自动控制原理--教案
自动控制原理电子教案
自动控制原理电子教案第一章：绪论1.1 自动控制的概念解释自动控制的定义强调自动控制在现代工业和日常生活中的重要性1.2 自动控制系统的分类介绍开环控制系统和闭环控制系统解释数字控制系统和模拟控制系统的区别1.3 自动控制系统的性能指标介绍稳定性、线性、收敛性和鲁棒性等性能指标解释这些指标对系统性能的影响第二章：反馈控制系统2.1 反馈控制系统的组成介绍控制器、执行器和传感器的功能和作用2.2 反馈控制系统的类型解释正反馈和负反馈的区别和应用场景2.3 控制器的设计方法介绍PID控制器和模糊控制器的原理和方法第三章：线性系统的状态空间分析3.1 状态空间表示法介绍状态空间的概念和数学表示方法3.2 状态方程和输出方程推导状态方程和输出方程的求解方法3.3 线性系统的可控性和可观测性解释可控性和可观测性的概念和判断方法第四章：非线性控制系统分析4.1 非线性系统的分类介绍线性与非线性的区别和常见的非线性特性4.2 非线性方程的求解方法解释求解非线性方程的数值方法和解析方法4.3 非线性控制系统的稳定性分析介绍李雅普诺夫理论和Lyapunov 函数的应用第五章：现代控制理论5.1 现代控制理论的概念解释现代控制理论的背景和发展5.2 鲁棒控制理论介绍鲁棒控制的概念和设计方法5.3 自适应控制理论解释自适应控制的概念和应用场景第六章：控制系统的设计方法6.1 系统设计的基本原则介绍控制系统设计中的稳定性、准确性和快速性原则6.2 控制器设计方法详细讲解PID控制器、模糊控制器、自适应控制器的设计步骤和注意事项6.3 系统仿真与实验介绍使用MATLAB等工具进行控制系统仿真的方法强调实验在控制系统教学和工程应用中的重要性第七章：线性调节器的设计7.1 调节器的作用与分类解释调节器的作用以及比例、积分、微分调节器的特点7.2 调节器的设计方法介绍Ziegler-Nichols方法等经典调节器设计方法7.3 调节器的参数整定讲解如何通过观察系统响应来整定调节器参数第八章：系统辩识8.1 系统辩识的基本概念解释系统辩识的目的和方法8.2 输入输出数据采集介绍如何采集系统的输入输出数据8.3 系统模型的建立与参数估计讲解如何根据采集到的数据建立数学模型并进行参数估计第九章：数字控制系统9.1 数字控制系统的组成介绍数字控制系统的硬件和软件组成部分9.2 数字控制算法详细讲解离散PID控制、模糊控制等数字控制算法9.3 数字控制器的实现介绍如何实现数字控制器，包括硬件实现和软件实现第十章：自动控制系统的应用10.1 工业自动化讲解自动控制系统在工业生产中的应用案例10.2 家居自动化介绍自动控制系统在智能家居中的应用案例10.3 汽车自动化探讨自动控制系统在现代汽车工业中的应用案例重点和难点解析重点环节：1. 自动控制的概念和分类2. 反馈控制系统的组成和类型3. 状态空间分析方法4. 非线性控制系统分析5. 现代控制理论6. 控制系统的设计方法和步骤7. 调节器的设计和参数整定8. 系统辩识的方法和模型建立9. 数字控制系统的组成和算法实现10. 自动控制系统的应用案例难点解析：1. 自动控制的概念和分类：理解自动控制的基本原理和不同类型控制系统的特点。
自动控制原理教案
表示。
2.积分环节()ss G 1=微分环节()()()221lg 2011lg 20T T L ωωω+-=+=()⎪⎩⎪⎨⎧〉〉--=-〈〈=+-=T T T T 1,lg 20lg 20lg 201,001lg 202ωωωω通过以上例子，可总结出开环传递函数的对数相频率特性曲线有以下特点：（1） 开环对数频率特性在低频段的形状，只与系统的开环增益 K 和积分环节的个数有关，即曲线起始段的斜率由积分环节的个数决定，即()dec dB N /20-⨯。
0型系统，()ωL 曲线起始段是高度为k lg 20的一条水平线；（2） 在交接频率处曲线的斜率变化应视典型环节而定，如遇到 惯性环节，斜率要减少20dec dB /；遇到二阶振荡环节，斜率要减少40dec dB /；遇到一阶微分环节，斜率要增加20dec dB /。
（3）绘制对数相频特性曲线()ωφ时，起始段的渐进性方向趋势为⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯2πN ，高频段的渐进性方向趋势为()⎪⎭⎫⎝⎛-⨯-2πm n ；然后再求出交接频率处的准确值，用光滑的曲线连接即得该系统的对数相频特性渐进曲线。
小结：1. 开环传递函数的对数频率特性曲线的绘制方法作业：（2） 幅值稳定裕度令幅相曲线穿越—180°相位线所对应的频率为g ω，这个频率称为相角穿越频率，此频率所对应的幅值为()g A ω。
幅值稳定裕度的定义：相角穿越频率时的幅频特性的倒数称为幅值稳定裕度，简称幅值裕度，即()g g A k ω1=对于最小相位系统，1>gk 表示闭环系统稳定，而且g k 愈大，系统愈稳定；若1<g k ，闭环系统不稳定。
（3）相位稳定裕度令幅相曲线穿越0dB 线所对应的频率为c ω，这个频率称为幅值穿越频率，此频率所对应的相位为()c ωϕ。
相位稳定裕度的定义：幅值穿越频率c ω的相频特性与-180°之差称为相位稳定裕度，简称相位裕度，即()c ωϕγ+︒=180如果闭环系统稳定，则相位裕量0>γ，并且γ愈大，闭环系统愈稳定；反之，当0<γ，闭环系统不稳定。
自动控制原理第一章教案
第一章绪论一、自动控制技术自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。
自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。
自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。
二、自动控制理论的发展过程1.1945年之前，属于控制理论的萌芽期。
1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础，至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。
2.二十世纪六十年代初。
用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。
现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。
3.七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。
例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。
三、自动控制技术与人类历史发展1.自动计时漏壶：古代利用滴水、沙多少来计量时间的一种仪器。
水漏是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。
历史可追溯到夏、商时期。
沙漏是为了避免水因气温变化而影响计时精度而设计的。
其原理是通过流沙推动齿轮组，使指针在时刻盘上指示时刻。
最早记载见于元代。
2.记里鼓车：记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，行一里路打一下鼓的装置，故名“记里鼓车”。
记里鼓车这是一种会自动记载行程的车辆，是中国古代社会的科学家、发明家研制出的自动机械物体，被机器人专家称为是一种中国古代机器人。
记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的。
车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。
自动控制原理--教案
教案～学年第二学期课程名称系(院、部、中心)教研室(系、实验室)授课班级主讲教师职称安徽建筑工业学院教务处制二○○八年二月教案（首页）课、公共选修课2. 课次为授课次序，填1、2、3……等。
3. 方法及手段系指举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解等。
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自动控制原理电子教学案
第一章自动控制原理的基本概念主要内容：自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中，要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。
同时，干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。
例如：卫星运行轨道，导弹飞行轨道，加热炉出口温度，电机转速等控制控制：为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。
控制任务可由人工控制和自动控制来完成。
§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。
当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。
当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量)，而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。
人工控制的例子。
这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。
当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。
这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。
画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。
比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：测量元件与变送器（代替眼睛）自动控制器（代替大脑）执行元件（代替肌肉、手）这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。
下图是典型控制系统方框图。
自动控制原理电子教案新a
自动控制原理电子教案新a一、前言1. 课程简介：自动控制原理是研究自动控制系统的基本理论、方法和应用的学科。
本课程旨在使学生掌握自动控制的基本概念、原理和设计方法，为后续专业课程和实际工程应用打下基础。
2. 教学目标：通过本课程的学习，学生应能理解自动控制系统的组成、工作原理和性能评价，掌握常见控制器的设计方法和应用，具备分析解决自动控制问题的能力。
3. 教材及参考书：（1）教材：《自动控制原理》，作者：何贵林，出版社：清华大学出版社。
（2）参考书：《现代自动控制原理》，作者：陈玉祥，出版社：机械工业出版社。
二、课程内容1. 自动控制基本概念1.1 自动控制系统的定义1.2 自动控制系统的分类1.3 自动控制系统的性能指标2. 经典控制理论2.1 传递函数2.2 动态响应2.3 稳定性分析2.4 控制器设计方法3. 现代控制理论3.1 状态空间描述3.2 状态空间分析3.3 控制器设计三、教学方法与手段1. 讲授：通过课堂讲授，使学生掌握自动控制原理的基本概念、理论和方法。
2. 实验：安排实验课程，让学生亲手操作，加深对自动控制原理的理解。
3. 案例分析：分析实际工程案例，提高学生解决实际问题的能力。
4. 习题讨论：组织学生进行习题讨论，巩固所学知识。
四、课程考核1. 期末考试：包括选择题、填空题、计算题和简答题，考察学生对自动控制原理的基本知识和应用能力的掌握。
2. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题能力。
3. 课程设计：培养学生解决实际自动控制问题的能力。
五、课程安排1. 课时：共计32课时，其中理论课时24课时，实验课时8课时。
2. 授课安排：每课时45分钟，共8周完成。
3. 实验安排：第9周开始，共2个实验。
六、自动控制系统的数学模型6.1 系统的微分方程系统的输入输出关系系统的状态变量微分方程的建立6.2 系统的传递函数传递函数的定义传递函数的性质典型环节的传递函数6.3 状态空间描述状态空间的概念状态空间的建立状态空间的性质七、系统的稳定性分析7.1 稳定性概念系统稳定的定义稳定性的判定方法稳定性的性质7.2 劳斯-赫尔维茨定理定理的表述定理的应用定理的推广7.3 李雅普诺夫方法李雅普诺夫函数的定义李雅普诺夫第一定理李雅普诺夫第二定理八、系统的控制器设计8.1 概述控制器的作用控制器设计的目标控制器设计的步骤8.2 比例积分微分(PID)控制器PID控制器的原理PID控制器的参数调整PID控制器的应用8.3 模糊控制器模糊控制器的原理模糊控制器的结构模糊控制器的应用九、系统的准确度分析与校正9.1 系统准确度的概念系统准确度的定义系统准确度的评价指标系统准确度的改善方法9.2 系统校正的方法系统校正的目的系统校正的原理系统校正的方法9.3 系统校正的实例分析实例一：线性系统的校正实例二：非线性系统的校正实例三：时变系统的校正十、自动控制系统的应用10.1 工业控制系统工业控制系统的类型工业控制系统的应用工业控制系统的案例分析10.2 航空航天控制系统航空航天控制系统的特点航空航天控制系统的应用航空航天控制系统的案例分析10.3 生物医学控制系统生物医学控制系统的类型生物医学控制系统的应用生物医学控制系统的案例分析十一、非线性控制系统11.1 非线性系统的特点非线性系统的定义非线性系统的常见类型非线性系统分析的挑战11.2 非线性控制理论非线性系统的数学模型非线性系统的稳定性分析非线性控制策略11.3 非线性控制应用实例实例一：倒立摆控制系统实例二：控制系统实例三：电子电路控制系统十二、现代控制理论12.1 状态空间法的优势状态空间法的概念状态空间法的应用状态空间法与传统控制理论的比较12.2 李雅普诺夫理论李雅普诺夫理论的基本概念李雅普诺夫稳定性分析李雅普诺夫理论的应用12.3 鲁棒控制理论鲁棒控制的概念鲁棒控制的设计方法鲁棒控制在实际系统中的应用十三、自适应控制系统13.1 自适应控制的需求自适应控制的概念自适应控制的目标自适应控制的重要性13.2 自适应控制算法自适应控制算法的基本原理自适应控制算法的类型自适应控制算法的实现13.3 自适应控制的应用实例实例一：自适应PID控制实例二：自适应模糊控制实例三：自适应神经网络控制十四、自动控制系统的仿真14.1 仿真在自动控制系统中的应用仿真技术的概念仿真软件的选择与使用仿真在系统设计与分析中的重要性14.2 系统仿真的方法离散时间系统的仿真连续时间系统的仿真非线性系统的仿真14.3 仿真案例分析案例一：飞行器控制系统仿真案例二：工业过程控制系统仿真案例三：生物医学控制系统仿真十五、课程总结与展望15.1 自动控制原理课程总结课程主要内容的回顾重点和难点的梳理学生学习情况的评估15.2 自动控制技术的未来发展趋势新型控制理论的发展智能化控制的应用跨学科融合的创新15.3 课程实践与研究建议学生如何进行课程实践教师如何进行教学研究课程改进的方向和建议重点和难点解析：一、前言重点：自动控制原理的概念、意义和应用领域。
《自动控制原理》电子教案
自动控制原理电子教案第 1 次课授课时间2学时授课题目（章、节）第一章绪论（1-3节）主要内容1．自动控制在各领域的应用2．自动控制的作用3．自动控制定义：自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量自动地按预先给定的规律去运行。
4．自动控制系统的基本职能元件及基本框图等5．开环控制与闭环控制目的与要求了解自动控制系统的基本职能元件、基本术语及方框图掌握自动控制定义掌握开环、闭环控制的定义、基本框图重点与难点重点：自动控制的定义、开环控制与闭环控制的定义及框图教学手段授课、例题讲解思考题或作业题1-2１．１ 引言 无论是人们的日常生活、工业生产，还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中，自动控制技术无所不在、无所不能。
自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。
自动控制技术是建立在控制论基础上的，而控制论研究的是控制的一般性理论，它不具体面对某一类控制系统的，因此它是一门以理论为主的课程。
自动控制理论是一门理论性和工程性的综合科学。
１．控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论（也即，它是研究系统共性的控制过程的理论，可以把实际对象的物理涵义抽象出来，因此，它一定是以数学工具作为主要研究手段的）。
２．控制理论的研究对象 控制论的研究是面向系统的。
广义地讲：控制论是研究信息的产生、转换、传递、控制和预报的科学； 狭义地讲：根据期望的输出来改变控制输入，使系统的输出能达到某中预期的效果。
３．控制论与数学及自动化技术的关系 控制论是应用数学的一个分支，它的某些理论的研究还要借助于抽象数学。
而控制论的研究成果若要应用于实际工程中，就必须在理论概念与用来解决这些实际问题的实用方法之间架起一座桥梁。
１．２ 自动控制和自动控制系统 １．２．１自动控制问题的提出 人们存在着一种普遍的要求或希望，即要求某些物理量维持在某种特定的（如恒定不变或按某种规律变化或跟踪某个变化的量等等）标准上。
自动控制原理教案
自动控制原理教案经典控制部分第一章控制理论一般概念3学时 (2)第二章控制系统的数学模型9学时 (6)第三章控制系统的时域分析10学时 (15)第五章频率特性12学时 (26)第六章控制系统的校正与设计8学时 (36)第七章非线性系统8学时 (40)第八章离散控制系统8学时 (45)第一章控制理论一般概念3学时1．本章的教学要求1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。
2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。
3）使学生学会控制系统的基本分类方法，4）掌握对控制系统的基本要求。
2．本章讲授的重点本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。
3．本章的教学安排本课程讲授3个学时，复习学时3个。
演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。
[教案1-1]第一节概述1．教学主要内容：本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容。
2．讲授方法及讲授重点：本讲首先介绍控制工程研究的主要内容，给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机离心调速器为例，说明需要用控制理论解决控制系统的稳定、准确、快速等问题。
其次，在讲授控制理论的发展时，主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段，重点说明经典控制理论、现代控制理论研究的范围、研究的手段，强调本课程重点介绍经典控制理论。
另外，在介绍控制理论在工程中的应用时，应举出控制理论在军事、数控机床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、液压系统的动态特性分析、生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系，激发同学的学习兴趣。
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教案
～学年第二学期
课程名称
系(院、部、中心)
教研室(系、实验室)
授课班级
主讲教师
职称
安徽建筑工业学院教务处制
二○○八年二月
教案（首页）
课、公共选修课
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