《自動控制原理》主要介紹線性控制系統的分析方法和設計方法,線性系統的分析方法包括時域分析法、根軌跡法和頻率法。其中根軌跡法和頻率法(主要是通過畫圖來解決工程問題)為工程方法。線性系統的設計方法主要介紹頻域法。
通過本課程的學習,使學生能夠: 1、掌握控制系統的基本概念; 2、用時域分析法(勞斯判據)、根軌跡法和頻率法(奈奎斯特穩定判據)判斷系統的穩定性。 3、分析和計算系統的暫態響應性能指標和穩態響應性能指標。 4、瞭解線性控制系統的設計方法,培養學生系統分析與系統設計的能力。 本課程的學習,將為學生今後學習電氣傳動自動控制系統、過程控制、計算機控制技術打下必要的基礎。
重點難點 重點: 1、電氣網絡數學模型的建立,方框圖的化簡,梅遜公式; 2、控制系統暫態響應性能指標和穩態響應性能指標的計算; 3、控制系統穩定性的判斷方法(勞斯判據、根軌跡方法、奈奎斯特穩定判據); 難點:控制系統的設計方法(系統的校正)。
課程學習安排
第一章 引論(1學時)
第二章 線性系統的數學模型(6學時) 第1節 線性系統的輸入——輸出時間函數描述(0.5學時) 第2節 線性系統的輸入——輸出傳遞函數描述(1學時) 第3節 非線性數學模型的線性化(0.5學時) 第4節 典型環節的數學模型(1學時) 第5節 方框圖及其化簡方法(1學時) 第6節 信號流程圖(1學時) 本章小結習題(1學時)
第三章 線性系統的時域分析(8學時) 第1節 典型輸入信號(0.3學時) 第2節 線性定常系統的時域響應(0.3學時) 第3節 一階系統的響應(0.4學時) 第4節 二階系統的響應(1.5學時) 第5節 高階系統的響應(0.5學時) 第6節 線性系統的穩定性(0.5學時) 第7節 勞斯—赫爾維茨穩定判據(1.5學時) 第8節 穩態誤差(0.5學時) 第9節 反饋和順饋復合控制(0.5學時) 本章小結習題(2學時)
第四章 線性系統的根軌跡分析(7學時) 第1節 根軌跡的基本概念(0.5學時) 第2節 繪製根軌跡的基本條件和基本規則(3.5學時) 第3節 廣義根軌跡(0.5學時) 第4節 利用根軌跡分析系統的性能(0.5學時) 本章小結習題(2學時)
第五章 線性系統的頻域分析(8學時) 第1節 頻率特性(1學時) 第2節 典型環節的頻率特性(2學時) 第3節 系統開環頻率特性的繪製(2學時) 第4節 乃奎斯特穩定判據和系統的相對穩定性(1學時) 第5節 系統的頻率特性及頻域性能指標(0.5學時) 本章小結習題(1.5學時)
第六章 線性系統的校正(3學時) 第1節 線性系統校正的概念(0.5學時) 第2節 校正裝置及其特性(1學時) 第3節 串聯校正的設計(1.5學時) 總複習 (3學時)
詞彙表
1、自動控制:採用控制裝置使被控對像自動地按照給定的規律運行,使被控對象的一個或數個物理量能夠在一定的精度範圍內按照給定的規律變化。 2、控制器:系統中採用的控制裝置。 3、被控對像:被控制的機器、設備或物體。 4、自動控制系統:由控制器和被控對像組成,能夠實現自動控制任務的系統。 5、被控制量:在控制系統中,按規定的任務需要加以控制的物理量,也稱系統的輸出量。 6、控制量:要求被控制量按規定的規律變化而加給系統的輸入量,也稱控制輸入。 7、擾動量:干擾或破壞系統按預定規律運行的輸入量,也稱擾動輸入或干擾輸入。 8、開環控制:在控制器和被控對像之間只有正向控制作用而沒有反饋控制作用,即系統的輸出量對控制量沒有影響。 9、閉環控制:在控制器和被控對像之間不僅存在正向作用,而且存在著反饋作用,即系統的輸出量對控制量有直接影響。 10、隨動系統(伺服系統):使輸出復現輸入。 11、自動調整系統(恆值系統):輸入為定值,輸出以一定精度保持在希望的數值上。 12、線性系統:可用線性常微分方程或差分方程描述的系統。 13、數學模型:描述系統運動規律的數學表達式。 14、傳遞函數:線性定常系統在初始條件為零的情況下,輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換的比值。 15、線性系統:可用線性微分方程描述、符合疊加原理的系統。 16、非線性數學模型的線性化:有條件(包括縮小研究範圍)地把非線性的數學模型化為線性模型來處理的方法。 17、前向通道:由信號輸入點伸向信號引出點的通道。 18、反饋通道:把輸出信號反饋到輸入端的通道。 19、頻率響應:對正弦輸入信號的穩態響應。 20、頻率特性:系統頻率響應與正弦輸入信號的關係。 21、最小相位系統:系統傳遞函數的零點和極點全部位於s平面的左半部。 22、非最小相位系統:系統傳遞函數的零點或極點有位於s平面的右半部。 23、剪切頻率:對應幅頻特性的角頻率。 24、相角裕度:使系統達到穩定的臨界狀態所要附加的相角滯後量。 25、增益裕度:在相頻特性等於弧度的頻率處,開環幅頻特性的倒數。
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