《自动控制原理》PPT课件 郑州轻工业大学 姜素霞

 
课件内容： 
自动控制原理基本概念（4学时） 
学习目标：1. 掌握与自动控制系统相关的基本概念，能够综合运用相关理论，描述自动控制系统的组成，分析工作原理，绘制系统的原理方框图；2. 能够根据系统示意图，判断系统的控制方式，如开环控制、闭环控制和复合控制；3. 能够根据系统响应曲线，评价控制系统的基本性能，如稳定性、准确性和快速性；4.培养爱国精神、工匠精神，增强社会责任感。 
主要内容： 
1.自动控制的基本概念，自动控制理论的发展历程 
2. 控制系统的组成及原理方框图 
3. 自动控制系统的分类及控制方式 
4. 控制系统的基本性能要求 
控制系统的数学模型（8学时） 
学习目标：1. 掌握建立控制系统的微分方程、 传递函数和绘制系统结构图等数学模型的方法；2. 能够综合应用物理系统的基本理论，建立复杂系统的微分方程、传递函数等数学模型；3. 掌握典型环节的传递函数，能够判断并识别控制系统中的各种典型环节，写出其传递函数；4. 能够根据系统中的典型环节，绘制复杂控制系统的结构图；5. 能够利用结构图等效变换法，化简复杂系统的结构图，求闭环系统的传递函数；6. 能够根据系统结构图或信号流图，利用梅森增益公式，求解复杂系统的传递函数；7.培养抽象思维、科学思维能力，强化创新意识，提升数学建模与工程应用结合的实践能力。 
主要内容： 
1. 建立控制系统的数学模型，如微分方程和传递函数 
2. 六种典型环节及其微分方程和传递函数表达式 
3. 控制系统的结构图及等效变换原则 
4. 控制系统结构图等效化简的基本方法 
5. 控制系统信号流图及梅森增益公式 
6. 利用梅森增益公式求系统传递函数 
控制系统的时域分析法（12学时） 
学习目标：1. 掌握几种典型输入信号，如单位阶跃信号、单位脉冲信号、单位斜坡信号和单位加速度信号的特点 ；2. 能够根据系统的性能要求，分析一阶系统、二阶系统的时域响应特点，求解系统的性能指标；3. 掌握控制系统稳定的充分必要条件， 能够运用劳斯稳定判据 ，判断系统稳定性；4. 掌握减小或消除稳态误差的方法，能够运用基本方法，计算 复杂控制系统的稳态误差；5.提升专业素养，培养正确人生观、价值观。 
主要内容： 
1. 控制系统时域响应的性能指标，如上升时间、延迟时间、调节时间、超调量等 
2. 四种常用的典型输入信号及其特点 
3. 单位阶跃输入信号作用下，分析一阶系统的时域响应，求解性能指标 
4. 二阶系统的数学模型，特征参数，几种不同的阻尼状态及特点 
5. 四种典型输入信号作用下，二阶系统的动态响应过程分析，动态性能指标计算 
6. 利用劳斯判据，判断系统稳定性 
7. 求解系统的稳态误差方法 
控制系统的复数域分析法（4学时） 
学习目标：1. 掌握绘制常规根轨迹的基本法则和方法；2. 能够熟练运用法则，绘制复杂控制系统的常规根轨迹；3. 能够综合运用根轨迹分析法，判断系统稳定的参数取值范围，求解能够使系统稳定的参数值；4. 能够综合运用根轨迹分析法，分析系统的动态性能和稳态性能；5.培养爱国精神、做好人生规划。 
主要内容： 
1. 根轨迹的基本概念，常规根轨迹、参数根轨迹和零度根轨迹 
2. 常规根轨迹的八条绘制法则 
3. 利用根轨迹，分析系统的动态性能和稳态性能 
控制系统的频域分析法（12学时） 
学习目标：1. 掌握频率特性的基本概念及其几何表示方法；2. 能够识别比例 、积分、微分和惯性等几种典型环节的频率特性；3. 能够综合运用典型环节的频率特性， 绘制复杂控制系统的开环幅相频率特性曲线；4. 能够综合运用典型环节的频率特性， 绘制复杂控制系统的开环对数频率特性曲线；5. 能够根据最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，求解系统的传递函数；6. 能够运用频域稳定判据（奈奎斯特稳定判据），分析判断闭环系统的稳定性；7.提高专业素养，树立稳定意识、大局意识和责任意识。 
主要内容： 
1. 频率特性的基本概念 
2. 几种典型环节的频率特性表达式及其特点 
3. 根据几种典型环节的频率特性，绘制开环幅相频率特性曲线（奈氏图） 
4. 根据几种典型环节的频率特性，绘制开环对数频率特性曲线（伯德图） 
5. 根据最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，求解系统的传递函数 
6. 奈奎斯特稳定判据的基本原理，特殊情况处理 
7. 利用奈奎斯特稳定判据，判断系统的稳定性 
8. 稳定裕度的基本概念，求解系统的“幅值裕度”和“相位裕度” 
控制系统的校正（8学时） 
学习目标：1. 了解线性控制系统校正的基本概念；2. 掌握线性系统校正的基本方法；3. 掌握PID基本控制规律及特点；4. 能够综合运用PID控制方法，评价校正前和校正后系统的性能变化情况；5. 能够根据系统性能要求，选择合适的校正方式，寻求解决方案，设计用于改善系统性能的串联超前校正装置或串联滞后校正；6.树立正确人生观、价值观，培养团队和集体协作能力。 
主要内容： 
1. 线性系统校正的基本概念 
2. 频率法串联超前校正的基本原理及设计步骤 
3. 频率法串联滞后校正的基本原理及设计步骤 
4. 频率法串联滞后-超前校正的基本原理 
5. P、PI、PD及 PID四种基本控制规律的数学模型及特点 
6. 综合运用PID控制方法，评价校正前后系统的性能变化情况