第一篇：自動控制原理第六章復習總結(第二版)

第六章

典型過程控制系統應用方案

第一節 熱交換器溫度反饋—靜態前饋控制系統一、生產過程對系統設計的要求

1．系統簡介：如圖6-1所示。

把煤氣發生爐來的一氧化碳同水蒸氣的混合物轉換生成合成氨的原料氣。這種冷、熱介

質的熱量交換是通過熱交換器來完成的。

圖6-1 熱交換器及其有關工藝參數

2．對系統要求：

（1）為了節省能量，利用生產過程中產生的廢熱熱源（成品、半成品或廢氣、廢液）。（2）不希望對其流量進行調節。（3）設計控制系統。

二、系統組成

1．控制方式選擇：根據熱交換器溫度反饋情況，選擇靜態前饋控制系統。2．系統組成：

（1）熱量計算公式：根據穩態時的熱平衡關系，忽略其它因素（散熱損失等），（2）靜態前饋函數計算關系式：

（3）靜態前饋函數的實施線路：如圖6-2的虛線框中所示。

圖6-2 熱交換器溫度反饋—前饋控制系統的組成（4）討論：根據式（6-2）知，當Th1、Th2、Tc1或Q1中的任意一個變量變化時，其變化都可以通過前饋函數部分及時調整流量Q2；

使這些變量的變化對被控制變量Tc2的影響得到補償。

三、儀表靜態參數的設置

1．關鍵參數：比值器的系數α、加減器的偏置信號I5。2．主要參數設置：

設：K=C1/C2=1.20，Th1=380℃，Th2=300℃，Tc1=150℃，Tc2=260℃，Q1=0.125 m/s，Q2=0.109 m/s。

（1）Tc2溫度變送器的儀表轉換系數計算：

（2）溫差變送器的儀表轉換系數計算：

（3）流量變送器轉換系數計算：

（4）各個變送器的輸出信號值計算：

（5）比值器的系數α計算：

3．結論：

（1）由Tc2溫度變送器、PID調節器、PI調節器、Q2流量變送器、電/氣轉換器與Q2控制閥門組成一個串級調節系統。Tc2為主被調節變量，Q2為副被調節變量。

（2）這個串級調節系統與靜態前饋函數計算回路組成一個復合調節系統。（3）這種控制系統對于來自Q2、Tc1、Th1、Th2或Q1的擾動，效果良好。

33第二節 單回路控制系統的應用

牛奶類乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設備控制系統

應用：非常廣泛地應用。

據統計，在一個年產30萬噸合成氨的現代化大型裝置中，約占85%。特點：結構簡單、投資少、易于調整、投運、又能滿足一般生產過程的工藝要求。

系統回顧：單回路控制系統是最基本的控制系統。一般由被控過程W0(s)、測量變送器Wm(s)、調節器Wc(s)和調節閥Wv(s)等環節組成，如圖6-3所示。

圖6-3 單回路控制系統基本結構框圖

實例：牛奶類乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設備控制系統一、生產工藝簡況：

圖6-4 牛奶的干燥過程流程圖

1．結構：圖6-4所示為牛奶類乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設備。

2．工作原理：由于乳化物屬于膠體物質，激烈攪拌易固化，不能用泵輸送。故采用高位槽的辦法，即濃縮的乳液由高位槽流經過濾器A或B（兩個交換使用，保證連續操作），除去凝結塊等雜物，再通過干燥器頂部從噴嘴噴出。空氣由鼓風機送至換熱器（用蒸汽間接加熱），熱空氣與鼓風機直接來的空氣混合后，經過風管進入干燥器，從而蒸發出乳液中的水分，成為奶粉，并隨濕空氣一起輸出，再進行分離。生產工藝對干燥后的產品質量要求很高，水分含量不能波動太大，因而對干燥的溫度要求嚴格控制。試驗證明，若溫度波動小于±2℃，則產品符合質量要求。

二、控制系統設計

（一）被控參數與控制參數的選擇 1．被控參數選擇：產品質量（水分含量）與干燥溫度密切相關。由于測量水分難度大，水分與溫度一一對應，所以故選用干燥器的溫度為被控參數。2．控制參數選擇：分兩種情況討論。

（1）知道被控過程的數學模型：可以選取可控性良好的參量作為控制參數。（2）未知被控過程的數學模型：根據圖6-4所示裝置分析如下。

①影響干燥器溫度的因素：有乳液流量f1(t)、旁路空氣流量f2(t)、加熱蒸汽量f3(t)。，圖中用調節閥位置代表三種控制方案，其框圖分別如圖6-

5、圖6-

6、圖6-7所示。

②確定控制參數：選取其中任一變量作為控制參數，構成溫度控制系統。

③設計控制方案：

第一方案：如圖6-5所示。

乳液直接進入干燥器，滯后最小，對于干燥溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進入位置最靠近調節閥1，似乎控制方案最佳。但是，乳液流量即為生產負荷，一般要求能保證產量穩定。若作為控制參數，則在工藝上不合理。所以不宜選乳液流量為控制參數，該控制方案不能成立。

圖6-5 乳液流量為控制參數時的系統框圖

第二方案：如圖6-6所示。

可以調節旁路空氣流量與熱風量混合后，再經過較長的風管進入干燥器。與圖6-5所示方案相比，由于混合空氣傳輸管道長，存在管道傳輸滯后，故控制通道時間滯后較大，對于干燥溫度校正作用的靈敏度要差一些。

圖6-6 風量作為控制參數時的系統框圖

第三方案：如圖6-7所示 調節換熱器的蒸汽流量，以改變空氣的溫度，則由于換熱器通常為一雙容過程，時間常數較大，控制通道的滯后最大，對干燥溫度的校正作用靈敏度最差。顯然，選擇旁路空氣量作為控制參數的方案最佳。

圖6-7 蒸汽流量作為控制參數時的系統框圖

（二）過程檢測控制儀表的選用

根據生產工藝和用戶的要求，選用電動單元組合儀表（DDZ—Ⅲ型）。1． 測溫元件及變送器

被控溫度在600℃以下，選用鉑熱電阻溫度計。為了提高檢測精度，應用三線制接法，并配用DDZ—Ⅲ型熱電阻溫度變送器。2． 調節閥

根據生產工藝安全原則及被控介質特點，選用氣關形式的調節閥。根據過程特性與控制要求選用對數流量特性的調節閥。根據被控介質流量選擇調節閥公稱直徑和閥芯直徑的具體尺寸。3． 調節器

根據過程特性與工藝要求，可選用PI或PID控制規律。根據構成系統負反饋的原則，確定調節器正、反作用方向。

（三）畫出的溫度控制流程圖及其控制系統方框圖。1． 溫度控制流程圖：如圖所示

圖6-8 溫度系統單回路控制流程圖

2．控制系統方框圖：如圖所示

圖6-8 溫度系統單回路控制方框圖

（四）調節器參數整定

為了使溫度控制系統能運行在最佳狀態，可以按照調節器工程整定方法中的任一種進行調節器參數的整定。

第二篇：自動控制原理總結報告

自動控制原理總結報告

專 業 自動化 班 級 09自動化<1>班 姓 名 學 號

完成 時間

自動控制原理總結報告

摘要: 本學期我們學習了自動控制原理的前前8章，重點介紹了前6章，離散系統的分析與線性系統類似。自動控制技術所取得的成就和起到的作用給各行各業的人們留下了深刻的印象。從最初的機械轉速、位移的控制到工業過程中對溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠洋巨輪到深水潛艇的控制，而今的數控機床，汽車工業，自動控制技術的應用幾乎無處不在。關鍵是自動控制理論和技術已經介入到了電氣、機械、航空、化工、核反應等諸多的學科和領域。所以越來越多的工程技術人員和科學工作者開始了解和關注自動控制的知識。關鍵字：控制 方法 發展 正文:

一、自動控制理論的分析方法：（1）時域分析法；（2）頻率法；（3）根軌跡法；（4）狀態空間方法；（5）離散系統分析方法；（6）非線性分析方法

系統的數學模型(1)解析表達：微分方程；差分方程；傳遞函數；脈沖傳遞函數；頻率特性；脈沖響應函數；階躍響應函數(2)圖形表達：動態方框圖（結構圖）；信號流圖；零極點分布；頻率響應曲線；單位階躍響應曲線

自動控制原理基礎系列課程內容體系具有系統性、科學性、先進性、實用性，對課程體系進行了改革確立了以系統分析、系統建模、系統綜合為自動控制原理課程的主線構建了由時域分析、復域分析、頻域分析、系統校正4個模塊構成的知識體系。

從課程的體系出發以系統建模→系統分析→綜合設計作為課程主線。數學模型是描述系統內部各物理量或變量之間關系的數學表達式建立一個合理的模型是系統分析和設計的前提。從不同的角度對系統進行建模加深對這方面內容的理解。例如可用船舶上的電機調速系統為例通過建立它的微分方程、傳遞函數、結構圖、信號流圖這些不同的數學模型來建立各模型的聯系。

系統分析方法是控制系統綜合設計的基礎這部分的內容主要包括時域分析法、根軌跡法、頻域響應法是控制理論的重點。在控制系統中穩定性、快速性和準確性是對控制系統的基本要求也是衡量系統性能的重要指標控制系統不同的分析問題方法都是緊緊圍繞這三個方面展開的。只要抓住這個特點就抓住了系統分析的關鍵有助于加深對不同方法的理解。例如以我軍某軍艦上的雷達定位系統為例假設給定目標信號要求設計控制器使系統在給定輸入下跟蹤指定目標最小且抗干擾性最好。這些生動的工程實例大大激發了我的興趣使我感受到了控制理論的魅力深刻理解了

結合控制理論的發展更新教學內容近年來控制理論得到了蓬勃發展特別在非線性控制、分布參數控制、魯棒控制、自適應控制、智能控制等方向上取得了重要進展。例如每章結束后都開設一個專題介紹本學科的發展動態這種方法擴大了我們的知識面培養了我們探索科學技術的興趣。結合船舶電氣的發展而言近幾年來隨著電力、電子、控制技術、通訊及信息技術等的不斷發展及其在船舶上的廣泛應用船舶電氣自動化程度大大地提高。新一代大功率半導體電力電子器件在材料、理論、機理、制造工藝和應用技術等方面的研究開發取得了突破性的進展船舶設備進一步向高可靠、節能型方向發展對船舶電力推進和輔機電力拖動技術帶來重大變革可編程序控制器和單片機已逐漸發展成為船舶控制中的一種普遍控制方式。自動控制原理課程雖然是電專業的基礎專業課程但是一般學時安排也不十分充裕。要想在有限的時間內把這門理論性和工程應用性都很強的課程學好必須認真的學習。例如在課程緒論部分通過與專業相關的典型示例引出控制、開環控制、閉環控制以及反饋等基本概念使我們認識到學習本課程的重要性并對控制理論在專業發展的作用有了一定的了解。

二、控制未來發展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動控制的結合物,是一類無需人的干預就能夠獨立地驅動智能機器,實現其目標的自動控制。智能控制的注意力并不放在對數學公式的表達、計算和處理上,而放在對任務和模型的描述,符號和環境的識別以及知識庫和推理機的設計開發上。智能控制用于生產過程,讓計算機系統模仿專家或熟練操作人員的經驗,建立起以知識為基礎的廣義模型,采用符號信息處理、啟發式程序設計、知識表示和自學習、推理與決策等智能化技術,對外界環境和系統過程進行理解、判斷、預測和規劃,使被控對象按一定要求達到預定的目的。智能控制的理論基礎是人工智能,控制論,運籌學和系統學等學科的交叉。2.非線性控制(Nonlinear Control)非線性控制是復雜控制理論中一個重要的基本問題,也是一個難點課題,它的發展幾乎與線性系統平行。非線性系統的發展,數學工具是一個相當困難的問題,泰勒級數展開對有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用于二階系統,適用于含有一個非線性元件的高階系統的“描述函數”法也是一種近似方法。由于非線性系統的研究缺乏系統的、一般性的理論及方法,于是綜合方法得到較大的發展。

3.自適應控制(Adaptive Control)自適應控制系統通過不斷地測量系統的輸入、狀態、輸出或性能參數,逐漸了解和掌握對象,然后根據所得的信息按一定的設計方法,作出決策去更新控制器的結構和參數以適應環境的變化,達到所要求的控制性能指標。4.魯棒控制(Robust Control)過程控制中面臨的一個重要問題就是模型不確定性,魯棒控制主要解決模型的不確定性問題,但在處理方法上與自適應控制有所不同。自適應控制的基本思想是進行模型參數的辯識,進而設計控制器。控制器參數的調整依賴于模型參數的更新,不能預先把可能出現的不確定性考慮進去。而魯棒控制在設計控制器時盡量利用不確定性信息來設計一個控制器,使得不確定參數出現時仍能滿足性能指標要求。

魯棒控制認為系統的不確定性可用模型集來描述,系統的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所設計的控制器下,都能使模型集里的元素滿足要求。魯棒控制的一個主要問題就是魯棒穩定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊數學模擬人的思維方法,將工藝操作人員的經驗加以總結,運用語言變量和模糊邏輯理論進行推理和決策,對復雜對象進行控制。模糊控制既不是指被控過程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用于鍋爐和蒸氣機的控制以來,開辟了Fuzzy控制的新領域,特別是對于大時滯、非線性等難以建立精確數學模型的復雜系統,通過計算機實現模糊控制往往能取得很好的結果。6.神經網絡控制(Neural Network Control)神經網絡是由所謂神經元的簡單單元按并行結構經過可調的連接權構成的網絡。神經網絡的種類很多,控制中常用的有多層前向BP網絡,RBF網絡,Hopfield網絡以及自適應共振理論模型(ART)等。

神經網絡控制就是利用神經網絡這種工具從機理上對人腦進行簡單結構模擬的新型控制和辨識方法。神經網絡在控制系統中可充當對象的模型,還可充當控制器

7.實時專家控制(Real Time Expert Control)專家系統是一個具有大量專門知識和經驗的程序系統,它應用人工智能技術,根據某個領域一個或多個人類專家提供的知識和經驗進行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以解決那些需要專家決定的復雜問題。專家系統和傳統的計算機程序最本質的區別在于:專家系統所要解決的問題一般沒有算法解,并且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎上作出結論。

實時專家系統應用模糊邏輯控制和神經網絡理論,融進專家系統自適應地管理一個客體或過程的全面行為,自動采集生產過程變量,解釋控制系統的當前狀況,預測過程的未來行為,診斷可能發生的問題,不斷修正和執行控制計劃。實時專家系統具有啟發性、透明性、靈活性等特點,目前已經在航天試驗指揮、工業爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛應用。目前需要進一步研究的問題是如何用簡潔語言來描述人類長期積累的經驗知識,提高聯想化記憶和自學習能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系統的狀態變量為定性量時(其值不是某一精確值而只知其處于某一范圍內),應用定性推理對系統施加控制變量使系統在某一期望范圍。定性控制與模糊控制的區別:模糊控制不需建模,其控制律憑經驗或算法調整,而定性控制基于定性模型,控制規則基于對系統的定性分析;模糊控制是基于狀態的精確測量值,而定性控制基于狀態的定性測量值。

定性控制面臨的問題:發展定性數學理論,改進定性推理方法,注重定性和定量知識的結合;研究定性建模方法,定性控制方法;加強定性控制應用領域的研究。9.預測控制(Predictive Control)預測控制是在工業實踐過程中獨立發展起來的一種新型控制方法,它不僅適用于工業過程這種“慢過程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統這種“快過程”控制。目前實用的預測控制方法有動態矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預測控制(GPC),模型預測啟發控制(MPHC)以及預測函數控制(PFC)等。這

最近有人提出一種新的基于主導內模概念的預測控制方法:結構對外來激勵的響應主要由其本身的模態所決定,即結構只對激勵信息中與其起主導作用的幾個主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的響應。目前利用神經網絡對被控對象進行在線辨識,然后用廣義預測控制規律進行控制得到較多重視。

預測控制目前存在的問題是預測精度不高;反饋校正方法單調;滾動優化策略少;對任意的一般系統,其穩定性和魯棒性分析較難進行;參數調整的總體規則雖然比較明確,但對不同類型的系統的具體調整方法仍有待進一步總結。10.分布式控制系統(Distributed Control System)分布式控制系統又稱集散控制系統,是70年代中期發展起來的新型計算機控制系統,它融合了控制技術(Control),計算機技術(Computer),通信技術(Communication),圖像顯示技術(CRT)的“4C”技術,形成了以微處理器為核心的系統,實現對生產過程的監視、控制和管理。

既打破了常規控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計算機系統對于信息、管理過于集中帶來的危險,而且還有大規模數據采集、處理的功能以及較強的數據通信能力。

分布式控制系統既有計算機控制系統控制算法靈活,精度高的優點,又有儀表控制系統安全可靠,維護方便的優點。它的主要特點是:真正實現了分散控制;具有高度的靈活性和可擴展性;較強的數據通信能力;友好而豐富的人機聯系以及極高的可靠性。

總結：通過這一學期的學習，我對自動控制原理這門課有了深刻的認識，現在能夠簡單的分析一些問題了，過程實驗給我們很大的提高。雖然現在還不知道未來要從事什么行業，但不管怎樣要學好當前的每門課。基礎一定要打好。

第三篇：自動控制原理實驗報告

北京交通大學

自動控制原理研究性學習報告

——基于MATLAB軟件的系統建模分析與校正

譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028

摘要

本文利用MATLAB軟件來實現對自動控制系統建模、分析與設計、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統的動態性能、和穩態性能。并且能夠靈活的改變系統的結構和參數通過快速、直觀的仿真達到系統的優化設計。

關鍵詞：MATLAB，自動控制，系統仿真

1.主要任務

單位負反饋隨動系統固有部分的傳遞函數為

G(s)=4K/s(s+2)

1、畫出未校正系統的Bode圖，分析系統是否穩定。

2、畫出未校正系統的根軌跡圖，分析閉環系統是否穩定。

3、設計系統的串聯校正裝置，使系統達到下列指標：（1）靜態速度誤差系數Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。

4、給出校正裝置的傳遞函數。

5、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計算校正后系統的穿越頻率ωc、相位裕量γ。

6、分別畫出系統校正前、后的開環系統的奈奎斯特圖，并進行分析。

2.理論分析

（1）確定K值

Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統的開環對數幅頻特性如圖實線所示。

由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;

得wc≈6.32；

γ(wc)=180?+?(wc)=90?-72.4?=17.6?

可見相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態響應性能，采用引前矯正。

（3）設計串聯微分校正裝置：

微分校正環節的傳遞函數為

Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移為

?max=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根據系統相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環節最大相位移為

?max≥50?-17.6?=32.4?

考慮Wc’≥Wc,原系統相角位移將更負些，故?max將更大些，取?max=40?，即有

Sin40?=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 設校正后的系統穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點。即

Wc’=√w1w2=w1√rd 若認為Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,則得

A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正裝置的傳遞函數為

Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）驗算校正后系統指標

Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入數值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=52.4? 另?(wj)=-180?,可得出系統穿越頻率wj→∞;所以一定滿足

GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真

(1)時域分析

1.校正前系統的暫態響應曲線如圖：

-圖1 系統單位階躍相應

計算結果：

pos(超調量)=60.46%、、tp(峰值時間)= 0.5s、tr(上升時間)=1.8s，ts(調節時間)=3.7s 由圖可知：校正前系統的的調節時間較長，超調量過大。

3.校正后系統的暫態響應曲線如圖

圖2系統單位階躍相應

計算結果：

pos(超調量)=15.88%、、tp(峰值時間)= 0.3s、tr(上升時間)=0.2s，ts(調節時間)=0.6s

系統的暫態響應與校正前相比有較大改善。該系統依然穩定，而且反應更加快速，應采用。

(2)根軌跡

校正前系統的根軌跡如圖

校正后系統的根軌跡如圖：

校正前后根軌跡對比

(3)對數頻率特性

校正前系統的開環對數頻率特性如圖實線所示：

圖1 系統對數頻率特性曲線

相位裕量γ=17.6

穿越頻率=6.32rad/s微分校正環節的對數頻率特性如圖所示：

校正后系統的開環對數頻率特性如圖所示：

相位裕量γ=52.4穿越頻率=9.26rad/s

對比圖

(4)幅相頻率特性

校正前系統的開環幅相頻率特性如圖所示：

圖7 系統幅相頻率特性曲線

校正后系統的開環幅相頻率特性如圖所示：

對比圖

四、程序附錄（1）時域分析

clear

t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;

end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

（2）對數頻率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)

（3）根軌跡 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)

（4）幅相頻率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)

總結

本次研究性學習的內容主要是建立自動控制系統并運用MATLAB軟件對設計的自動控制系統進行仿真，其中涉及了關于自動控制方面的很多知識，也有關于數學建模方面的知識以及MATLAB軟件的應用，此次研究性學習建立了衛星姿態的自動控制。

在此次設計過程中遇到了很多問題，也接觸到了很多以前不知道的知識，特別是之前很少接觸過MATLAB軟件，這讓本次設計一度陷入停滯階段。后來在圖書館和網絡上查閱了大量的相關書籍，并在同學的細心指導下安裝了MATLAB軟件并學習其使用方法，從而使問題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學習。

第四篇：《自動控制原理》復習題

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《自動控制原理》復習題

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

ts。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環零點之間

（其中一個零點可以位于無窮遠處)，則在這兩個零點之間必定存在。、要改善

essr

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、經典控制理論的三大問題是穩定性、和動態性能。、根據控制信號的不同，可以將控制系統分為和隨動控制系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，只有順向作用而沒有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系統。、在二階系統中，n

稱為。、在自動控制系統中，使用速度反饋與微分順饋可以改善系統的。、開環幅相頻率特性曲線越靠近（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統的控制作用能否對系統的所有狀態產生影響，從而能對系統的狀態實現控制，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．

[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越小，那么（）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

．超調量越大

上升時間越小．超調量越小

上升時間越大

．超調量越小

上升時間越小．超調量越大

上升時間越大、對于開環增益為的Ⅰ型系統，在階躍信號

()作用下的穩態誤差為（）。

．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用滯后校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

．

co

c,co

c

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分與微分控制規律的另一種表示方法是（）。

（）

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

n

保持不變時，（）

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間越大

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間越小

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間不變

.阻尼比

ξ越大，系統的調整時間不定、在系統開環傳遞函數中增加零點，將使系統的動態性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統

.穩態誤差

.相對穩定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數描述系統的特點。、請寫出梅遜公式的表達式，并說明公式中每個參數的含意。、試述擾動信號對系統穩態誤差的影響，并寫出減小或消除擾動引起的穩態誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計算根軌跡與虛軸交點的坐標。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。、簡述奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、已知系統特征方程為

s4

3s3

6s2

3s

0，試用代數穩定性判據判別系統的穩定性。、已知反饋控制系統結構圖如右圖所示。

試

確

定

結

構

參

數

和

τ，使

M

p

20%,t

p

1s，并計算調節時間

ts。

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環極點之間則在這兩個極點之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、自動控制系統的基本要求是穩、準和。、根據時間信號的不同，可以將控制系統分為和離散時間系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數代表。、在二階系統中，d

稱為。、在自動控制系統中，為了改善系統的動態性常采用與微分順饋的方法。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、開環幅相頻率特性曲線越遠離（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統能否通過輸出量把系統的初始狀態識別出來，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調量越

大

調整時間越小．超調量越小

調整時間越大．超調量越小

調整時間越小．超調量越大調整時間越大、對

于

開

環

增

益

為的Ⅰ

型

系

統，在階

躍

信

號

()

作

用

下的穩

態

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

．

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時，（）

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越大

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越小

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不變

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不定、在系統開環傳遞函數中增加極點，將使系統的穩定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.傳遞函數

.線性定常系統

.穩定性

.閉環主導極點

.穩定裕量

四、簡答題（每題分，共分）、簡述結構圖化簡的原則。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、簡述信號流圖中前向通路是怎么定義的。、簡述控制系統穩態誤差的三要素。、簡述根軌跡的分離點和會合點，并寫出分離點和會合點的計算方法。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。、簡述波德圖上的奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）、已知系統的閉環特征方程為

s6

2s5

8s4

12s3

20s2

16s

0，試用代數穩定判

據判斷該系統是否穩定，如不穩定請說明引起系統不穩定的根的個數；如臨界穩定，請求取使系統臨界穩定的共軛虛根。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、有擾系統如下圖所示，已知輸入信號

R（s)

1/

s，擾動信號

N

(s)

1/

s，試求該系統的穩態誤差。

N(s)

R(s)

K

K

C(s)

s

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統穩定的充要條件是閉環系統的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是。、極坐標圖上以坐標原點為圓心的單位圓和圖上的對應。、如果根軌跡位于實軸上兩個相鄰的開環極點之間則在這兩個極點之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、自動控制系統的基本要求是穩、準和。、根據時間信號的不同，可以將控制系統分為和離散時間系統。、如果要求系統的快速性好，則閉環極點應距離越遠越好。、開環控制和是控制系統的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統稱為線性系統，我們又常稱為線性可加性。、組成系統的控制裝置與被控對象之間，有順向作用還有反向聯系的控制稱之為。、用標明傳遞函數的方塊和連接線表示系統功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號變化次數代表。、在二階系統中，d

稱為。、在自動控制系統中，為了改善系統的動態性常采用與微分順饋的方法。、開環幅相頻率特性曲線越遠離（－）點，系統的穩定程度。、一個控制系統能否通過輸出量把系統的初始狀態識別出來，稱為。、控制系統的反饋分為狀態反饋和兩種。、相位裕量和是相對穩定性的兩個重要指標。

二、選擇題（每小題分，共分）、設線性定常系統的閉環特征方程的根為

si，,?，則該系統穩定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調量越

大

調整時間越小．超調量越小

調整時間越大．超調量越小

調整時間越小．超調量越大調整時間越大、對

于

開

環

增

益

為的Ⅰ

型

系

統，在階

躍

信

號

()

作

用

下的穩

態

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關于系統開環頻率特性的描述中，錯誤的是（）。

．開環頻率特性的低頻段決定了系統的無差度和開環增益。

．幅頻對數特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時，系統一定是穩定的，并

且動態性能比較好。

．系統的開環截止頻率

c

與調節時間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應為

vh

~

5。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、開環系統的極坐標圖如下，不穩定的是圖（）。、設某系統的相位裕度是

co，開環截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

co

c,co

c



．

．



co

c,co

c

co

c,co

c、二階振蕩環節，產生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對于欠阻尼的二階系統，當無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時，（）

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越大

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間越小

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不變

.阻尼比

n

越大，系統的峰值時間不定、在系統開環傳遞函數中增加極點，將使系統的穩定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動控制

.線性定常系統

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

.穩態誤差

.相對穩定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數描述系統的特點。、請寫出梅遜公式的表達式，并說明公式中每個參數的含意。、試述擾動信號對系統穩態誤差的影響，并寫出減小或消除擾動引起的穩態誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計算根軌跡與虛軸交點的坐標。、簡述最小相位系統，并說明其主要特點。

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用、簡述奈氏穩定判據。

五、計算題（每題分，共分）、已知單位負反饋系統如下圖所示，R(s)

K

C(s)

s

(s+1)(s+5)

()

求使閉環系統穩定的的取值范圍。

（本小題分）

()

如果要求閉環特征方程的所有根的實部都小于－，求的取值范圍。

（本小題分）

/

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用

K

g、已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為

Go

(s)，試繪制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/

第五篇：自動控制原理教案

自動控制原理教案

經典控制部分

......................................2 第二章

控制系統的數學模型 9學時.....................................6 第三章

控制系統的時域分析 10學時..................................14 第五章

頻率特性

12學時...........................................24 第六章

控制系統的校正與設計 8學時.................................33 第七章 非線性系統 8學時.............................................37 第八章 離散控制系統 8學時..........................................41 第一章

控制理論一般概念 3學時

第一章

控制理論一般概念 3學時

1．本章的教學要求

1）使學生了解控制工程研究的主要內容、控制理論的發展、控制理論在工程中的應用及控制理論的學習方法等內容，認識本學科在國民經濟建設中的重要作用，從而明確學習本課程的目的。

2）使學生深入理解控制系統的基本工作原理、開環閉環和復合控制系統、閉環控制系統的基本組成等內容，學會利用所學控制原理分析控制系統。3）使學生學會控制系統的基本分類方法，4）掌握對控制系統的基本要求。2．本章講授的重點

本章講授的重點是控制系統的基本概念、反饋控制原理、控制系統的的基本分類方法及對控制系統的基本要求。3．本章的教學安排

本課程講授3個學時，復習學時3個。

演示《自動控制技術與人類進步》及《自動化的應用舉例》幻燈片，加深同學對本課程研究對象和內容的了解，加深對反饋控制原理及系統參數對系統性能影響的理解。[教案1-1]

第一節 概述

1．教學主要內容：

本講主要介紹控制工程研究的主要內容、控制理論的發展、控制理論在工程中的應用及控制理論的學習方法等內容。2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹控制工程研究的主要內容，給出定義，并以瓦特發明的蒸汽機離心調速器為例，說明需要用控制理論解決控制系統的穩定、準確、快速等問題。

其次，在講授控制理論的發展時，主要介紹控制理論的發展的三個主要階段，重點說明經典控制理論、現代控制理論研究的范圍、研究的手段，強調本課程重點介紹經典控制理論。

另外，在介紹控制理論在工程中的應用時，應舉出控制理論在軍事、數控機床、加工中心、機器人、機電一體化系統、動態測試、機械動力系統性能分析、液壓系統的動態特性分析、生產過程控制等方面的應用及與后續課的關系，激發同學的學習興趣。

最后，在介紹控制理論的學習方法時，先說明本門課的特點，起點高、比較抽象、系統性強，然后強調學習本門課程應以新的視角分析和考慮問題，以系統的而不是孤立的、動態的而不是靜態的觀點和方法來思考和解決問題；掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結合實際，為解決工程中的控制問題打下基礎。

3．注意事項： 介紹本門課的參考書及課程總體安排。4．課時安排： 1學時。

5．教學手段： Powerpoint課件。

6．作業及思考題： 借參考書，查閱與本門課有關的文獻資料，了解控制理論的應用及最新發展動態。[教案1-2] 第二節 控制系統的基本概念

1．主要內容：

本講主要介紹控制系統的基本工作原理、開環閉環和復合控制系統、閉環控制系統的基本組成等內容。2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹控制系統的基本工作原理，利用恒溫箱人工控制與自動控制的例子，說明一切控制系統的控制步驟及控制原理，進一步引出反饋概念，給出反饋控制原理，之后，通過恒溫箱例子，講解功能方框圖的含義、表達方法，介紹常用的術語如輸入量、輸出量、反饋量、擾動量等，在同學具備上述知識基礎上，以蒸汽機離心調速器為例介紹方框圖的繪制方法。

其次，本講介紹開環、閉環和復合控制系統，首先說明這是控制系統按照有無反饋結構分類的一種分類方法，然后分別給出概念，通過數控線切割機進給系統開環、閉環的例子說明各自優缺點，并說明在實際中如何選用不同的控制系統。在講解閉環控制系統舉例時，可以再舉例，如：直流伺服電機速度伺服控制系統、液壓伺服系統、液位控制系統等例子，通過例子說明各種不同閉環控制系統的工作原理。

最后，在講解閉環控制系統的基本組成時，首先講解其基本組成，如：給定元件、放大變換元件、執行元件、被控對象、反饋元件等，說明當通過調整參數不能滿足系統綜合性能要求時，可以外加串聯校正和并聯校正裝置改善系統性能，說明串聯校正和并聯校正裝置的作用，交待一下今后在校正一章將專門介紹。

3．注意事項：本講為本章的重點，關鍵是要將反饋概念和控制系統的重要原理——反饋控制原理講清楚，以下的內容控制系統按照有無反饋結構分類、閉環控制系統的基本組成都是圍繞這一主題展開的。注意啟發同學，尋找身邊的開環、閉環控制系統例子，分析其工作原理，并安排相應的作業。4．課時安排：1學時。

5．教學手段：Powerpoint課件與板書相結合。6．思考題： p12,1-1，1-4 [教案1-3] 第三節 控制系統的基本類型

1．主要內容：

本講主要介紹控制系統的基本類型和控制系統的基本要求 2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹控制系統按輸入量輸出量的運動規律分類情況。

其次，本節介紹控制系統按系統傳遞信號性質分類情況，可以分為連續控制系統、離散控制系統兩種。在講授連續控制系統時，首先給出基本概念，然后說明恒溫箱控制系統、蒸汽機離心調速器、液壓伺服系統、液位控制系統、電氣隨動系統等都是連續控制系統。在講授離散控制系統時，首先利用圖形給出基本概念，然后說明數控機床等計算機控制系統都是離散控制系統，此部分內容最后安排一章介紹。

最后介紹控制系統的基本要求，應說明對于同一個控制系統的穩、準、快這三方面的要求是相互制約的。分析和解決控制系統的穩定性、快速性和準確性，并解決它們之間的矛盾，正是本書所要討論的主要內容。

3．注意事項：本講應說明控制系統的分類方法有許多種，上一講控制系統按照有無反饋結構分類就是一種分類方法。在講解控制系統按輸入量輸出量的運動規律分類時，注意啟發同學聯系實際系統中的例子。4．課時安排：1學時。

5．教學手段：Powerpoint課件及黑板板書相結合。

6．注意事項：本講為本章的最后一講，在講完上述內容的基礎上，應進行本章小結。

7．思考題： 請同學思考（可去圖書館查閱資料），舉出實際系統中有關恒值控制系統、程序控制系統、隨動系統的例子。

第二章

控制系統的數學模型 9學時

1．本章的教學要求

1）使學生了解控制系統建立數學模型的方法和步驟； 2）使學生掌握傳遞函數的定義、性質及傳遞函數的求取方法； 3）掌握典型環節及其傳遞函數；

4）掌握用方框圖等效變換的基本法則求系統傳遞函數的方法。2．本章講授的重點

本章講授的重點是傳遞函數的定義、性質；用方框圖等效變換的基本法則求系統傳遞函數的方法。3．本章的教學安排

本課程講授9個學時，安排了5個教案。

[教案2-1] 1．主要內容：

本講介紹數學模型定義、特點、種類；主要介紹控制系統最基本的數學模型——微分方程，通過舉例說明列寫物理系統微分方程的基本方法和步驟。2．講授方法及講授重點：

本講首先給出數學模型定義，說明為什么建立數學模型；介紹建立數學模型的依據；介紹數學模型特點，重點說明相似系統的概念、模擬的概念，由此引出今后研究控制系統問題都是在典型數學模型基礎上進行的；介紹數學模型種類，說明本課程主要介紹微分方程、傳遞函數、頻率特性形式數學模型。

其次，本講主要以電氣系統為例介紹列寫物理系統微分方程的方法和步驟，通過例題的詳細講解，使學生了解微分方程是描述控制系統動態性能的數學模型，熟悉在分析具體的物理系統過程中，要綜合應用所學過的物理、力學、機械等學科的知識。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應說明列寫物理系統微分方程的依據是系統本身的物理特性，本課程主要講授物理系統微分方程列寫的方法和步驟。5．課時安排：1學時。6．作業：p47 2-1 7．思考題：復習拉普拉斯(Laplace)變換

[教案2-2] 1．主要內容：

本講簡要回顧拉普拉斯(Laplace)變換定義、拉普拉斯反變換、常用函數的拉普拉斯變換、拉普拉斯變換的基本運算定理等基本知識；主要介紹應用拉普拉斯變換法求解微分方程。2．講授方法及講授重點：

本講首先簡要回顧拉普拉斯(Laplace)變換定義、拉普拉斯反變換、介紹拉氏變換的特點及應用，重點介紹常用函數的拉普拉斯變換、拉普拉斯變換的基本運算定理等基本知識，強調本課程只要求記住結論，推導過程自己看參考書。

在介紹應用拉氏變換把線性微分方程的求解問題轉換為代數方程運算和查表求解的問題時，公式可直接給出，不用推導，強調會應用公式靈活解決求解微分方程的問題。在講解本講過程中，應舉1-2個例子說明求解微分方程問題的方法。

3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合，以板書為主。4．注意事項：

在講授本講時，應重點說明應用拉普拉斯變換法求解微分方程的方法。本講不要求推導公式，但要求會應用公式。5．課時安排：1學時。6．作業：

書后P48，2-4

[教案2-3] 1．主要內容：

本講主要介紹傳遞函數的定義、性質及傳遞函數的求取方法；典型環節及其傳遞函數。

2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹描述控制系統的又一數學模型——傳遞函數，介紹其基本概念，給出傳遞函數公式，繪制動態結構圖，說明輸入量、輸出量、傳遞函數三者之間的關系。在講傳遞函數的性質時，一方面要重點說明傳遞函數的分母只取決于系統的結構和元件的參數等與外界無關的固有因素，因而它描述了系統的固有特性，而分子取決于系統與外界的關系，因而它描述了系統與外界的聯系；另一方面要畫圖重點說明一定的傳遞函數與其零、極點分布圖相對應，因此傳遞函數的零、極點分布圖也表征了系統的動態性能。在講求取傳遞函數的方法時，重點介紹直接計算法，其它兩種方法以后陸續介紹。

本講在介紹組成控制系統的典型環節及其傳遞函數時，首先說明環節的概念，用公式給出典型環節的數學表達式；然后，通過實例分別介紹各個典型環節，其中應重點介紹慣性環節、振蕩環節，說明這兩個環節的特點。

3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應強調掌握傳遞函數的定義、性質的重要性，在講典型環節及其傳遞函數時，應聯系實際，適當多舉一些例子。5．課時安排：2學時。6．作業：

書后P48，2-5，[教案2-4] 1．主要內容：

本講主要介紹控制系統的函數方框圖及其等效變換法則，要求學生熟練掌握函數方框圖等效變換法則。另外還介紹反饋控制系統的傳遞函數，控制系統傳遞函數推導舉例。

2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹函數方框圖的概念，表達內涵，說明比較點、引出點的特點，重點說明比較點的代數運算功能。

在講授函數方框圖變換法則時，應利用黑板進行公式推導，首先講清串聯法則、并聯法則、反饋法則，與此同時，由于并聯法則、反饋法則在應用中易混淆，應說明并聯法則用于同向環節的并聯運算、反饋法則用于回路的反饋運算；其次，在講比較點、引出點等效移動時，畫圖進行講解、推導，說明等效的含義，注意強調，兩個相鄰的比較點可互換位置，兩個相鄰的引出點也可互換位置，一個比較點和一個引出點即使相鄰也不能簡單地互換位置。最后，舉1-2個例子說明函數方框圖變換法則的靈活應用情況，總結出一些規律性的東西。即：回路的傳遞函數保持不變，前項通道的傳遞函數保持不變。

在講授系統方框圖舉例時，通過實際的物理系統的例子說明繪制方框圖的方法，重點說明如何由單個環節的數學模型，直接繪制出單個環節傳遞函數框圖，然后根據信號傳遞方向，連線繪制出整個閉環系統的傳遞函數框圖。

給出反饋控制系統的開環傳遞函數的概念，推導控制系統在控制輸入量和擾動輸入量的分別作用下的閉環傳遞函數計算公式，以及系統在控制輸入量和擾動輸入量的同時作用下的輸出量計算公式 3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

本講是本門課的重點，在講授本講時，應強調掌握傳遞函數的等效變換法則的重要性，在講傳遞函數等效變換時，應展開多講幾種解決問題的方法，使同學能靈活運用所學方法，解決各種等效變換問題。5．課時安排：2學時。6．作業：

書后P48，2-6，2-7

[教案2-5] 1．主要內容：

本講主要介紹信號流圖和梅遜公式反饋控制系統的傳遞函數 2．講授方法及講授重點：

本講首先在講授信號流圖和梅遜公式時，首先說明信號流圖的概念，然后，講清公式的應用注意事項，通過1-2個例子說明梅遜公式的具體應用。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應強調掌握反饋控制系統的開環傳遞函數、閉環傳遞函數和偏差傳遞函數的概念及推導方法，在講授控制系統傳遞函數推導舉例時，重點說明的是求取傳遞函數的方法。應使同學能靈活運用所學方法，解決各種實際控制系統求取傳遞函數問題。5．課時安排：1學時。6．作業：

書后P48，2-9 7．思考題：

書后P48，2-8，2-10

[教案2-6] 1．主要內容：

本講為習題課。

本章講述的內容很多,牽扯到數學和物理系統的一些理論知識,有些需要進一步回顧,有些需要加深理解，特別是對時間域和復頻率域的多種數學描述方法，各種模型之間的對應轉換關系，都比較復雜。學習和復習好這些基礎理論，對下一步深入討論自控理論具體方法至關重要。2．講授重點： 先作本章小結（5條）

基本概念歸納

1）在零初始條件下，線性定常系統輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換值比，定義為線性定常系統的傳遞函數。傳遞函數表達了系統內在特性，只與系統的結構、參數有關，而與輸入量或輸入函數的形式無關。

2）一般控制系統由若干個典型環節構成，常用的典型環節有比例環節、慣性環節、積分環節、微分環節、振蕩環節和延遲環節等。

3）組成方框圖的基本符號有四種，即信號線、比較點、方框和引出點。

4）環節串聯后總的傳遞函數等于各個環節傳遞函數的乘積。環節并聯后總的傳遞函數是所有并聯環節傳遞函數的代數和。

5）在使用梅遜增益公式時，注意增益公式只能用在輸入節點和輸出節點之間。傳遞函數、方框圖、梅森公式例 3．教學手段：

黑板講授，動畫演示。4．課時安排：2學時。

小結：

1．數學模型是描述系統（或元件）動態特性的數學表達式，是從理論上進行分析和設計系統的主要依據。

2．本章介紹了線性定常系統的四種數學模型：微從方程、傳遞函數、動態結構科和信號流圖。微分方程是描述自動控制系統動態特性的基本方法。傳遞函數是經典控制理論中與更為重要的模型，它是從對微分方程在零初始條件下進行拉氏變換得到的，在工程上用得最多。動態結構圖是傳遞函數的一種圖解形式，它能直觀、形象地表示出系統各組成部分的結構及系統中信號的傳遞與變換關系，有助于對系統的分析研究。對于較為復雜的系統，應用信號流圖更為簡便，用梅遜公式可直接求出系統中任意兩個變量之間的關系。

3．一個復雜的系統可以分解為為數不多的典型環節，常見的基本環節有比例環節、慣性環節、積分環節、微分環節、振蕩環節和時滯環節等，熟悉各典型環節數學表達式和響應特性骨助于對復雜系統的動態分析和設計。

4．對于同一個系統，不同的數學模型只是不同的表示方法。因此，系統動態結構圖與其它數學模型有著密切的關系。由系統微分方程經過拉氏變換得到的變換方程，可能很容易畫出動態結構圖。通過動態結構圖的等效變換可求出系統的傳遞函數。對于同一個系統，動態結構圖不是唯一的，但由不同的動態結構圖得到的傳遞函數是相同的。

5．一般地講，系統傳遞函數多是指閉環系統輸出量對輸入量的傳遞函數，但嚴格說來，系統傳遞函數是個總稱，它包括幾種典型傳遞函數：開環傳遞函數、閉環傳遞函數、在給定和擾動作用下的閉環傳遞函數及由給定的擾動引起的誤差傳遞函數。第三章

控制系統的時域分析 10學時

1．本章的教學要求

1）使學生掌握控制系統時域分析方法。

2）使學生掌握控制系統穩定性的基本概念、穩定的充分必要條件； 3）使學生學會利用代數穩定性判據判斷系統穩定性； 4）掌握穩態誤差計算;5）掌握一階系統的單位階躍響應、單位斜坡響應、單位脈沖響應的分析方法;6）掌握二階系統的單位階躍響應、單位脈沖響應的分析方法;7）掌握二階系統的單位階躍響應性能指標計算；

2．本章講授的重點

本章講授的重點是穩定性的基本概念、穩定的充分必要條件，應用代數穩定性判據、穩態誤差計算、一階系統的單位階躍響應、二階系統的單位階躍響應性能指標計算。3．本章的教學安排

本章講授10個學時，安排了5個教案。

引入MATLAB基礎，學生通過親自動手實驗，掌握一階系統、二階系統的單位階躍響應性能與系統參數之間的關系。

[教案3-1] 1．主要內容：

1）時域分析法的基本概念、時間響應概念及其組成 2）典型輸入信號

1）控制系統穩定性的基本概念； 2）控制系統穩定的條件； 2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹時域分析的基本概念及其特點，通過二階系統對單位階躍輸入的響應過程曲線來介紹瞬態響應和穩態響應概念，從而使學生了解時間響應的含義。重點介紹常用的典型輸入信號，包括脈沖信號、階躍信號、斜坡信號和拋物線信號，說明信號的特點、在實際中選用典型輸入信號的方法。

強調控制系統穩定性是系統正常工作的首要條件，然后介紹系統穩定性的基本概念、穩定的條件及判定方法。重點介紹控制系統穩定的條件并做簡單的推導，得出系統穩定的充分必要條件為系統特征方程無正實根的結論。

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚控制系統穩定的充要條件的推導； 5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p88習題3-1,3-2。

[教案3-2] 1．主要內容：

1）控制系統穩定性的判定方法； 2）代數穩定性判據。2．講授方法及講授重點：

在介紹代數穩定性判據時，說明代數穩定性判據的依據是系統特征方程是否只具有負實根或負實部的復數根，強調特征方程的根與方程式的系數有關，從而引出代數穩定性判據。重點介紹代數穩定性判據中的勞斯（Routh）穩定性判據和霍爾維茨（Hurwitz）穩定性判據。要求學生熟練掌握判據的應用方法，掌握其充要條件的具體應用過程及其特點。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。

4．注意事項：

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。

勞斯（Routh）穩定性判據中勞斯表的排列方法及各種特殊情況的處理；霍爾維茨（Hurwitz）穩定性判據中霍爾維茨行列式的排列方法。5．課時安排： 2學時。

6．作業：p88 3-11(1)(3),3-12

[教案3-3] 1．主要內容：

1）穩態誤差和穩態偏差的基本概念； 2）偏差傳遞函數和穩態偏差計算方法； 3）穩態偏差系數的求取。

4)一階系統的單位階躍響應、單位斜坡響應、單位脈沖響應；

2．講授方法及講授重點：

本講主要介紹控制系統準確性的評價指標，即穩態誤差。穩態誤差的大小與很多因素有關，本節討論穩態誤差與系統的結構、參數及輸入信號的關系。引出一、二階系統的討論。

在講解過程中，首先介紹穩態誤差及穩態偏差的基本概念，并介紹二者之間的關系；然后，重點介紹穩態誤差的計算方法，包括對于不同系統的位置偏差系數、速度偏差系數、加速度偏差系數以及根據這些系數求取穩態偏差的計算方法，并總結出穩態偏差的計算表。

在講解過程中，通過講解例題使學生熟練掌握各種系統的穩態偏差計算，尤其要求學生熟悉穩態偏差的計算表，并會運用表進行計算。

介紹一階系統的典型響應、相關結論。

在介紹一階系統的時間響應時，首先強調所謂一階系統就是指前面章節所介紹的慣性環節，本講就是分析慣性環節在不同輸入信號作用下的時間響應。重點介紹一階系統在單位階躍信號、單位斜坡信號和單位脈沖信號作用下系統的時間響應特點，并對各自響應過程的性能指標和參數的求取進行詳細介紹和分析。3．教學手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清穩態偏差的計算方法，強調會運用穩態偏差的計算表進行穩態偏差計算。5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p88習題3-5(1)(3),3-7,3-8。7．思考題：

[教案3-4] 1．主要內容：

1)典型二階系統的響應分析。2)時域指標與頻域指標的關系 2．講授方法及講授重點：

在介紹二階系統的時間響應時，強調評價二階系統的性能，最常用的輸入信號就是單位階躍信號。因此，本講主要分析在不同阻尼比的情況下，二階系統的單位階躍響應過程，分為臨界阻尼（ζ=1）、過阻尼（ζ>1）、欠阻尼（0<ζ<1）及無阻尼情況，使學生熟悉系統輸出與系統結構參數之間的內在關系。

根據二階系統的單位階躍響應公式及各個特征量的概念，重點介紹欠阻尼情況下二階系統瞬態響應指標的具體計算方法，對公式做簡單推導，并通過例題講解性能指標的具體應用。

再將二階系統的時域指標與頻域指標進行分析比較，使學生熟練掌握系統的結構參數對系統頻域、時域性能指標的影響。3．教學手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應利用 Matlab進行繪圖演示，簡單說明應用Matlab繪制控制系統時間響應圖形的方法，主要是說明利用計算機可對各種系統進行計算機仿真。

5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p88.習3-4,3-8。7．思考題：

結合實驗利用 Matlab繪制一階系統、二階系統的單位階躍響應曲線。

[教案3-5] 1．主要內容：

1）介紹兩種改善系統性能的途徑

2）高階系統的時間響應分析—引出主導極點法： 2．講授方法及講授重點：

本講首先針對二階系統給出改善動態性能的方法，比例微分控制、測速反饋控制的構成、性質、作用。

比較兩種改善系統性能的途徑優缺點、使用時的注意事項。

最后介紹高階系統的時間響應分析方法時，使學生了解分析高階系統時間響應的方法和過程。并介紹主導極點的概念。

3．教學手段：

Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結合。4．注意事項：

利用 Matlab進行繪圖演示，觀看當系統的參數改變時，曲線的變化情況，增強同學的感性認識。5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p89 3-9 ,3-10 7．思考題：

結合實驗利用 Matlab繪制二階系統的單位階躍響應曲線，觀查當系統的參數改變時，曲線的變化情況。

第四章 根軌跡分析

1, 本章的教學要求

1)掌握開環根軌跡增益Kg（或開環比例系數K）變化時系統閉環根軌跡的繪制方法。會利用幅值方程求特定的K值;2）了解閉環零、極點的分布和系統階躍響應的定性關系及系統根軌跡分析的基本思路;3）掌握0?根軌跡、參變量根軌跡及非最小相位根軌跡繪制的基本思路和方法;2.本章講授的重點

本章講授的重點根軌跡的基本概念、控制系統根軌跡的繪制方法以及根軌跡法在控制系統分析中的應用。（1）根軌跡的基本概念;（2）根軌跡方程;（3）繪制系統軌跡的基本法則;（4）控制系統的根軌跡分析

（5）附加開環零極點對根軌跡的影響 3．本章的教學安排

本章講授6個學時，安排了3個教案，實驗學時2學時。

[教案4-1] 1．主要內容：

1）根軌跡的基本概念;2）根軌跡方程;3）繪制系統根軌跡的基本法則

2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹根軌跡的基本概念及其特點，通過二階系統根軌跡繪制的例使學生了解根軌跡的含義。重點介紹根軌跡方程，了解開環根軌跡增益Kg（或開環比例系數K）變化與系統閉環根軌跡的關聯，引出根軌跡的繪制法則。在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚控制系統根軌跡的基本概念； 5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后P111 4-1 4-4

[教案4-2] 1．主要內容：

1）繪制系統根軌跡基本法則續;2）控制系統的根軌跡分析 2．講授方法及講授重點：

本講繼續介紹根軌跡的基本繪制法則，通過控制系統根軌跡繪制的實例使學生掌握常規根軌跡繪制的一般規律。了解閉環零、極點的分布和系統階躍響應的定性關系及系統根軌跡分析的基本思路。

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生熟悉概略根軌跡的繪制，掌握利用根軌跡分析方法。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚根軌跡分析的基本思路； 5．課時安排： 2學時。6．作業：P111 4-7 4-8

[教案4-3] 1．主要內容：

1）零度根軌跡、參變量根軌跡;2）附加開環零極點對根軌跡的影響 2．講授方法及講授重點：

本講介紹零度根軌跡、參變量根軌跡的繪制方法，使學生掌握零度根軌跡、參變量根軌跡繪制的一般規律。了解零度根軌跡、參變量根軌跡分析的基本思路。在授課過程中，使學生熟悉廣義根軌跡的繪制方法。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚根軌跡分析的基本思路； 5．課時安排： 2學時。

6．作業：P111 4-10

第五章

頻率特性

12學時

1．本章的教學要求

1)掌握頻率特性的基本概念、性質及求取方法；

2)掌握典型環節及系統的頻率特性圖—奈奎斯特(Nyquist)圖的繪制方法； 3)掌握典型環節及系統的對數頻率特性圖—波德圖(Bode)圖的繪制方法； 4)使學生掌握頻率特性的實驗測定法。

5）使學生掌握奈奎斯特（Nyquist）穩定性判據應用； 6）掌握對數頻率穩定性判據（Bode判據）應用；

7）掌握相對穩定性的基本概念，相位裕量Υ、幅值裕量Kg定義、計算、在Nyquist圖與Bode圖上的表示。

2．本章講授的重點

本章講授的重點是掌握頻率特性的基本概念、求取方法；奈奎斯特(Nyquist)圖的繪制方法；波德圖(Bode)圖的繪制方法;利用頻率特性分析控制系統。3．本章的教學安排

本課程講授12個學時，安排了8個教案，實驗2個學時。

[教案5-1] 1．主要內容：

1）頻率響應和頻率特性 2）頻率特性的求取方法 3）頻率特性的表示方法 2．講授方法及講授重點：

本講首先給出頻率響應定義，用圖說明線性系統穩態響應曲線的特點，由此引出幅頻特性、相頻特性的概念，然后給出頻率特性的定義及數學表達式，利用圖及公式說明幅頻特性、相頻特性、實頻特性、虛頻特性的關系。

在介紹頻率特性的求取方法時，首先說明頻率特性一般有三種求法：利用定義求取、根據系統的傳遞函數來求取、通過實驗測得。在此主要說明和推導根據系統的傳遞函數來求取的方法, 第三種方法后面介紹。

在介紹頻率特性的表示方法時，首先說明頻率特性的表示方法主要有如下幾種：幅頻特性和相頻特性圖、幅相頻率特性圖、對數頻率特性圖、對數幅相頻率特性圖、實頻特性圖和虛頻特性圖，分別簡單介紹各自特點，然后強調本章重點介紹幅相頻率特性(Nyquist)圖和對數頻率特性(Bode)圖。

3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，頻率特性概念比較抽象，同學不好理解，但此概念在本門課中又非常重要，可以聯系實際舉幾個簡單例子說明此概念。5．課時安排：1學時。6．作業：

書后P158，習題5-2。7．思考題：

書后P158，習題5-1（單）。

[教案5-2]

1．主要內容：

1）頻率特性圖—奈奎斯特(Nyquist)圖 2）典型環節的奈奎斯特圖

3）系統的開環頻率特性的奈奎斯特圖

（1）系統的開環頻率特性的奈奎斯特圖的繪制（2）系統的開環奈奎斯特圖的形狀特點 2．講授方法及講授重點：

本講首先通過繪圖介紹Nyquist圖的形成過程及繪制方法，然后強調奈奎斯特圖能顯示出G(jω)矢量端點軌跡上的頻率分布，一個圖上就表示了整個頻率域的頻率特性，同時給出了幅頻、相頻、實頻、虛頻特性信息，這對于了解系統的動態特性比較直觀。

在講解典型環節的奈奎斯特圖時，將比例環節、積分環節、理想微分環節、慣性環節、振蕩環節、一階微分環節、二階微分環節分別作介紹，其中重點介紹慣性環節、振蕩環節的曲線特征與參數的關系。

在講解系統的開環頻率特性的奈奎斯特圖時，重點介紹開環奈奎斯特圖的形狀特點，講授概略繪制開環奈奎斯特圖的要求和方法。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，簡單說明應用Matlab繪制控制系統圖形的方法，主要是說明利用計算機可以繪制很復雜的奈奎斯特圖形，但是手工繪制，僅僅可以獲得簡單、粗略的圖形。5．課時安排：2學時。6．作業：

書后P159,習題5-3(奈奎斯特圖)7．思考題：

同學自己上機利用 Matlab繪制系統的奈奎斯特圖。

[教案5-3] 1．主要內容：

1）對數頻率特性圖—波德(Bode)圖 2）典型環節的波德圖 3）系統的開環波德圖

（1）系統的開環波德圖的繪制（2）系統的開環波德圖的特點 4）最小和非最小相位系統 2．講授方法及講授重點：

本講首先強調Bode圖是系統頻率特性的又一圖解法，由對數幅頻特性曲線和對數相頻特性曲線共同構成，其坐標采用對數坐標系。

在講解典型環節的波德圖時，將比例環節、積分環節和理想微分環節、慣性環節和一階微分環節、振蕩環節和二階微分環節分別進行對比，分組介紹，其中重點介紹積分環節、慣性環節和振蕩環節的曲線特征。

在講解系統的開環波德圖時，重點介紹開環波德圖的繪制方法、步驟，強調對數幅頻特性曲線和對數相頻特性曲線的對應關系。

介紹最小和非最小相位系統的概念及兩種系統的各自特點。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應注意引導學生在熟練掌握典型環節波德圖的基礎上，提高對系統特性進行分析的能力。簡單說明應用Matlab繪制控制系統圖形的方法。5．課時安排：2學時。6．作業：

書后P159,習題5-3(波德圖)7．思考題：

同學自己上機利用 Matlab繪制系統的波德圖。

[教案5-4] 1．主要內容：

奈奎斯特（Nyquist）穩定性判據。2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹代數穩定性判據與頻率穩定性判據的區別，強調頻率穩定性判據是對系統在頻率域的穩定性分析，該判據是用系統開環頻率特性的Nyquist圖來判別閉環系統的穩定性，是判別系統穩定性的圖解法，因此是一種幾何判據。

本講重點介紹頻率穩定性判據的描述及其應用。要求學生熟練掌握該判據的應用。

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚奈奎斯特判據的基本原理及判斷穩定性的方法是本節的難點。對于其原理，只要求了解奈奎斯特判據N=Z-P的來源即可，不要求推導。但判斷穩定性的方法要熟練掌握。通過掌握不同型次、階次系統奈奎斯特圖的規律，找出起點、終點和幾個特征點，該方法就不難了。5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后P159，習題5-7 7．思考題：

[教案5-5] 1．主要內容：

對數頻率穩定性判據（Bode判據）2．講授方法及講授重點：

本講首先強調對數頻率穩定性判據是由系統的開環對數頻率特性來判定閉環系統的穩定性，通過介紹Nyquist圖與Bode圖的對應關系，引出對數頻率穩定性判據（Bode判據）。

本講重點介紹對數頻率穩定性判據在不同情況下的描述及應用。要求學生熟練掌握該判據的應用方法。

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚對數頻率穩定性判據的基本原理及判斷穩定性的方法是本節的難點。對于其原理，只要求了解Nyquist圖與Bode圖的對應關系，從而由Nyquist判據推導出Bode判據。5．課時安排： 1學時。6．作業：

書后P159，習題5-8 7．思考題：

[教案5-6] 1．主要內容：

相對穩定性的基本概念，相位裕量、幅值裕量定義、計算、在Nyquist圖與Bode圖上的表示。2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹系統相對穩定性的基本概念，強調穩定性裕量是衡量一個閉環穩定系統穩定程度的指標，常用的有相位裕量和幅值裕量。

本講重點介紹相位裕量和幅值裕量的計算方法以及在Nyquist圖與Bode圖上的表示。同時系統地分析影響系統穩定性的主要因素。

在授課過程中，通過講解各種形式的例題，使學生充分理解并熟練掌握。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚相位裕量和幅值裕量的計算方法以及在Nyquist圖與Bode圖上的表示是本節的難點，通過例題講解使學生熟練掌握。5．課時安排： 1學時。6．作業：

書后P160，習題5-10 7．思考題：

書后P160，習題5-13.[教案5-7] 1．主要內容：

1）簡介閉環系統的頻率特性。2）頻域分析

（1）確定系統頻率域與時間域指標的關系；（2）最小相位系統頻率特性的估算；

2．講授方法及講授重點：

本節首先介紹閉環系統的頻率特性

在講解閉環系統的頻率特性時，簡單介紹開環頻率特性與閉環系統的頻率特性的關系，對照圖形簡單介紹用等幅值軌跡(等M圓圖)、等相角軌跡(等N圓圖)繪制閉環頻率特性圖的方法，重點說明閉環頻率特性的性能指標：諧振峰值Mr和諧振頻率ωr、截止頻率ωb和截止帶寬等頻率域性能指標。

其次介紹頻率域與時間域指標的關系，最小相位系統性能指標的估算。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應對照圖形簡介本講內容，便于同學接受。5．課時安排：1學時。6．作業：

書后P159,習題5-5 7．思考題：

[教案5-8] 1．主要內容：習題課 2．講授方法及講授重點：

本節首先小結頻率特性 其次舉例。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應對照圖形簡介本講內容，便于同學接受。

5．課時安排：2學時。

第六章

控制系統的校正與設計 8學時

1．本章的教學要求

1）使學生了解控制系統校正的目的，校正的方法與分類； 2）使學生掌握常用校正裝置及其特性； 3）掌握頻域法串聯校正方法和作用； 4）介紹反饋校正方法和作用； 5）控制系統校正舉例。2．本章講授的重點

本章講授的重點是校正的目的，系統中串聯相位超前校正、相位滯后校正的方法和作用。3．本章的教學安排

本課程講授8個學時，安排了3個教案。實驗2個學時。

[教案6-1] 1．主要內容：

1）校正的目的，校正的方法與分類 2）常用校正裝置及其特性 2．講授方法及講授重點：

本講首先講明校正的目的、校正的方法，說明常用的校正方法有以下兩種方法，頻率校正法與根軌跡校正法。在介紹校正裝置分類時，說明依考慮問題的角度不同，有多種分類結果，按其在系統內的聯接方式不同可分為串聯校正與并聯校正；按實現校正作用的裝置來分，可分為電氣的、機械的、液壓的．氣動的等，對電氣校正環節來說又可分為有源校正與無源校正等。

在講授常用校正裝置及其特性時，首先介紹分別介紹比例調節器(P調節器)，積分調節器(I調節器)，微分調節器(D調節器)，比例微分調節器(PD調節器)，比例積分調節器(PI調節器)，比例積分微分調節器(PID調節器)各自的特點和作用。

其次介紹常用電網絡中無源校正裝置，重點說明相位超前校正環節、相位滯后校正環節串聯到系統中的作用。

簡單介紹有源校正裝置。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應重點介紹相位超前校正環節、相位滯后校正環節的特點和作用。

5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后P201,習題6-2。7．思考題：

書后P202,習題6-3。

[教案6-2]

1．主要內容：

本講主要介紹頻率校正法串聯校正。

通過串聯相位超前校正舉例、串聯相位滯后校正舉例，說明串聯校正的應用。2．講授方法及講授重點：

本講首先簡要介紹串聯校正概念。在講授串聯校正時，通過系統中串聯相位超前校正、介紹控制系統中采用串聯校正的方法和步驟。此部分重點介紹串聯相位超前校正、串聯相位滯后實例。

然后介紹反饋校正的概念，反饋的特點和作用。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合，以板書為主。4．注意事項：

在講授本講時，應重點說明串聯相位超前校正的方法和作用，應把概念講清楚。

5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后P202，習題6-6,習題6-7。

[教案6-3] 1．主要內容：

本講主要介紹根軌跡校正方法、實例。

2．講授方法及講授重點：

通過串聯相位超前校正舉例、串聯相位滯后校正舉例，說明串聯校正在根軌跡法中的應用。

3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合，以板書為主。4．注意事項：

在講授本講時，應重點把概念、例題講清楚。5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后P202，習題6-4。

第七章 非線性系統 8學時

1．本章的教學要求

1)正確理解相平面圖的基本概念;2)熟練掌握線性二階系統的典型相平面圖及其特征;3)會畫出非線性系統工程的典型相平面圖;4)熟練掌握運用相平面法分析非線性系統的動態響應的方法和步驟;5)正確理解描述函數的基本思想和應用條件;6)準確理解描述函數的定義、物理意義和求法，并會靈活應用;7)熟練掌握繼電特性和死區特性等典型非線性環節的描述函數;8)熟練掌握運用描述函數法分析非線性系統的穩定性和自振蕩的方法和步驟，并能正確計算自振蕩的振幅和頻率;2．本章講授的重點

本章講授非線性系統的兩種基本分析方法：描述函數法和相平面法。描述函數法是一種頻域法，基于諧波線性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過描述函數將非線性環節線性化，然后應用線性系統的頻率法對系統進行分析，重點介紹描述函數法分析穩定性和自振蕩的一般步驟。相平面法是分析非線性系統的一種時域法、圖解法，不僅可以分析系統的穩定性和自振蕩（極限環），而且可以求取系統的動態響應。這種方法只運用于二階系統，但由于一般高階系統又可用二階系統來近似，因此相平面法也可用于高階系統的近似分析，重點介紹相平面法分析非線性系統的一般步驟。3．本章的教學安排

本章講授8個學時，安排了3個教案、習題課。

[教案7-1] 1．主要內容：

典型非線性特性；

非線性系統與線性系統的本質差別；

相平面概念；

2．講授方法及講授重點：

由控制系統在不同程度上都存在著非線性。講明有些系統可通過在工作點附近線性化來處理，但當系統包含有本質非線性特性時，就不能用線性化的方法處理。

本講先介紹線性系統和非線性系統的特點、本質差別，引出典型非線性特性。指出非線性系統不滿足疊加原理。

再介紹分析非線性系統的相平面法、描述函數法。

引出相平面概念。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚非線性系統與線性系統的本質差別； 5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p229 7-1

[教案7-2] 1．主要內容：

相平面法--相軌跡的繪制（傾線法）；特殊相軌跡(奇點與極限環)；相平面分析舉例； 2．講授方法及講授重點：

相平面法是分析非線性系統的一種時域法、圖解法，不僅可以分析系統的穩定性和自振蕩（極限環），而且可以求取系統的動態響應。這種方法只運用于二階系統，但由于一般高階系統又可用二階系統來近似，因此相平面法也可用于高階系統的近似分析，重點介紹相平面法分析非線性系統的一般步驟。

本講先介紹非線性系統的相平面法中相軌跡的繪制（傾線法），討論相軌跡繪制的特點和注意事項。

其次介紹非線性系統的奇點與極限環及具體求法。最后進行相平面分析舉例。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚非線性系統的奇點與極限環； 5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p230 7-6,7-8

[教案7-3] 1．主要內容：

描述函數法（另一種工程上常用方法）；典型非線性環節描述函數； 描述函數分析舉例； 2．講授方法及講授重點： 描述函數法是一種頻域法，基于諧波線性化的近似分析方法。其基本思想是首先通過描述函數將非線性環節線性化，然后應用線性系統的頻率法對系統進行分析，重點介紹描述函數法分析穩定性和自振蕩的一般步驟。

本講先介紹非線性系統的另一種工程上常用方法--描述函數法，講明描述函數法是一種近視分析法。

其次介紹非線性系統典型非線性環節描述函數及具體求法。最后進行描述函數分析舉例。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，注意講清楚典型非線性環節描述函數及具體求法； 5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p231 7-13

第八章 離散控制系統 8學時

1, 本章的教學要求

1)使學生掌握采樣過程與采樣定理;2）使學生掌握Z變換和Z反變換;3）使學生掌握離散控制系統的數學模型;4）使學生掌握離散控制系統的性能分析。2.本章講授的重點

本章首先介紹離散系統概念，講授的重點是采樣過程與采樣定理，Z傳遞函數（脈沖傳遞函數）定義，開環系統的Z傳遞函數和閉環系統的Z傳遞函數的求取，系統穩定性的判別，穩態誤差的計算等。3．本章的教學安排

本課程講授8個學時，安排了5個教案。

[教案8-1] 1．主要內容：

1）采樣控制系統知識要點 2）離散信號 3）離散系統概念 2．講授方法及講授重點：

本講首先介紹采樣控制系統的特點，分析設計采樣控制系統采用的數學工具是Z變換，采用的數學模型是差分方程和脈沖傳遞函數。給出離散信號定義，用圖說明一般采樣控制系統（也稱脈沖控制系統）、數字控制系統（也稱計算機控制系統）構成。

介紹離散控制系統在實際控制系統中得到了廣泛應用的主要原因。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應注意由于內容較多，學時少，有些地方需要簡介。5．課時安排： 1學時。6．作業：

書后p279 8-1

[教案8-2] 1．主要內容：

1）采樣過程與采樣定理 2）保持器

2．講授方法及講授重點：

在介紹采樣過程與采樣定理時，首先給出采樣過程、采樣開關的定義，利用圖解釋采樣過程，由此推出離散模擬信號的數學表達式。然后，分析采樣信號的頻譜，說明連續信號x(t)的頻譜|X(jω)|是單一的連續頻譜，而離散信號x*(t)的頻譜則是以采樣角頻率ωs為周期的無窮多個頻譜之和，由此引出重要定理：采樣定理。

強調由于實際系統需要用連續信號控制被控對象進行工作，因此需要信號保持，把離散脈沖序列較準確的轉變為連續信號，說明常用的保持器有零階保持器和一階保持器等。

舉例說明采樣定理。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

利用圖解釋采樣過程，采樣過程和采樣定理應重點講解。5．課時安排： 2學時。6．思考題：

一個具有標志的輪子，每轉一圈用時2秒。采用攝像機拍攝輪子的運動狀況，拍攝周期取多大時輪子的運動不失真？

解：輪子的旋轉周期T?2，角頻率??2?T??。

由采樣定理：拍攝頻率?S?2?max?2?

可見：?S?2?TS?2?max?2??2? ?TS?2?2??1

拍攝周期TS?1秒時輪子的運動不失真。

[教案8-3] 1．主要內容：

1）Z變換和Z反變換 2．講授方法及講授重點：

在介紹Z變換和Z反變換時，應說明Z變換是分析離散控制系統的重要數學工具，利用Z變換可將描述離散系統動態過程的差分方程轉換為代數方程，使求解過程大為簡化。給出Z變換的定義、計算方法，簡介Z變換的基本定理、Z反變換等內容。說明實際應用中可以查常用時間函數的Z變換和拉普拉斯變換式表。

3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

說明Z變換是分析離散控制系統的重要數學工具，可將描述離散系統動態過程的差分方程轉換為代數方程，使求解過程大為簡化。5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p279 8-2，8-3單號

[教案8-4] 1．主要內容：

離散控制系統的數學模型

（1）差分方程（2）脈沖傳遞函數 2．講授方法及講授重點：

本講首先簡介差分方程，重點介紹脈沖傳遞函數，給出脈沖傳遞函數定義，說明開環系統的脈沖傳遞函數的求法。在介紹閉環系統的Z傳遞函數時，需要指出，閉環離散系統Z傳遞函數不能從GB(s)和GBe(s)求Z變換得來，因為采樣開關在閉環系統中位置不同，其閉環Z傳遞函數的結果也是不一樣的。舉例說明采樣開關在閉環系統中具有不同配置時的Z變換函數Xo(z)，然后解釋說明閉環離散系統典型結構圖及輸出采樣信號的Z變換函數Xo(z)表。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應通過舉例重點講清開環系統的Z傳遞函數和閉環系統的Z傳遞函數的求取等。5．課時安排： 1學時。6．作業：

書后p279 8-7

[教案8-5] 1．主要內容：

離散控制系統的性能分析 2．講授方法及講授重點：

在講解離散控制系統的性能分析時，首先說明離散系統的性能分析主要包括三個方面內容：系統穩定性、動態性能和穩態性能。

在介紹離散控制系統的穩定性分析時，應畫圖說明s平面到z平面的映射關系，給出線性離散系統穩定的充分條件，重點講解離散系統的勞斯穩定性判據。

在講解離散控制系統的瞬態響應（動態性能分析）時，應畫圖說明閉環極點分布與瞬態響應的關系。在介紹離散控制系統的穩態誤差時，分析不同型別單位反饋離散系統在三種輸入信號作用下的穩態誤差，總結出穩態誤差表，應解釋說明穩態誤差表的應用，學生應會利用表進行穩態誤差的計算。3．教學手段：

Powerpoint課件與黑板講授相結合。4．注意事項：

在講授本講時，應通過舉例重點講清系統穩定性的判別，穩態誤差的計算等。

5．課時安排： 2學時。6．作業：

書后p279 8-10，8-11 7．思考題：

書后p279 8-13