自動控制原理彭生祥西南大學工程技術學院教材及參考書教材《自動控制原理》（第六版）科學出版社，胡壽松教參《自動控制原理》（上、下）清華大學出版社，吳麟

《自動控制原理習題集》科學出版社，胡壽松教學總學時數：72講課45實驗27學習教材前八章，后二章屬于現代控制理論考核方式：考勤、作業、實驗、考試成績=實驗*20%+平時成績*20%+期末考試*60%學習方法：聽課、作業、實驗、實例分析、matlab仿真第一章自動控制的一般概念本章重點自動控制的含義自動控制系統的組成與基本原理自動控制系統的分析方法自動控制理論的發展1.1自動控制系統的一般概念所謂自動控制，就是指在沒有人直接參與的情況下，力圖使受控對象按照預定規律運行的過程。完成這一過程的所有元件與裝置組成的整體就稱為自動控制系統。例：直流電機的調速系統預期規律：電機轉速n保持恒定電位器RP1被控對象：電機M

被控量：（輸出量）電機轉速n執行元件：

GT、V給定元件：給出與期望值相對應的系統輸入量擾動：妨礙控制過程的各種內外因素系統方塊圖輸出量與輸入量之間沒有直接的聯系。因而，對擾動所引起的輸出的變化，系統沒有調節或控制作用——開環系統人參與調節時的工作原理人參與：n↑RP↓n↓RP↑人參與的調節過程：觀察，測量；高低：與預期值比較；若存在偏差：反方向調節；人參與調節時的方塊圖特點：存在比較環節；輸出發生變化，會反過來影響輸入端，從而產生調節作用機器代替人，實現自動控制測量：測速發電機比較：集成運算放大器調節：電機及減速機構閉環控制的電機調速系統閉環控制的電機調速系統方塊圖反饋反饋及反饋控制系統反饋的含義將輸出回送到輸入端并與輸入進行比較的過程反饋的實質

利用偏差去控制偏差，使系統朝著減少偏差的方向運動閉環控制從信號的流向來看，系統形成了一個閉環是自動控制控制系統最基本和應用最廣泛的控制方式1.2自動控制的基本方式自動控制的基本方式：

開環控制閉環控制復合控制一、開環控制特點：單向傳遞，輸出不會對輸入反施任何影響按給定值控制按擾動控制順饋控制二、閉環控制特點：１對反饋環內前向通道上的擾動有調節作用２系統精度取決于給定精度與反饋檢測精度３精度高，系統復雜三、閉環控制系統的基本組成給定、比較、放大、執行、測量、校正元件討論系統的簡化積分控制規律對控制系統的理解物理規律數學本質進一步思考：積分器有什么特點？應注意什么？方框圖結構圖特點：１對反饋環內前向通道上的擾動有調節作用２系統精度取決于給定精度與反饋檢測精度

給定值的整定：

1預期值與反饋系數確定（與開環比較）

2受后面環節的約束限幅的影響：1保護

2非線性

3？1.3自動控制系統的類型按信號的流向分

開環系統與閉環系統按系統輸入信號分

恒值給定系統：輸入信號為一個常值，要求輸出也為一個常值，又稱為調節器系統。在工業控制中，如果被控量是溫度、流量、壓力、液位等生產過程參量時，這種控制系統則稱為過程控制系統，它們大多數都屬于恒值給定系統。

隨動系統：輸入信號是預先未知的隨時間任意變化的函數，要求輸出量以一定的精度和速度跟隨輸入量的變化。側重快速性與準確性。如果被控量是位移及其導數，則稱為伺服系統。

線性系統與非線性系統

同時滿足疊加性與均勻性（又稱為齊次性）的系統稱為線性系統

若以符號T[·]來表示系統輸入與輸出之間的關系疊加性可表示為均勻性可表示為上述兩點統一表示為

定常系統和時變系統如果系統的參數不隨時間而變化，則稱此類系統為定常系統（或時不變系統）系統的輸出（響應）與輸入信號作用于系統的時刻無關

連續系統和離散系統連續系統：用微分方程描述離散系統：用差分方程描述線性常系數微分方程所描述的系統是否線性時不變的系統？響應分解：零輸入線性與零狀態線性通常考慮零狀態響應，即總是假定系統為零初始條件。1.4控制系統性能的基本要求和本課程的主要任務1.4.1控制系統性能的基本要求穩快準一、穩穩即指穩定性，是自動控制系統首要考慮的問題穩定的充要條件是“有界的輸入產生有界的輸出”同樣穩定的系統，穩定的程度也可能是不一樣的二、快快即指過渡過程的快速性穩與快反映了系統過渡過程中的性能，屬于動態性能指標三、準準即指準確性，反映系統的穩態性能過渡過程結束后，系統的輸出與期望值的差值，稱為穩態誤差恒值給定系統對穩與準的要求嚴格，隨動系統則對快速性要求較高1.4.2性能指標的量化一、典型輸入信號

1.能反映絕大多數實際工作情況

2.產生方便，利于實驗

3.便于數學運算與推理典型輸入信號

階躍函數斜坡函數拋物線函數脈沖函數正弦函數二、時域性能指標的定義階躍信號對絕大多數系統來說都是比較嚴格的工作條件，故性能指標往往以階躍響應為標準。上升時間tr

從原始狀態開始，第一次達到單位階躍響應的時間過渡過程時間ts系統達到給定△區所需的時間超調量

1+△1-△

ts

tp

tr

對于同一系統，穩、快、準是相互制約的

設計控制系統就是要綜合考慮相互間的矛盾，使各方面的性能指標都能滿足生產工藝的要求問題：單項性能指標的缺點？只能反映動態或穩態某一方面的控制質量，統籌考慮比較困難不適合最優控制（現代控制理論）解決方式：誤差積分準則從偏差的幅度和偏差存在的時間綜合評價系統性能。采用不同的誤差積分指標，意味著評價過渡過程的側重點不同，也導致調節器參數的設置不同1.偏差積分指標IE2.平方誤差積分指標ISE3.誤差絕對值積分指標IAE4.時間乘誤差平方積分指標ITSE5.時間乘誤差絕對值積分指標ITAE大偏差小偏差本課程的主要任務

數學模型討論線性定常系統在時域、復頻域、頻域、Z域的數學模型

系統分析

穩定性分析、動態分析與穩態性能分析系統綜合控制系統的設計與校正

輔助設計工具Matlab作業：1-11-31-7補充作業：試尋找一個自動控制系統