自动控制原理学习周记

关键词： 自动控制 理论 课程 教学

自动控制原理学习周记（精选6篇）

篇1：自动控制原理学习周记

《自控原理与系统》学习及心得体会

自控原理学习内容

在整个学期的学习中，我们一共学习了五章内容，第一章是自动控制系统的概论;第二章是系统的数学模型;第三章是时域分析法;第四章是频域分析法;第五章是系统的校正方法.第一章是自动控制系统的概论，主要内容有自动控制的定义，基本控制方法及特点，对控制系统性能的基本要就，自动控制系统的方块图表示方法，自动控制系统的分类和一些经典的自动控制系统的实例分析等。在学习的过当中，我知道了所谓自动控制系统就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象和被控量，使其按照预定的规律运作和变化。基本控制方式是利用传感器感应信息，将信息放大处理后变成电信号作用于系统,使系统自动调节.对于一个控制系统,我们的要求是快速,稳定,准确.对于一阶系统,通过调节PID,能快速的打到目的。对于二阶系统,我们要求其单位阶跃响应要是处于欠阻尼状态.我们系统是否稳定可以用劳斯稳定判据来判定。控制系统的主要分类为:闭环控制系统、开环控制系统、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统、线性控制系统、非线性控制系统、连续控制系统、离散控制系统、单变量控制系统和多变量控制系统。自动控制系统的方块图表示，组成系统的每个环节用一个方块表示，环节间用带箭头的线段连接，称为信号线，只能单方向传递。信号的比较用◎表示，他具有对几个信号进行求和的功能，一般在多个输入信号的信号线旁边标“+”“-”表示信号的极性。自控的方块图表示如

下，除此之外，老师还给我们精讲了烘烤炉温度控制的实例。

第二章，拉皮拉斯变换及其应用

在本章节中，老师重点讲了拉普拉斯变换，它是一种函数的变换方法，利用拉氏变换可以将微分方程变换成代数方程，便于求解。拉普拉斯变换主要是用来求解在时间域系统的输入和输出的偏微分方程，拉普拉斯变换主要就是把时间域变到复频域。在讲拉氏变换的时候还涉及到了阶跃函数，脉冲函数，斜坡函数，指数函数，正弦函数等常见函数。在本章中，还有拉氏变换的运算定理，拉氏反变换，拉氏变换举例等内容，老师重点讲了举例的地方，我们要求不论是一阶系统还是二阶系统，都要能够在过渡时间内快速达到稳态值的0.95-0.93。二阶系统要处于欠阻尼状态。由于拉氏变换公式很难记，老师鼓励我们查表。

第三章，本章主要是通过微分方程，传递函数和系统框图建立自动控制系统的数学模型，利用数学模型描述系统的输入量和输出量以及内部各变量之间的关系。控制系统的微分方程的建立和微分方程的求解，在这当中就用到了第二章学到的拉氏变换来求解，在讲道传递函数时我知道了它是系统数学表达式的一种形式，还有系统框图，这几个名词之间是有很大关系的，建立好数学模型，没有传递函数不行，没有系统框图也不行。老师重点讲了系统框图和传递函数的建立，传递函数的建立主要是用梅逊公式，通过系统的框图，结合梅逊公式把系统的传递函数写出。在学习梅逊公式的时候，我知道了没逊公式的计算方式，利用梅逊公式可以很快的列出系统的传递函数，自控系统 的结构图是系统传递函数图形化的描述方式，是图形化的数学模型，由系统的每个环节组成，能直观的表示系统的结构特点以及各个参变量和作用量在系统中的作用，表示各个环节的相互联系。

第四章主要是说控制系统的时域分析法，说的是时域分析法对于线性定常系统，可基于系统的微分方程，利用拉氏变换为数学工具，直接求解系统的时域响应。并利用想应该表达式或响应曲线分析自动控制系统的性能，一个系统的时域响应取决于系统本身的结构参数，又与系统的初始状态以及作用于系统的外作用有关。阶跃响应的性能指标，把控制系统的响应时间顺序可分为动态过程和稳态过程，分析动态过程可以评价系统的快速性和稳定性，分析系统的稳态过程可以评价系统的准确性，对于阶跃响应的性能指标，我们要求调整时间要短，超调量不能太大，稳态误差要越小越好，最好等于零。这几个变量是相互矛盾的，所以要均衡好，平衡调节才可以使系统处于最佳状态，系统效率达到最大化。对于二阶系统，要让它工作在欠阻尼状态下，阻尼比应取0.707左右。这样系统具有快速性，又有过度构过程的稳定性。系统的稳定性要求系统受到外界的扰动后能在一定时间内恢复原状态，对于系统的稳定可以用劳斯判据进行计算判定。

第五章 系统频域特性分析法，虽然老师没怎么讲课，但是经过老师的指点，也对这章节有一定的了解，频域分析法是控制理论中常用的方法之一。是一种图解法，通过系统的开环特性的图形来分析闭环系统的性能。频率特性不仅可以有微分方程和传递函数求解，还可以经过试验的方式求得。对于系统分析具有极大的现实意义。频率特

性是系统对不同频率正弦输入信号的响应特性，对于一个稳定的线性系统，其输出量的幅值与输入量的幅值对频率的变化称为幅频特性，其输出相位与输入相位对频率的变化称为相位频率特性。两者称为频率特性和幅相特性。频率特性的特性：频率特性是以线性定常系统为基础的且假定微分方程是稳定的情况下推导出来的；频率特性对系统的控制元件和部件，控制装置都适用；表达式含有系统或元件部件的全部结构参数；频率特性和微分方程及传递函数一样，也是系统或元件的动态数学模型；利用频率特性可以根据开环系统频率特性分析闭环系统的性能。

学习心得，随着学期期末的到来，《自动控制原理与系统》这门课程的学习也进入了尾声，以上是我对这门课程的总结，在学习的过程当中虽然遇到了许多困难，但是在老师的悉心指导下还是一一克服了困难。随着圣餐发展和科学的进步，自动制动控制系统这技术一定会广泛应用到各个领域中去。现在学习的知识还远远不够，纸上谈兵都只能谈两页，用到实践中的又回更少了。在老师的教导下，让我们懂得了学习的重要性，在老师在课堂上穿插的话外题中，不仅让我学到了课本的知识，还让我学到了一股争气，青年人要争，这使我受益匪浅。老师不仅在教学，更是在育人。教我们学习做人面面俱到，使我更加坚定了人生道路，活到老学到老，使我们更加有气质和内涵，人只有有了气质和内涵才不会被看低，站在人群中才能有一种无以言表的成就感。今后我还将继续努力学习，为自己的人生道路上留下更多的色彩。最后还是得感谢老师的栽培！

10楼宇一班

黄湛 20123456

2011年11月26日

篇2：自动控制原理学习周记

第一部分

考研学生经验点滴：

在复习时，首先要把基本概念、基本理论弄懂，然后要把它们串起来，多角度、多层次地进行思维和理解，能够融会贯通。

认真研究历年试题，是应考的法宝。不能只满足于看上去会做，而是应该去整体分析，分析出题方向和出题范围，对近几年的出题思路和重点有一定的把握，这对你看各种考研书籍和资料有重要的指导意义，也是专业课备考的关键。

不仅要思考，还要动笔，要认认真真把每一道考研题切切实实写在纸上，你会发现很多原来没有想到过的东西，并用同一道题在相隔一定时间后反复训练，慢慢完善自己此类题型的解答方法。同时，这种训练可以避免真正考试时因时间仓促和心理压力带来的表达上的不成熟。

及时配备所考科目的最新专业书籍和过去几年专业试题，对于考试中的典型题型进行专题整理，不仅可以提高分析问题的能力，还有助于专业知识的系统化和融会贯通。

根据一些重要的原理性知识，针对近几年的典型题型进行练习，对某些不附标准答案的专业考题，全靠自己琢磨可能会有偏颇。比较好的方法是直接请教学长或老师，力求答案尽量完整、标准。整理完后，每隔一段时间就要拿出来温习一下，看是否又产生了新的答题思路。还应广泛地咨询该专业本科生和研究生，有助于了解最新情况，并对出题老师保持关注，争取旁听其授课，了解其考查的重点。

第二部分

自动控制原理学习体会

《自动控制原理》包括经典控制和现代控制两个部分，其主要研究的内容识时域分析、频域分析以及状态空间表达，虽然涉及的内容很多，但是老师教学经验丰富,把重难点分解并详尽讲解, 并以例子来巩固所学的知识，使我能够理论联系实践，易懂易记。使我能在研究生入学考试取得一个很好的成绩，也为我在模式识别、智能控制和非线性系统理论等方面的学习和研究奠定了坚实的基础。

我们在学自动控制原理的时候，有一个很重要的概念叫做“反馈”。几乎一切稳定的系统中间都会存在反馈机制。有了自动控制原理这一坚实的基础，我们再学习其他课程，例如模拟电路中的反馈法、计算机控制系统和电机控制与调速等都感到很容易理解。

通过学习自动控制原理的经典控制理论和现代控制理论，让我对控制系统的各个元部件之间的相互作用、以及它们之间的调节运行规律有了基本了解，特别是本课程附有实验课，让我们可以将课堂上学到的抽象的理论易于理解，基于MATLAB仿真平台可以对系统进行分析、设计和仿真，对我们把理论知识运用于实践，设计出满足要求的自动控制系统具有很大的帮助，也培养了我对自动控制原理学习的兴趣。在开始学习自动控制原理的时候，由于自己没有引起足够重视，对知识掌握的也不够透彻，在课后做习题的时候我习惯于翻看答案，参照答案来完成作业，有的时候甚至是全盘照抄，但是后来发现这种方式使我往往照着别人的思路解题，阻碍了我自己的独立思考。后来在老师的帮助下，我认识到这是一个很不好的习惯，后来我端正了自己的态度，并且积极主动的找老师补课，请教以前没有消化好的知识，在老师的耐心辅导下，我很快地建立起学习的兴趣，也克服了翻看答案的坏习惯，在题目变通的情况下我也能很快地独立思考解答。第三部分

学有所惑：

课本好厚、计算量大、不好理解。糊里糊涂、迷迷糊糊、晕。太多，学不来的。有难度、公式多。好难啊！内容太多。理论太多。

内容太多，变化繁杂。

没有例证，不能很深入学习，有困难。有点难度。抽象。

比模糊控制还模糊。

感觉有点模糊，也许是上的太快了。例题不多。上课进度太快。

题目基本会做，不知道以后有啥用。

学有所思：

自己没有很好地去学。

理论教了学不会，教做题最好。

用电子课件教学一般，不如老师直接讲的好。在实践做题方面，理论上有差距。没有实际意义。

实践结合得还不太够。

理论与实践较难统一在一起。内容不是特别融会贯通。书上有些没有用的东西。

学双语课难，感觉英语跟不上。其实老师很优秀，只是我没认真听 老师好才会学得好。课时太少，太紧。书上有许多错。

学有所获：

收获多。有挑战性。

师傅领进门修行靠个人。只要自己认真就OK了。让我踏实掌握详细知识。蛮新鲜。虽然复杂，但系统性很强。非常好。

对思维和推理很有帮助。学得很实在。

坚持努力会有好结果。

有一点难度，但也为可承受范围。很不错，请保持。难度适中。

有点难，但学得蛮开心。蛮好的。

能较完善掌握知识 好累，但收获很多。还可以。还算轻松。

课不错，计算量太大。努力努力再努力

是专业基础课很有用。有收获但难度大。

对如何使系统稳定有一定概念。理论联系实际。老师辛苦了。

上课能听懂，但做题有困难。掌握了更多的知识。切实学到了一点东西 的确需要用功学的一门课。可基本了解。

讲课清楚，学习比较轻松。重在理解概念。

内容多，涉及广，比较综合的一门课。有点难，需认真学习才能达到要求。自控真有意思。

内容丰富、博实、很有意义的一门课。

篇3：自动控制原理学习周记

自动控制原理教育为理工科院校电气与自动化专业重要的必修专业基础课,是自动控制系统、自适应控制、智能控制等专业课程的先修课程。通过本课程的学习,培养学生分析、设计控制系统的能力,熟练掌握MatLab软件在控制系统的应用。通过实践性教学环节的训练,培养学生工程实践能力,是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程,该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。而实验教学是实现这一目标的主要方法和途径。

1 本课程教学总结

1.1 理论紧密联系实际

虽说这是一门理论专业课,但与实际生活紧密相连。其本质是用理论去指导实践,并从实践中去理解理论,使学生真正理解控制理论。授课时,引用实例来说明理论知识,使学生学有所用,提高他们学习本课程的兴趣。

1.2 突出重点,了解难点

《自动控制原理》是一门理论性很强的专业课,我们要掌握重点,了解难点。本课程重点是:时域分析法、频率分析法、校正原理和采样控制系统分析。该课程的理论都是建立在图形的基础上进行的分析,而手工画图是一件非常不容易的事情,且人工求取参数值,很多地方都需要借助软件求取,或者通过查表获取数据,对实际教学造成很大的不方便,而实验教学刚好弥补了这种不足。由于我们授课对象是应用型的2B类的大学生,过深的理论和难点可以一概而过,而对有兴趣的学生可以进行个别辅导。对于重点内容要完全把握,这是学习本科程的意义所在。不仅使学生掌握这些分析方法,还要让学生运用这些方法分析工程问题。为以后学习《电力拖动自动控制系统》打下良好基础。

1.3 采用多种授课方式

本课程使用现代化教育手段,包含多媒体教学和计算机仿真软件,来帮助学生理解自动控制。为提高学生的学习兴趣与效果,改变原有的纯板书式教学,采用“多媒体黑板”教学方式。对不同的教学内容选用不同的教学方法;在设计多媒体教程时,把握好多媒体的使用时机,正确处理多媒体和粉笔、黑板及语言表达之间的关系;考虑学生承受能力,避免因课堂教学信息量过大导致学生跟不上,多媒体优势得不到体现。利用计算机仿真软件,穿插演示响应曲线、Bode图、Nyquist图,使学生加深理解。

1.4 加强实验、实训

实验配合授课教学循序渐进地进行,有利于学生及时快速理解内容。而实训安排在课程授课结束后,实训期为一周。便于学生消化、总结、提升、完善理论知识。是本课程教学过程中的重要环节。为了调动学生学习积极性,激发学习兴趣,增加开放式实验教学,实验内容灵活多样,让学生有更大的自由,更多的选择机会,学生在自行设计中应用所学综合知识进行独立分析、解决实际问题,使理论与实践有机结合,使所设计的内容经过实践调试加以实现,增强学生的自信心、实践能力及创新能力。实验、实训为学生提供了发挥潜质的平台。

1.5 精选例题、习题

对于例题、习题的选取不能像高中时期采用“题海战术”,要以具有代表性、典型性为宜,“不求量,但求精”。学生从每个例题及习题中领略自动控制的性质。

以下以校正原理为例,探讨作者对该门课程的实验教学方法:

频率法校正是自动控制原理课程中,非常重要的一个章节,对实践分析具有非常重要的理论依据,下面以期望串联校正为例。

期望串联校正(图1)。

G0(s):未校正前的传函数,性能不能满足要求;G(s):是满足性能指标的期望传递函数;设引入一校正网络Gc(s)后,能使系统满足期望传递函数G(s);问如何求校正网络Gc(s)?

分析:因为Gk(s)=G0(s)Gc(s)

考虑对数频率特性:L(w)=Lc(w)+L0(w)

所以:Lc(w)=L(w)-L0(w)

2 期望对数频率特性

四阶期望特性(图2)。

其截止频率和中频宽度可用以下公式确定

确定期望串联校正装置的一般步骤是:(1)绘制满足系统稳态性能要求的未校正系统的对数频率特性。(2)确定开环系统的期望对数频率特性。(3)从期望对数频率特性减去未校正系统的频率特性,从而得到校正装置特性。(4)设计校正装置。

例题已知未校正系统的开环传递函数为:

对系统提出的性能指标为:无差度阶数为v=1,速度误差系数Kv=200,最大超调量δ%燮32%,调节时间ts燮0.6s,试用期望法确定系统串联校正装置的特性。

解:(1)先绘制出未校正系统的对数频率特性(通过实验画出图3所示的图形)。

(2)求出开环系统的期望对数频率特性的参数。通过实验画出期望校正图形(图4)。

期望对数幅频特性的低中频与中高频段的频率特性,这两段的斜率均为-40dBdec,中低频段交未校正特性的低频段于B点,B点的频率为0.4,中低频段与中频段的交点为C点,C点的频率为4,中频与中高频段的交点为D点,D点的频率为40,将中高频段延长,交校正前的系统的高频段于E点。E点频率为100,高频段与低频段与校正前的系统重合。

(3)由期望特性对数幅频特性可知,校正后的系统的开环传递函数为:

则校正系统为:

(4)由于题目已知的是时域指标,需通过实验画出校正后的阶跃响应曲线,图形如图5。由图形获取时域指标(上升时间为0.55,超调量31.6),满足设计要求。

摘要：实验教学是自动控制原理课程的重要教学方法,是一个复杂的系统工程,教师需要在课前准备、课堂组织、课后总结等多个环节精心准备和设计。本文根据作者从事自动控制原理核心课程教学工作的实践,以自动控制原理这门课程中的校正原理为例,从实验的组织与实施、实验教学的总结与提升三个阶段出发,探讨了实验教学法在自动控制原理课程中的应用。

关键词：实验教学,校正原理,自动控制原理教育

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理2001.

[2]潘双来.信号、系统与控制课程群建设[J].电气电子教学学报,2004,(06).

[3]张继永.优化课程体系,促进教学改革[J].中国现代教育装备,2007,(02).

[4]郑明方.自动控制理论课程的教学改革与实践[J].江苏工业学院学报,2001,(11).

篇4：自动控制原理课程的教学探讨

【关键词】自动控制原理;课程教学;教学探讨

1.引言

《自动控制原理》是自动化专业和电气专业的重要基础理论课，主要讲述自动控制系统的基本概念、控制系统数学模型及系统的分析法等[1]。它是学习《现代控制理论》、《计算机控制系统》等本科后续课程的基础，同时也是学习研究生课程《线性系统》等的基础。该课程不仅对工程技术有指导作用，而且对培养学生的独立思考能力，建立理论联系实际的科学观点和提高综合分析问题的能力，都具有重要的作用。同时，相比较其他一些实践类课程，《自动控制原理》内容相对抽象，课程内容关联性非常强，每个章节都需要深刻的理解与消化，因此这门课的教学任务也极具挑战性。

作者结合近几年来在自动控制原理教学中的亲身体会，同时参考同行的宝贵教学经验[2-4]，总结出了自动控制原理课程教学的特点以及存在的一些问题，并试探性地给出一些改革建议。

2.教学现状

2.1 教学内容众多

《自动控制原理》涉及的内容非常多，除了经典控制理论之外，还有现代控制理论部分。它所牵涉的知识面非常广，在建立控制系统的数学模型和各个知识点的应用时既要有力学、电学、光学和热学等物理知识，又要有电路、电机、电力电子等知识，还要有较强的建模能力和灵活运用知识解决实际问题的能力。同时，课时信息量大，使学生对教学内容难以及时进行有效地消化，教学效果受到影响，不利于学生培养。

2.2 教学手段单一

虽然当今的授课方式大多是多媒体授课，但由于大部分多媒体课件仅是文字和图片的简单组合，实际还是照本宣科的模式，因此并有实质性地发挥多媒体生动直观的优势。比如，在讲授时域性能指标分析的时候，如果电脑课件只是简单地重复书本上的几页插图，给学生感觉就是一个坐标系下面的几条曲线，有上升有下降。在课堂教学中，很难让学生理解时域指标比如超调量、调节时间等这些名词的实际物理含义。如果学生只是机械地死记这些性能指标的公式，那么就会造成这部分内容非常难甚至没有用处的错觉。因此，这种教学手段势必会影响教学效果。

2.3 教学方法陈旧

作为一门基础理论课程，《自动控制原理》内容相对来说理论要多。尽管教材中介绍了一些应用背景，但是跟学生平时所能接触到的还有些差距，因此学生在学习此课程时，没有感性认识，更没有将所学知识用于实践的机会。在课堂教学中，大多数教师在讲授《自动控制原理》时，通常采用都是重理论而轻应用的教学方法。这种传统的教学模式仅仅停留在空洞的理论层面，只给学生讲这些理论的由来或者如何实现这些理论的算法。太多复杂的数学公式推导，繁琐的绘图，使得学生在学习过程中普遍感到难以理解，感觉课程很抽象。久而久之，学生会对整个课程的学习失去兴趣。

3.教学探讨

3.1 优化教学内容

要根据学生的实际情况以及教学中所反应的问题，不断地改进教学内容，合理安排教学内容。这样做的目的在于可以较好地解决教学内容多而学时少之间的矛盾，从而可以提高教学效果。对于教学大纲中规定的重点内容、基本概念、基本原理以及基本方法要讲深讲透。同时，还需要注重工程含义、物理意义及实际应用的阐述。对于教学大纲中规定的一般了解的内容，只作一般性地介绍。比如，在讲授如拉氏变换、Z变换的性质部分，把各项性质列出即可，且应通过例子多作变换方法的说明，而不需要学生掌握具体变化结果的推导过程。

3.2 改进教学手段

要将传统教学手段和现代化教学手段有机结合，充分发挥计算机教学的辅助优势，以MATLAB作为仿真平台[5]，建立自动控制原理先进的教学体系。笔者结合多年的Matlab编程仿真经验，将自动控制理论与MATALB仿真相结合能起到事半功倍的效果。在讲授幅频特性一章时，可以先介绍MATALB的Simulink工具箱的功能，然后以Simulink工具箱仿真引出一个例子，具体如图1和图2所示。图1是Simlink中的框图形式，正弦信号输入到一个稳定系统。图2表示输出的变化。随着正弦信号的频率不断变大，其幅值和相角也在变化。通过实际仿真操作，可以引导学生总结出如下结论：给稳定的系统输入一个正弦信号，其稳态输出是与输入同频率的正弦，幅值随频率而变，相角也是频率的函数。在教学过程中，我们发现通过仿真工具能够加深学生对于抽象结论的理解。

图1 稳定系统框图

图2 稳定系统示波器中输出的变化

3.3 创新教学方法

要坚持创新式的教学方法，始终将理论和实际联系在一起。课堂授课的方式应由过去“填鸭式”为主的教学方式逐渐转化成以“启发式”为主的多形态教学方式。以启发式教学为主的课堂教学方式中，教师是主导，应该给学生说明这些结论的由来，为什么需要这些结论;学生是学习的主体，课堂教学应充分调动学生的积极性，教师应多做承前启后，要将自动控制理论与实际问题相结合，并提出一些前沿问题供学生思考。例如，在讲授时域设计一章中，我们可以通过引入實际项目“工业机器人手臂旋转角度”，给学生详细讲解时域指标的设计方法及其在实际系统中的应用。此外，我们还能通过技术讲座的形式，给学生讲解自动控制在其他一些领域的应用。实践证明，通过不断创新教学方法，能提高学生听课的积极性和主动性，从而改善教学效果。

4.总结

本文对《自动控制原理》的教学现状进行了分析， 讨论了该门课程的教学特点和存在的一些问题，并试探性地给出一些教学改革建议。通过优化教学内容、改进教学手段、创新教学方法，从而可以培养学生学习兴趣并提高课程的教学质量。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理 （第5版） [M].北京：科学出版社，2007.

[2]曾庆军，徐绍芬，韦中利，等.自动化专业控制类课程群实验教学改革[J].实验室研究与探索，2006，5：632-634.

[3]李润生，姚颖.自动控制原理课程教学改革与实践[J].辽宁科技学院学报，2010，12：63-64.

[4]段纳，高庆争.自动控制原理教学中的问题及对策探讨[J].曲阜师范大学学报，2011，37：7-10.

[5]薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 （第2版）[M].北京：清华大学出版社，2011.

篇5：自动控制原理电子教案

教学目的: 知识：掌握什么是自动控制，自动控制控制原理的发展史和主要内容

技能：通过学习自动控制原理的发展进程了解本课程主要的任务 教学重点: 自动控制原理的主要内容 教学难点: 本课程的任务 教学方法: 结合多媒体讲授法

教学进度: 本内容为4学时，其中1.1、1.2、1.3节2学时，1.4、1.5、1.6节2学时。参考资料:《现代控制工程》 绪方胜彦著,科学出版社

教学内容

第一节 自动控制理论的发展史及内容

一提到自动化很多人就会问自动化是什么？所谓自动化就是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义的讲，自动化还包括模拟或再现人的自能活动。

自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。

在我国的古代，很多的能工巧匠就发明了许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名的就有以下几种：

（1）指南车

指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合齿轮系装置的车辆。指南车是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一个伸臂的木人。《宋史·舆服志》中对指南车的构造和各齿轮大小和齿轮数都有详细的记载。

（2）铜壶滴漏

即漏壶，中国古代的自动计时装置，又称刻漏或漏刻。漏壶的最早记载见于《周记》。这种计时装置最初只有两个壶，由壶上滴水到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度（时间）。

（3）饮酒速度的自动调节 宋朝仇士良著的《岭外代答》（公元1178）蹭记载中国南方和西南方部落村民的一种习俗，就是常用长0.6米以上的饮酒管饮酒。在这种竹制饮酒管中有一条银制小鱼，作为可动的开关（即浮子式阀门）。这种阀门可用来保持均匀的饮酒速度。

（4）记里鼓车

中国古代有能自报行车里程的车制，是东汉以后出现的，由汉代改装而成，车中装设具有减速作用的传动齿轮和凸轮、杠杆等机构。车行一里，车上木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以表示车的里程。

（5）漏水转浑天仪 公元2世纪，中国东汉的天文学家张衡创制的一种天文表演仪器。它是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动仿真。

（6）候风地动仪

公元132年东汉张衡发明的一种观察地震的自动检测仪器，它的工作原理涉及到检测地震信号的大小和方向。

（7）水运仪象台

北宋哲宗元祐三年，苏颂、韩公廉等人制成的水力天文装置。它既能演示或能观测天象，又能计时及报时。

中国古代人民在原始的自动装置的创造和发明上作出了辉煌的成就，也为后来自动化的发展奠定了基础。自动化的发展在世界的其他地方也有很大的发展。

公元一世纪古埃及和希腊的发明家页创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。17世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：法国物理学家B.帕斯卡在公元1642年发明的加法器;荷兰机械师C.惠更斯于公元1657年发明的钟表；英国机械师E.李在公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师H.波尔祖诺夫于公元1765年发明了蒸气锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。

18世纪末至20世纪30年代自动化技术形成，由于第一次工业革命的需要，自动化调节有了更广泛的应用。公元1968年法国工程师J.法尔科发明反馈调节器；到了20世纪20~30年代，美国开始采用PID调节器。这是一种模拟式调节器，现在还在许多工厂中采用。

随着自动化装置的广泛应用，就暴露了许许多多的问题，许多人就对自动调节系统的稳定性提出了质疑。自动调节器和控制对象组成自动调节系统。有许多科学家对自动调节系统从理论上加以研究。公元1868年英国物理学家J.麦克斯韦尔用微分方程描述并总结了调节器的理论。公元1876年俄国机械学家H.A.维什捏格拉茨基进一步总结了调节其理论，归结为只要研究描述自动调节系统的线性其次微分方程的通解。公元1877年英国数学家E.劳思、1895年德国数学家A.胡尔维茨提出代数稳定判据，沿用到现在。公元1892年俄国数学家A.李雅普诺夫提出稳定性的严格数学定义并发表了专著。他的稳定性理论至今还是研究分析线性和非线性系统稳定性的重要方法。

20世纪40～50年代局部自动化时期，第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的制动调节装置开创可防空火力系统和控制这一新的科学领域。

与此同时，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机来设计自动控制系统。20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表，这些为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了，我国也能生产系列化得国产气动单元组合仪表QDZ型和电动单元组合仪表DDZ型，在国内使用很广。

1943～1946年，美国电气工程师J.埃克托和物理学家J.莫奇利为美国陆军研制成世界上第一台基于电子管电子数字计算机——电子数字积分和自动计数器。1950年美国宾夕法尼亚大学莫尔小组研制成世界上第二台存储程序式电子数字计算机——离散变量电子自动计算机。电子数字计算机的发明为20世纪60～70年代开始的再控制系统广泛应用程序控制和逻辑控制以及应用数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。我国也在20世纪50年代中叶开始研制大型电子数字计算机，并研制出了“银河Ⅲ”电子数字计算机。20世纪50年代末起至今进入综合自动化时期。复杂工业、复杂工业过程和航天技术的自动控制问题，都是多变量控制系统的分析和综合问题，迫切需要加以解决。单经典的控制理论的直接应用遇到了困难。20世纪70年代微处理器的出现对实现各种复杂的控制任务起了重大的推动作用。

20世纪50年代末到60年代初，开始出现电子数字计算机控制化的化工厂，20世纪60年代末在制造工业中出现了许多自动生产线，工业生产开始由局部自动化想综合自动化方向发展。20世纪70年代出现专用机床组成的无人工厂，20世纪80年代初出现用柔性制造系统组成的无人工厂。

20世纪60年代末至70年代初，美、英等国的科学家们注意到人工智能的所有技术和机器人结合起来，研制出只能机器人。智能机器人会在工业生产、核电站设备检查及维修、海洋调查、水下石油开采、宇宙探测等方面大显身手。

从古到今，自动化技术有了很大的发展。自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活的方式将产生深远影响。

自控原理课程的特点和要求

《自动控制原理》是自动化、电气工程与自动化等专业的专业基础课。该课程需要一定的工程背景，利用数学知识较多。它主要研究自动控制系统的基本概念、数学模型的建立及方块图等效变换。针对控制系统的基本要求，利用时域分析法、根轨迹法和频域法分析和设计控制系统。通过该课程的学习，要求学生系统地掌握自动控制系统的基本理论和基本方法，培养学生理论联系实际的能力，为专业课和工程实践打下坚实的基础

第二节 自动控制的基本原理和方式 一 自动控制技术及应用

（1）什么是自动控制

无人直接参与

利用外加设备或装置（控制器）

使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动按预定的规律运行

（2）自动控制技术的应用

工业、农业、导航、核动力

生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域

2、自动控制理论

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学（1）经典控制理论（以反馈理论为基础）（军事）以传递函数为基础

研究单输入-单输出（SISO）线性定常系统的分析和设计（2）现代控制理论

（宇航）以状态空间描述为基础

具有高性能、高精度的多变量变参 数系统的最优控制问题

（3）智能控制理论（发展方向）信息论、仿生学为基础

3、反馈控制理论（闭环控制理论）

（1）自动控制系统

被控对象、控制器按一定的方式连接所组成的系统

最基本的连接方式是反馈方式，按该方式连接的系统称为反馈控制系统

（2）反馈控制原理

控制器对被控对象施加的控制作用取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而对被控对象进行控制。

例1

人取物

反馈控制原理就是偏差控制原理

通常，我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差的过程，称为反馈。

在工程实践中，为实现反馈控制，必须配有以下设备：

测量元件、比较元件、执行元件

统称为控制装置

4、反馈控制系统的基本组成

（1）外作用 有用输入：决定系统被控量的变化规律

扰动：破坏有用输入对系统的控制。如：电源电压的波动、飞行中的气流、航海中的波浪等

（2）给定元件

给出与期望的被控量相对应的系统输入量（参据量）如书的位置

（3）校正元件（补偿元件）

结构和参数便于调整的元部件，以串联或反馈方式连接在系统中

1、开环控制方式

不存在输出到输入的反馈，输出量不参与控制（1）按给定值进行控制

（2）按干扰进行控制（即前馈控制，对干扰进行补偿）

第三节 控制系统的分类以及对自动控制系统性能的基本要求

一、控制系统的分类

＆1.4 对自动控制系统性能的基本要求 稳定性（最基本要求）稳定性：系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到平衡状态的能力 １、稳定

２、不稳定

稳定性：

(1)对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。

(2)对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。线性系统稳定性，通常由

系统的结构决定与外界因素无关。2 快速性

动态性能 调节时间、上升时间

对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。准确性

稳态误差 有差系统 无差系统

在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。

第2章

控制系统的数学模型

教学目的：1.掌握控制系统数学模型的概念及其作用

2.数学模型的建立方法及建立控制系统的微分方程 教学重点：控制系统数学模型的概念 教学难点：建立控制系统的微分方程 教学方法：讲授法

教学进度：本内容为4学时

教学内容

第一节 预备知识：控制系统的数学模型

一、控制系统数学模型的概念及作用

在研究控制系统的性能时, 最关键也是最困难的一步就是建立起能以足够的精 度反映系统工作实质的控制系统数学模型。

控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量(或变量)之间关系的数学表达式。在 静态条件下(即变量的各阶导数为零), 描述各变量之间关系的数学方程 ,称为静态模型;在动态过程中, 各变量之间的关系用微分方程描述 , 称为动态模型。由于微分方程中各变量的导数反映了它们随时间变化的特性 , 例如在运动过中 , 一阶导数表示速度 , 二 阶导数表示加速度等 , 因此 , 微分方程完全可以描绘系统的动态特 性。本章主要研究控 制系统的动态数学模型, 简称数学模型。

二、控制系统数学模型建立的方法

数学模型的建立通常采用两种方法:分析法和实践法。

分析法是利用控制系统或其 组成元器件所依据的物理或化学规律,来建立数学模型并经实验验证。

实验法是通过对实际控制系统或元器件作用一定形式的输入信号,用求取控制系统或元器件的输出响应的方法来建立数学模型。在控制系统的分析和设计中 , 建立合理的系 统数学模型是一项极为重要的工作,它直接关系到控制系统能否实现给定的任务。

三、控制系统数学模型的种类

时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程。复数域中常用的有传递函数、结构图。

频域中有频率特性 数学模型的建立方法及建立控制系统的微分方程 线性控制系统数学模型的建立

线性控制系统的数学模型是用微分方程式来描述的, 用解析法列写微分方程的一般步骤如下 :(1)根据系统或元器件的工作原理 , 确定系统和各元器件的输入 / 输出 量;(2)从输入端开始,按照信号的传递顺序,依照各变量所遵循的物理或化学定律,按技术

要求忽略一些次要因素,并考虑相邻元器件的彼此影响,列出微分方程式或微分方程组;(3)消去中间变量,求得描述输入量与输出量关系的微分方程式;(4)标准化, 即将与输入变量有关的各项放在等号右侧 , 将与输出变量有关的各项

放在等号左侧, 并按降幂顺序排列。

一般情况下, 设描述线性控制系统的微分方程式如下 :

式中 , c(t)为系统或元器件的输出量;r(t)为系统或元器件的输入量;系 数 a 0 , a 1 , „ , a n 及b 0 , b 1 , „ , b n 与系统或元器件的结构及参数有关。一般的物理可实现系统,总有 n ≥ m , 上式又 称为 n 阶微分方程式。

例题：已知无源网络如图所示 , 试写出它的数学模型。

解 根据基尔霍夫定律可写出

式中 , i 为设置的中间变量, 是流经电阻R和电容C的电流

消去上式中的中间变量i整理的

当电阻R和电容C均为常数时 ,RC无源网络的数学模型为一个一阶 常系数微分方程 ，令RC = T , 则式可写成

式中, T称为RC网络的时间常数。

第三节 项目二：求取控制系统的传递函数

线性系统 ———— 满足叠加原理

非线性系统

设单输入单输出线性定常系统

例：枢控直流电动机调速系统

输入量ur 输出量ω(n)建立数学模型： 由局部（元件）→ 系统

传递函数结构图的组成：信号线(变量)，函数方框图，综合点，分支点

传递函数结构图：子方框图

系统结构图既保留子系统的原貌，又反映系统的结构 典型环节的传递函数

结构图的变换和简化：(按代数运算规则，原则：保持变换前后输入输出关系不变)

4，节点移动 例：求传递函数

闭环控制系统的基本结构

第四节 建立控制系统的动态结构图

结构图的组成

控制系统的结构图 , 是将系统中所有的元、部件都用方框表 示 , 在方框中表明其传递函数, 按照信号传递方向把各传递函数方框依次连接起来组成的一种图形。控制系统的结构图不仅能够清楚地反映系统的组成及信号的传递过程, 而且能够表示出系统信号 传递过程中的数学关系。因此 , 控制系统的结构图一般包含 4 种基本单元, 如图所示。

(1)信号线 : 带有箭头的直线 , 见图(a)。箭头表示信号的传递方向, 直线上标记信号 的时间 函数或像函数 , 如 r(t)或 R(s)。

(2)引出点:又称测量点,表示信号引出或测量的位置,见图(b)。从同一位置引出的信号,在数值和性质方面完全相同。

(3)比较点:又称综合点,对两个以上的信号进行加减运算,见图(c)。“ + ” 号表示相加, “” 号 表示 负 反馈 , 这是一个负 反馈的闭环控 制 系 统。由结构图(a)可 以写出

C(s)= G(s)E(s)(8)E(s)= R(s)-B(s)(9)B(s)= H(s)C(s)(10)

整 理式(8)、式(9)、式(10)得到

则等效传递函数为：

（11）

式 11)表示 的是两个方框反馈连接的等效传递函数 , 如图(b)所示。式表示 的也就是负 反馈闭环控 制 系 统的传递函数。当 反馈传递函数 H(s)= 1, 即单 位反馈时 , 称这样的负 反馈闭环控 制 系 统为单 位反馈控

制 系 统。单 位反馈控 制 系 统的传递函数为

同 理 , 可 以推导 出 正 反馈闭环控 制 系 统的传递函数为

由动态结构图求取控制系统的传递函数（2）

在 系 统结构图 简化过 程中 , 为了便 于进行方框的运算 , 往往需要移动综合点和分离点的置 , 或者移动 比较符 号“” 不能过 综合点和分离点。

(1)信号 综合点的 移动。信号 综合点的移动原 则是 : 保 证原 信号 不变 , 在 信号 综 合点移后 保 证 信 号 相 加的 代 数 和 不 变。综 合点 的 移 动 等 效 变 换 如 图所 示。其 中 , 图(a)所示 为综合点前 移等效变换 , 图(b)所示 为综合点后 移等效变换。

(2)信号 分离点的 移动。信号 分离点的移动原 则是 : 保 证原 各点信号 不 变 , 在 信 号 分 离点移动后 保 证该分支信号 不变。分离点的移动等效变换如图所示。其 中 , 图(a)所示 为分离点前 移等效变换 , 图(b)所示 为分离点后 移等效变换。

(3)信号 综合点的互换。在 结构图 简化过 程中 , 根据加法交换律 , 两个 或两个以上相 邻的信号 综合点位置 可 以互换 , 互换前 后 的结果 不变。

(4)信号 分离点的互换。在 结构图 简化过 程中 , 两个或两个以上相 邻的信号 分离点位 置互换 , 完 全不会改变信号 的性质。

必须指出 , 在 结构图 简化过 程中 , 相邻的信号 综合点和分离点的位置 不能互换。

【 例】 某系 统结构图 如图所示。要 求简 化结构 图 , 并 计 算系 统的传 递函 数G(s)= C(s)/ R(s)。

解 由系 统结构图 3-14 看出 , 结构图 中包 含 5 个环节 : G 1、G 2、G 3、G 4、H , 简化结构图 的步 骤如下 :

系统结构图

(1)信号 综合点 A 后 移 , 见图(a);(2)方框 G 1 与 G 2、G 2 与 H 串联等效 , 且信号 综合点互换位置 , 见图(b);(3)方框 G 4 与 G 1 G 2 并 联等效 , 为方便 起见记为 W 1 , 则

W 1 = G 1 G 2 + G 4 方框 G 3 与 G 2 H 反馈等效 , 记为 W 2 , 则

篇6：《自动控制原理》考试大纲

《自动控制原理》考试大纲

一、基本要求

掌握控制系统分析和综合基本方法，主要内容有传递函数和信号流图等数学模型的建立；

系

统稳定性、动态性能、稳态性能的时域分析；

频域法和根轨迹法；

系统串联校正的设计方法；

线性离散系统的分析；

系统状态空间建模及其求解；

系统可控性和可观测性；

线性定常系统

状态反馈及观测器设计；李雅普诺夫稳定性理论。

二、考试范围

．

自动控制的一般概念

（）自动控制系统的定义、构成；

（）自动控制系统的基本控制方式；自动控制系统的分类；

（）对控制系统的基本要求；

．

控制系统的数学模型

（）传递函数的定义、性质及典型环节的传递函数；

（）信号流图的组成、建立及梅森增益公式；

（）闭环系统的传递函数：输入量及扰动量作用下的传递函数、误差传递函数。

．线性系统的时域分析法

（）一阶系统动态性能；

（）二阶系统的动态性能：典型二阶系统的数学模型、欠阻尼阶跃响应、二阶系统的动态性能指标、二阶系统性能的改善；

（）控制系统的稳定性分析及代数稳定判据；

（）控制系统的稳态性能分析：

稳态误差的定义、系统类型、稳态误差分析与静态误差系数。．

线性系统的根轨迹法

（）根轨迹方程：幅值条件和相角条件；

（）度根轨迹作图的一般规则、典型的零、极点分布及其相应的根轨迹；

（）系统性能分析：稳定性分析、增加零、极点对根轨迹的影响、利用主导极点估计系统的性能指标；

．

线性系统的频域分析法

（）频率特性；

（）典型环节与开环系统的频率特性；

（）奈奎斯特稳定判据及应用；

（）稳定裕度；

．

线性系统的校正法

（）校正装置：超前、滞后网络的特性；

（）系统校正的频率响应法：超前、滞后校正设计；

/

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（）控制器：控制法则及对系统性能的影响。

.线性离散系统的分析

()

信号采样和保持；

()

离散系统数学模型：差分方程和脉冲传递函数；

()

离散系统稳定性及稳定性判据；

()

离散系统稳态误差及动态性能分析；

.线性系统的状态空间分析与综合()

线性系统的状态空间描述：建立、转换、标准型；线性系统的运动分析状态方程的解；

()

线性系统的可控性和可观测性；

()

线性定常系统的线性变换；

()

线性定常系统的状态反馈极点配置和全维状态观测器设计；

()

李雅普诺夫稳定性分析。