自动控制原理
自动控制原理
1000+ 人选课
更新日期:2026/04/01
开课时间2026/03/08 - 2026/07/25
课程周期20 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

这门课会讲什么?

本课程主要介绍自动控制系统的基本概念和分析、设计(校正)的基本方法,内容主要包括七个部分。分别如下:

第一章 自动控制的一般概念。掌握自动控制系统组成结构和基本要素,理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求,了解一些实际自动控制系统的控制原理。

第二章 控制系统的数学模型。理解自动控制系统的建模方法和步骤;了解非线性微分方程的线性化方法;掌握传递函数及动态结构图的概念、意义、求取方法和简化方法;掌握梅森增益公式的应用。

第三章 线性系统的时域分析法。熟悉系统阶跃响应性能指标;理解典型系统阶跃响应的特点及其动态性能与系统参数、零极点分布的关系;掌握稳定性概念及系统稳定的充要条件,熟练掌握劳斯判据及其应用;理解误差和稳态误差的定义,能够利用终值定理和静态误差系数法计算系统稳态误差,并理解其限制条件。

第四章 线性系统的根轨迹法。理解根轨迹概念;了解闭环零极点与开环零极点的关系;掌握绘制根轨迹的方法,能够利用根轨迹定性分析系统性能随参数变化的趋势。

第五章 线性系统的频率响应分析。理解频率特性的物理意义及数学本质;熟悉典型环节的频率特性;熟练掌握绘制开环对数频率特性的方法;熟练掌握由最小相位系统的开环对数频率特性求传递函数的方法;理解奈奎斯特判据的原理并能运用奈奎斯特判据判断系统稳定性;正确理解稳定裕度的概念及意义,会计算稳定裕度。

第六章 线性系统的频域校正。理解系统校正和设计概念,掌握系统校正的基本方式和方法。

第七章 离散控制系统分析。理解离散系统、采样定理以及脉冲传递函数的意义;掌握Z变换及其反变换方法,并能对离散系统稳定性和稳态误差的进行分析;理解离散系统与连续系统的差别。


你将收获什么?

通过本课程的学习,可以进一步树立系统分析与唯物辩证的观念,掌握自动控制系统分析与设计的基本原理和方法。具体有:

1.能够理解系统表述的基础知识;能够根据系统(特别是反馈控制系统)的工作需求和特点,分解系统结构,建立系统的结构图(方块图或信号流图);能够根据系统各环节运动规律建立相应数学模型(传递函数、正弦传递函数、脉冲传递函数和描述函数),并能够求取系统的数学模型;由此能够建立系统性思维方式。

2.能够掌握系统的时间响应分析法、根轨迹分析法、频域分析法和描述函数分析法,能够根据系统的数学模型判断系统的稳定性、分析和求解系统的暂态性能和稳态性能,分析系统中关键参数变化对系统各项性能的影响。

3.通过文献查阅,能够依据系统的工作需求提出系统的性能指标;能够依据被控过程数学模型和系统性能指标要求,提出合理补偿方案,选取合适校正环节并整定校正环节参数;能够基于模型验证需要,设计与系统模型相应的原理电路,并提出实施验证实验方案的操作步骤。

4.能够选择和使用专业模拟计算软件(如MATLAB等),并基于专业模拟计算软件环境建立系统模型、分析和设计系统,能够理解这种模拟计算的局限性。



适合什么人学习?

本课程适合自动化及相关专业的学生和对自动控制原理感兴趣的普通大众,需要具有一定的基础知识,包括:高等数学,大学物理,电路分析基础以及复变函数与积分变换等。


课程大纲

课程章节

  • 自动控制的一般概念
  • 控制系统的数学模型
  • 自动控制系统的时域分析
  • 线性系统的根轨迹法
  • 线性系统的频率响应分析
  • 线性系统的频域校正
  • 离散控制系统分析

自动控制的一般概念

1.1 自动控制发展史

1.2 自动控制基本概念

1.3 自动控制系统的分类和性能要求

1.4 本章测验

控制系统的数学模型

2.1 控制系统的时域模型

2.2 传递函数

2.3 典型环节

2.4 结构图

2.5 结构图等效变换和化简

2.6 信号流图

2.7 本章测验

自动控制系统的时域分析

3.1 典型输入作用和时域性能指标

3.2 一阶系统的时域分析

3.3 二阶系统的时域分析

3.4 高阶系统的时域分析

3.5 稳定性和代数稳定判据

3.6 稳态误差分析(一)

3.7 稳态误差分析(二)

3.8 本章测验

线性系统的根轨迹法

4.1 根轨迹的基本概念

4.2 绘制根轨迹的基本法则(一)

4.3 绘制根轨迹的基本法则(二)

4.4 广义根轨迹

4.5 利用根轨迹分析系统性能

4.6 本章测验

线性系统的频率响应分析

5.1 正弦稳态响应和频率响应

5.2 频率响应的Bode图

5.3 频率响应的极坐标图

5.4 幅角原理

5.5 Nyquist稳定性

5.6 频率响应与系统性能

线性系统的频域校正

6.1 滞后校正

6.2 超前校正

6.3 滞后超前校正

离散控制系统分析

7.1 离散控制系统基本概念

7.2 信号的采样与保持

7.3 Z变换理论

7.4 离散控制系统模型

7.5 离散系统稳定性分析

7.6 离散系统动态和稳定性能分析

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