《自动控制原理》——自动控制的基础理论课程介绍一、课程简介二、课程的教学大纲三、学习方法和要求参考书目：1.自动控制原理，于希宁等，中国电力，2000年2.自动控制原理，刘祖润等，机工社，2002年3.自动控制，梅晓岑等，科学出版社，2003年内容简介：本课程是测控、自动化、电子类等专业的一门技术基础课。学习该课程，学生将为后续专业课学习奠定专业理论基础。课程强调掌握基本概念和基本理论。本课程主要讲授经典控制理论的基本内容。教学内容（含各章节主要内容、学时分配）第一章自动控制系统的基本概念3学时1.1开环控制系统与闭环控制系统（2）1.2闭环控制系统的组成和基本环节1.3自动控制系统的类型（1）1.4自动控制系统的性能指标第二章自动控制系统的数学模型10~12学时2.1动态微分方程式的编写（3）2.2非线性数学模型线性化（1）2.3传递函数（3）2.4系统动态结构图（3）2.5系统传递函数和结构图的等效变换（2）20世纪70年代以来，形成了以最优控制、系统辨识、最优估计等为代表的现代控制理论和系统设计方法，发展了大系统理论和智能控制。当前的研究方向：自适应控制、模糊控制、人工神经元网络以及混沌理论（1）经典控制理论—以传递函数为数学工具，主要研究对象是单输入—单输出（SISO）的线性定常系统，分析与设计方法基于时域法、根轨迹法和频域法，其主要贡献是将PID调节器应用于控制系统中。（2）现代控制理论—采用状态空间法，研究多输入—多输出（MIMO）、时变、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。（3）智能控制—以人工智能、控制理论和计算机科学为基础的新型控制技术。第一章自动控制系统的基本概念§1.1开环控制系统与闭环控制系统一、自动控制的基本概念自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对机器设备或生产过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。常用术语：1、被控对象—被控制的物理量相应的设备或生产过程。2、被控量——表征设备或生产过程运行情况并需要加以控制的物理量。3、给定量——按生产和管理的要求，被控量必须维持的希望值。4、扰动——影响控制量对被控量进行正常控制的所有因素。5、控制量——由控制机构改变的，用以控制被控量变化的物理量。自动控制的任务实际上就是克服扰动量的影响，使系统输出量按给定量所设定的规律变化，以满足生产工艺的要求。1、开环控制特点：开环控制中，只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与系统的控制，因此，它不具备抗干扰的能力，控制精度低。2、闭环控制（即反馈控制或偏差控制）特点：闭环系统的输出量将参与系统的控制，系统具有抗干扰的能力，控制精度高。温度闭环控制的自动调节过程：例3：闭环调速系统速度控制系统的结构图：§1.2闭环控制系统的组成和基本环节一、闭环控制系统的基本环节1、被控对象—指要进行控制的设备或过程。2、执行机构—一般由传动装置和调节机构组成。它直接作用于控制对象，使被控制量达到所要求的数值。3、检测装置或传感器—用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量。一般为电量（电压或电流）。4、给定环节—设定被控制量的给定值的装置。5、比较环节—该环节将被控量与给定量进行比较，确定其偏差。6、中间环节—一般为放大元件，将偏差信号变换成适合于控制执行机构工作的信号。二、系统的结构图（按偏差原则构成的）§1.3自动控制系统的类型一、线性和非线性系统1、线性系统—系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程式来描述的系统。特点：（1）满足叠加原理。（对线性系统，初始条件为零时，几个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号，等于各输入信号单独作用时产生的输出信号的和。）（2）系统的运动方程式可以用线性微分方程式来描述，暂态特性与初始条件无关。（3）系统为线性定常系统。2、非线性系统—当系统中存在非线性元件或具有非线性特性，其运动方程用非线性微分方程式来描述。特点：不满足叠加原理；暂态特性与初始条件有关。3、典型的非线性环节特性二、连续数据系统和离散数据系统1、连续数据系统——信号为模拟的连续函数。2、离散数据系统——系统中一处或多处，信号以序列或数码形式传递。3、两者研究方法比较连续：微分方程—拉氏变换—传递函数和频率特性分析离散：差分方程—Z变换——脉冲传递函数和频率特性分析三、恒值系统、随动系统和程序控制系统1、恒值系统——恒值系统的给定量是恒定不变的，控制任务就是克服扰动，使被控量保持恒值。如恒温、恒速、恒压等自动控制系统。2、程序控