自动控制原理
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spContent=反馈是生命的核心特征,反馈过程控制着我们如何成长、如何应对压力和挑战,并调节着体温和血压等身休参数。反馈机制在各种层次上起着作用,本课程阐述了物理系统中反馈控制的基本原理和设计方法。通过本课程的学习,使学生掌握控制器参数对系统性能的影响以及反馈控制系统的分析和设计方法。
—— 课程团队
课程概述

自动控制原理为控制系统提供了数学模型的建立、性能分析和系统设计的基本方法。主要内容包括单变量线性定常连续系统的微分方程、传递函数和信号流图等数学模型的建立;系统稳定性、动态性能、稳态性能的时域分析;频域法和根轨迹法;系统串联校正的设计方法。本课程40学时。








授课目标

通过本课程的学习,使学生掌握控制系统分析和综合基本方法,具备控制系统分析和设计的基本技能。

课程大纲

1.自动控制的一般概念(2学时)

 (1)自动控制系统的定义、构成;   

 (2)自动控制系统的基本控制方式;自动控制系统的分类;

 (3)对控制系统的基本要求。

2.控制系统的数学模型(6学时) 

 (1)传递函数:传递函数的定义、性质及典型环节的传递函数;

 (2)信号流图:信号流图的组成、绘制及梅森增益公式;

 (3)闭环系统的传递函数:输入量及扰动量作用下的传递函数、误差传递函数。

    3.线性系统的时域分析法(10学时) 

      (1)典型一阶系统动态性能:数学模型和单位阶跃响应;  

 (2)典型二阶系统的动态性能:典型二阶系统的数学模型、阶跃响应;

    欠阻尼二阶系统的动态性能指标;

    二阶系统性能的改善(包括比例微分控制;速度反馈控制;两者的比较);

 (3)控制系统的稳定性分析:稳定的充分必要条件、代数稳定判据;

 (4)控制系统的稳态性能分析:误差和稳态误差定义、系统类型、稳态误差分析与静态误差系数。

4. 线性系统的根轨迹法(6学时) 

   (1)根轨迹方程:幅值条件和相角条件;           

 (2)180度根轨迹作图的一般规则、典型的零、极点分布及其相应的根轨迹;

 (3)参量根轨迹;

 (4)系统性能分析:稳定性分析、增加零、极点对根轨迹的影响。

5. 线性系统的频域分析法(10学时) 

   (1)频率特性的定义;           

 (2)对数坐标图:对数坐标图的特点、典型环节的Bode图、绘制系统Bode图的一般步骤;

 (3)开环幅相曲线图:典型环节的开环幅相曲线图;

    非最小相位系统的开环幅相曲线图;          

 (4)奈奎斯特稳定判据:奈奎斯特稳定判据及在开环系统含有积分环节时的应用;

    奈奎斯特判据在Bode图中的应用;

 (5)稳定裕量:幅值裕量及相角裕量。

    6. 线性系统的校正法(6学时) 

   (1)校正装置:超前和滞后网络的特性;           

 (2)系统校正的频率响应法:超前和滞后校正设计;反馈校正;           

 (3)PID控制器:控制法则及对系统性能的影响。


预备知识

学过电路基础知识,掌握拉氏变换。

证书要求

暂无证书。

参考资料

[1]《自动控制原理(第六版)》,胡寿松,科学出版社,2013年3月 

[2]《Modern Control Engineering(第四版)》,Katsuhiko Ogata,清华大学出版社,2006年