自动控制理论基础.doc

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1、自动控制理论基础课程编号:0310620课程名称：《自动控制理论基础》英文名称:BASICAUTOMACTICCONTROLSYSTEM总学时：32总学分：2适用对象：理工类高年级本科生先修课程：积分变换、电路等一、课程性质、目的和任务古典自动控制理论讲述的是单输入单输出反馈控制系统的数学模型及数学基本原理,直接为解决实际控制系统中的问题提供理论和方法，是具有一般方法论特点的技术基础课,重点在于学习反馈控制系统的基本理论及其基本方法，在其后续课程中能够完成简单的分析和设计控制系统的任务。通过本课程的学习，应掌握线性控制系统的数学模型、对控制质量进行评价的三种指标

2、（对二阶系统的儿个评价参数应熟练掌握）、线性控制系统的时域分析、频域分析、根轨迹法。掌握线性控制系统的校正方法和基本原理。二、教学要求和内容（标记△的为重点，应熟练掌握；标记★的为难点，应理解。）本课程的重点在于线性系统的时域分析法，根轨迹法和线性系统的频域分析法。时域分析法中，重点了解二阶系统的动态指标，峰值时间、调节时间、超调量，以及时域中的稳定性分析（Routh判据）和稳态误差分析。根轨迹法中应重点掌握根轨迹的绘制方法及对闭环性能的分析方法，了解参数根轨迹。频域分析法中，应重点掌握通过绘制开环副相曲线和对数幅频曲线，判定闭环稳定性。即掌握Nyquist判据

3、及稳定裕度的概念和计算。掌握线性系统的分析校正的方法和基本原理。1.自动控制的基本概念1.1自动控制的基本原理及基本控制方式①自动控制的发展及现状②△控制理论的三要素：同构理论、信息流动、反馈机制③自动控制④自动控制系统⑤开环控制⑥△闭环控制⑦复合控制1.2△自动控制系统示例及基本组成①被控对象②执行机构③放大装置④检测装置⑤比较装置⑥反馈装置⑦校正装置⑧输入信号⑨输出信号⑩扰动信号1.3自动控制系统的分类①按数学模型分类②按控制方式分类③按元件类型分类④按系统功用分类⑤按输入量的变化规律分类⑥按输入输出的数量分1.4△对控制系统的基本要求①稳定性②稳态性③动态

4、性1.5典型输入信号①脉冲信号②阶跃信号③速度信号④加速度信号⑤正弦信号2控制系统的数学模型1.1控制系统的时域模型①数学模型②控制系统的时域模型③典型元件的微分方程列写④线性系统微分方程的列写⑤线性系统微分方程的求解⑥非本质非线性系统及其线性化2.2控制系统的频域模型①△传递函数的定义②△传递函数的性质③传递函数的零点④传递函数的极点⑤△典型元部件的传递函数⑥△典型环节的传递函数⑦△无源网络、有源网络的传递函数⑧△★常用检测元件的传递函数⑨△★常用执行元件的传递函数2.3控制系统的结构图与信号流图①△结构图的概念②结构图的绘制③结构图的等效变换④结构图的简化⑤

5、信号流图⑥梅逊公式2.4反馈控制系统的传递函数①△开环传递函数②△输入作用及干扰作用下的闭环传递函数③闭环系统的输出④输入作用及干扰作用下的误差传递函数⑤闭环系统的误差3线性系统的时域分析法2.1△线性系统时域响应的性能指标①时域响应②动态过程③稳态过程④动态性能指标⑤稳态性能指标3.2一阶系统的时域分析①一阶系统的数学模型②一阶系统的脉冲响应③△一阶系统的阶跃响应④一阶系统的斜坡响应⑤一阶系统的加速度响应⑥一阶系统的性能分析⑦线性定常系统的一个重要结论3.3二阶系统的时域分析①△二阶系统的数学模型②二阶系统的各种类型③二阶系统的脉冲响应④△二阶系统的阶跃响应⑤

6、二阶系统的斜坡响应⑥△二阶系统的性能分析⑦非零初始条件下二阶系统的响应过程3.4高阶系统的时域分析①三阶系统的单位阶跃响应②高阶系统的阶跃响应③△闭环主导极点④偶极子对⑤★高阶系统的性能分析及性能指标估算3.5线性系统稳定性的时域分析①△控制系统稳定性定义②△控制系统稳定的必要条件③△控制系统稳定的充要条件④古尔维茨判据⑤劳斯判据⑥劳斯判据的两种特殊情况⑦利用劳斯判据设计系统的稳定裕度⑧利用劳斯判据设计系统的参数⑨利用劳斯判据分析系统闭环极点的分布3.6线性系统稳态误差的计算①△控制系统的误差②△控制系统的稳态误差③△系统类型④△静态位置误差系数⑤△静态速度误差

7、系数⑥△静态加速度误差系数⑦动态误差系数⑧★扰动作用下的稳态误差⑨提高系统稳态性能的措施4线性系统的根轨迹法4.1根轨迹方程①△根轨迹②△根轨迹方程③闭环零、极点与开环零、极点之间的关系④★根轨迹与系统性能①△根轨迹绘制法则②★由根轨迹确定闭环极点③系统闭环极点之积④系统闭环极点之和3.3广义根轨迹①参数根轨迹②等效传递函数③★附加开环零点对系统的影响④★附加开环极点对系统的影响⑤★零度根轨迹⑥零度根轨迹的绘制3.4系统性能的分析与估算①稳定性分析②振荡性能分析③快速性分析④稳态性分析⑤闭环零极点与时间响应⑥系统性能的定量计算5线性系统的频域分析法4.1引言①频

8、域分析的基本概念②频率特