自動控制原理任課教師：候冰

參考教材自動控制原理（第五版）胡壽松自動控制原理習題集胡壽松自動控制原理電子工業出版社胥布工自動控制原理人民郵電出版社李明富控制理論：自動化學科的重要理論基礎引言研究自動控制共同規律的技術科學自動控制原理控制理論體系自動控制技術應用自動控制系統課程的性質和特點自動控制是一門技術學科，從方法論的角度來研究系統的建立、分析與設計。《自動控制原理》是本學科的專業基礎課，是自動控制理論的基礎課程，該課程與其它課程的關系如下。微積分（含微分方程）模擬電子技術數字電路技術電路基礎信號與系統自動控制理論大學物理（力學、熱力學）課程學習要面臨數學基礎寬而深控制原理抽象計算復雜且繁瑣繪圖困難控制理論的內容

二十世紀三項科學革命：控制論、量子論、相對論

控制論：

經典控制理論現代控制理論（智能控制理論）導讀自動化技術幾乎滲透到國民經濟的各個領域及社會生活的各個方面，是當代發展最迅速、應用最廣泛、最引人注目的高科技，是推動新的技術革命和新的產業革命的關鍵技術，在某種程度上說，自動化是現代化的同義詞。自動控制原理研究分析、設計自動控制系統的基本方法。本章主要講什么內容?從介紹自動控制的發展歷史入手，引出自動控制理論分析、設計自動控制系統的基本思想，然后介紹自動控制的基本概念，以及對自動控制系統的基本要求，使我們對自動控制理論的總的目標有個大致的了解。自動控制應用飛機導航系統制導導彈哈勃望遠鏡－特殊地衛星中巴資源衛星人造地球衛星

控制其準確地進入預定軌道運行并回收雷達技術

雷達操作時，天線就要不停地轉動。天線的作用是把雷達中產生的無線電波按照一定的方向向外發射出去，并把被反射回來的無線電波接收下來。正因為天線所起的作用好似人的眼睛一樣，因此雷達要注視和偵察整個天空的狀況，天線就要不停地轉動，用一個驅動馬達使天線作360度的旋轉，這樣它就能在360度范圍內進行“搜索”。11點名三次無故曠課者，本門課程成績為不及格成績分布圖總成績（100%）平時成績（30%）期末成績（70%）（閉卷考試）考勤（10%）課堂表現（10%）作業（10%）第1篇自動控制原理第1篇自動控制原理第1章自動控制系統概述第2章拉普拉斯變換及其應用第3章自動控制系統的數學模型第4章分析自動控制系統性能常用的方法第5章自動控制系統的性能分析第6章自動控制系統的校正（改善系統性能的途徑）主要內容第一章自動控制系統概述第一節引言第二節開環控制和閉環控制第三節自動控制系統的組成第四節自動控制系統的分類第五節自動控制系統的性能指標第六節研究自動控制系統的方法主要內容第一節引言

在工業、農業、交通運輸和國防各個方面，凡要求較高的場合，都離不開自動控制。所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對生產過程、工藝參數、目標要求等進行自動的調節與控制，使之按照預定的方案達到要求的指標。自動控制系統性能的優劣，將直接影響到產品的產量、質量、成本、勞動條件和預期目標的完成。

到70年代及以后，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展，相繼出現了大型多功能數控機床、數控加工中心、機械手、機器人等機電一體化的高新設備；近年來，由于新器件的涌現和計算機控制技術的發展，在電力拖動控制方面，原先的晶閘管器件已逐漸被MOSFET與IGBT所取代，相位控制逐漸被脈寬調制(PWM)控制取代。模擬控制逐漸被數字控制取代，直流調速(與伺服)逐漸被交流調速(與伺服)取代；在生產制造技術方面，相繼出現了計算機輔助設計CAD(ComputerAidedDesign)、計算機輔助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)、柔性制造系統FMS(FlexibleManufacturingSystem)、虛擬制造系統VMS(VirtualManufacturingSystem)和計算機集成制造系統CIMS(ComputerIntegrationManufacturingSystem)等高新技術。大型加工機床的精密控制。TK69數控型

(FLOOR-TYPENCMILLING-BORINGMACHINE)

TK69加工中心型這是由數控機床群構成的生產線——由自動控制保證產品的加工精度。其主軸為恒值控制(恒速)，刀架為隨動系統(精確定位)。加工中心——往往含有車、銑、鉆等多種功能，有刀具庫，能自動換刀等。各廠生產含有各種不同功能的加工中心。帶有機械手的點焊生產線(大批量鉚焊加工生產線)要能精密定位及時間控制。機器人控制(自動控制)柔性生產線(Flexibleproductionline)能根據不同的產品要求，通過計算機軟件，迅速變更生產的程序和流程，產生出不同的產品。縫紉機殼體柔性生產線

(Boxbodyflexibleproductionlineforsewingmachine)。

在自動控制原理方面，將以經典線性控制理論中常用的時域分析法和頻域分析法為主線，敘述系統數學模型的建立，系統性能的分析(包括系統穩定性、穩態性能和動態性能的分析)，探討改善系統性能的途徑(系統校正)，并適當介紹MATLAB軟件在系統性能分析中的應用。

在自動控制系統方面，將通過典型的自動控制系統(如水位、溫度控制系統，直流調速系統，交流調速系統和位置隨動系統)和實例分析，來闡述如何分析系統的組成，怎樣搞清系統的工作原理、工作特點和自動調節過程，如何建立系統的數學模型(系統框圖)和怎樣應用自控原理來分析系統的性能，探討改善系統性能的途徑。最后還介紹了系統的調試和故障的排除。第二節開環控制和閉環控制反饋作用(Feedback)——若通過某種裝置將能反映輸出量的信號引回來去影響控制信號。通常按照控制系統是否設有反饋環節來進行分類：設有反饋環節的，稱為閉環控制系統；不設反饋環節的，則稱為開環控制系統。

(這里所說的“環”，是指由反饋環節構成的回路)。一、開環控制系統開環控制系統——若系統的輸出量不被引回來對系統的控制部分產生影響，這樣的系統稱為開環控制系統(OpenLoopControlSystem)。如圖1-1所示的由步進電動機驅動的數控加工機床，是一個典型的開環控制系統。圖1-1數控加工機床加工過程示意圖如今采用微機控制，應用專用步進驅動模塊驅動的伺服系統，可達到每轉10000步的高分辨率。因此對小功率伺服系統，采用開環控制也可以達到很高的控制精度。圖1-2為數控加工機床開環控制框圖。圖1-2

數控加工機床開環控制框圖開環控制系統的特點一般結構簡單，系統穩定性好，成本也低，這是開環系統的優點。因此，在輸出量和輸入量之間的關系固定，且內部參數或外部負載等擾動因素不大，或這些擾動因素產生的誤差可以預計確定并能進行補償，則應盡量采用開環控制系統。

開環控制的缺點是當控制過程受到各種擾動因素影響時，將會直接影響輸出量，而系統不能自動進行補償。特別是當無法預計的擾動因素使輸出量產生的偏差超過允許的限度時，開環控制系統便無法滿足技術要求，這時應考慮采用閉環控制系統。閉環控制系統——若系統輸出量通過反饋環節返回來作用于控制部分，形成閉合環路，這樣的系統稱為閉環控制系統(Closed

Loop

ControlSystem)，又稱為反饋控制系統(FeedbackControlSystem)。圖1-3為電爐箱恒溫自動控制系統，是一個典型的閉環控制系統。二、閉環控制系統圖1-3電爐箱