制论”。
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第一章 绪论
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自动控制理论
20世纪60年代前的控制理论----经典控制理论。经典控制理论研究的是单输入— 单输出线性定常系统的分析与设计，所用的数学工具是常微分方程和复变函数。
20世纪60年代后所提出的控制理论---现代控制理论。用这种理论能分析与设计 多输入—多输出，高精度和参数时变系统的分析与设计，其内容有状态空间分析 法，最优控制原理最优估计、系统辨识、大系统理论、模糊控制与预测控制、智 能控制等，它们所研究的问题和所用的数学工具也各不相同。
一、液位控制系统
水池液面控制如图1-1所示。
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第一章 绪论
图1-1水池液面控制系统
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自动控制理论
人工控制
➢测量实际液面的高度ｈ0
-------用眼
➢实际液面高度ｈ1与希望液面高度h0相比较
-------用脑
➢按比较的结果，即液面高度偏差的正负去决定控制动作
-------用手
液面人工控制系统的方框图如图1-2所示。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
自动控制理论
第一章
绪论
2020/10/1
作者： 浙江大学 邹伯敏 教授
第一章 绪论
1
自动控制理论
第一节 自动控制理论发展史简述
自动控制是一门年轻的学科,它在20世纪40年代末才形成。
18世纪中叶由瓦特研制的世界上最早的自动控制系统器——蒸汽发动机速度的调
节。
1932年奈奎斯特针对反馈放大器提出了几何稳定判据。
种控制方式叫闭环控制。相应的系统称为闭环控制系统。
闭环控制的优点： ➢ 自动地消弱或清除来自系统内部或外部扰动对被控制量的影响
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第一章 绪论
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自动控制理论
闭环直流调速系统
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第一章 绪论
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自动控制理论
该系统自动调节的过程：
Tl u~
n
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(u g
u fn )