《自动控制原理》PPT课件 江南大学 陶洪峰

 
课件内容： 
第1章 引论-初探自动控制的奥秘 
能够描述一个实际控制系统的工作原理，识别控制系统的被控对象、输入量、输出量、反馈量和扰动量；能够识别系统的控制方式，并说明其特点；能够识别系统的特征：线性、非线性，时变、时不变，连续、离散，单输入单输出、多输入多输出，恒值、随动等；明确控制系统性能的基本要求。 
知识点1.自动控制系统的基本原理 
知识点2.自动控制系统的分类与基本要求 
知识点3.自动控制的历史和发展 
课外讨论：分析日常生活和工程项目中自动控制系统实例的简单原理和控制结构； 
课外导读：控制科学家之钱学森 
课外导读：控制论之父-诺伯特·维纳 
第1章测试题 
第2章 控制系统的数学模型-被控对象奇妙的化繁到简过程 
能够对简单的电路系统、机械系统等根据其电路原理和力学原理列写系统的微分方程；熟练利用拉普拉斯变换法求解线性定常系统微分方程；能够解释传递函数的定义、明确传递函数的性质和适用范围；能够熟练写出各典型基本环节的传递函数；能够根据系统结构图的等效变换求解系统的传递函数；能够利用信号流图和梅森公式求解系统的传递函数。 
知识点1.控制系统的数学模型 
知识点2.传递函数的基本概念与性质 
知识点3.控制系统的结构图与绘制 
知识点4.结构图的等效变换和简化 
知识点5.控制系统传递函数 
知识点6.信号流图和梅森增益公式 
课外讨论：利用MATLAB工具建立控制系统的各类模型 
课外导读：工业大数据时代的建模技术与艺术 
第2次测试题 
第1次作业 
第3章 控制系统的时域分析法-系统一动一静求平衡 
能够分析一阶系统在典型输入信号作用下的输出响应，并通过一阶系统的单位阶跃响应分析计算其性能指标；明确不同阻尼比时二阶系统的闭环极点的位置和其单位阶跃响应，并计算欠阻尼时系统的动态性能指标和结构参数；明确线性系统稳定的充要条件，并熟练利用劳斯判据判断系统的稳定性；能够利用静态误差系数法、拉普拉斯变换的终值定理分析、讨论计算和减小或消除稳态误差的方法； 
知识点1. 系统的时域响应与性能指标 
知识点2. 一阶系统的时域响应与性能指标 
知识点3. 二阶系统的单位阶跃响应 
知识点4. 二阶系统阶跃响应的性能指标 
知识点5. 高阶系统的时域响应 
知识点6. 线性定常系统的稳定性及劳斯判据 
知识点7. 线性定常系统的稳定性分析 
知识点8. 控制系统的稳态误差-稳态误差的计算 
知识点9. 控制系统的稳态误差-稳态误差的消除 
课外讨论：利用MATLAB工具分析控制系统的动态和稳态时域性能 
课外导读：科学家麦克斯韦 
第3章测试题 
第4章 根轨迹法-奇妙曲线背后的秘密 
能够熟练掌握并灵活利用根轨迹方程的幅值条件和相角条件；根轨迹绘制的基本规则绘制一般根轨迹、参数根轨迹和零度根轨迹；能够利用根轨迹方程以及闭环主导极点分析系统的动态性能和稳定性。 
知识点1.根轨迹的基本概念 
知识点2.绘制根轨迹的基本规则(1) 
知识点3.绘制根轨迹的基本规则(2) 
知识点4.广义根轨迹 
知识点5.根轨迹法分析系统性能 
知识点6.增加开环零、极点对控制系统性能的影响 
课外讨论：利用MATLAB工具绘制控制系统的根轨迹并分析根对系统性能的影响 
课外导读：根轨迹方法提出者W.R.Evans 
第4章测试题 
第2次作业 
第5章 控制系统的频域分析-傅氏变换工具剖析系统奥秘 
能够熟练画出典型环节的奈氏图和Bode图；能够利用三点法和分段叠加法绘制控制系统的开环奈氏图和开环Bode图；能够根据系统的频率特性确定系统传递函数；能够利用奈氏稳定判据判断系统的稳定性；能够分析并计算系统的稳定裕量；能够分析闭环频率特性和系统动态性能之间的关系。 
知识点1：频率特性的基本概念 
知识点2：频率特性的计算与图示 
知识点3：典型环节的频率特性 
知识点4：奈奎斯特(Nyquist)图的绘制 
知识点5：伯德(Bode)图的绘制 
知识点6：最小相位系统与非最小相位系统 
知识点7：传递函数的实验法 
知识点8：奈奎斯特稳定判据 
知识点9：稳定裕量的定义、表示与计算 
知识点10：频率特性与系统性能的关系 
课外讨论：利用MATLAB工具绘制控制系统的Bode图并分析性能 
课外导读：贝尔实验室的工程师科学家Bode和Nyquist 
第5章测试题 
第6章 控制系统的校正-合适的才是最好的系统改造 
能够比较各种校正方法的特点和设计原则的区别；针对控制系统具体特征、稳态和动态性能要求能够选择和设计合适的校正方案；求出校正环节的传递函数形式及其控制器实现理解PID控制器的实现形式和各参数调节原则； 
知识点1.校正的基本概念和方法 
知识点2.串联超前校正 
知识点3.串联超前校正设计及实例分析 
知识点4.串联滞后校正及实例分析 
知识点5.串联滞后超前校正及实例分析 
知识点6.期望特性校正及实例分析 
知识点7.PID控制器及设计分析 
知识点8.反馈校正的基本原理 
知识点9.复合校正及实例分析 
课外讨论：利用MATLAB工具对控制系统进行串联校正设计并进行校正前后系统性能分析 
课外导读：PID的通俗故事 
第6章测试题 
第3次作业 
第7章 非线性系统分析-从理想走进现实 
能够分析饱和、死区、继电等几类常见非线性特征；能够绘制非线性系统描述函数的负倒特性曲线，并分析非线性系统的稳定性和自激振荡；能够确定二阶非线性系统的奇点并确定奇点的类型；能够利用等倾线法绘制非线性系统的相轨迹。 
知识点1：非线性系统定义与特征 
知识点2：典型非线性特性分析 
知识点3：描述函数的定义与求法 
知识点4：组合非线性特性的描述函数计算 
知识点5：描述函数法分析非线性系统稳定性 
知识点6：相平面法的基本概念和绘制方法 
知识点7：奇点和奇线 
知识点8：相平面法分析非线性系统示例 
课外讨论：利用MATLAB工具绘制非线性系统的相平面图并分析自激振荡现象 
课后导读：课后导读：控制领域科学家顾毓琇先生在科学技术上的创新开拓 
课外导读：领袖数学家亨利·庞加莱 
第7章测试题 
第8章 离散控制系统-计算机与自动控制的渊源 
能够利用z变换法求解闭环系统的脉冲传递函数；能够判断离散系统的稳定性；能够分析并计算离散系统的稳态误差。 
知识点1. 信号采样与采样控制系统 
知识点2. Z变换及其性质 
知识点3. 常系数差分方程求解 
知识点4. 脉冲传递函数 
知识点5. 离散系统稳定性分析 
知识点6. 离散系统的稳态误差 
知识点7. 离散系统动态性能分析 
课外讨论：利用MATLAB工具建立离散系统的模型并分析其稳态和动态性能 
课外导读：信息论创始人克劳德·香农 
课外导读：图灵-计算机之父，人工智能之父 
第8章测试题 
第4次作业