02291自动控制理论上海交通大学Word文件下载.docx

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后续课:

本课程为《微机控制技术》和《电力拖动自动控制系统》等课程提供了必要的理论基础。

Ⅱ、课程内容与考核目标

第一章导论

一、学习目的和要求

了解自动控制的基本概念；

自动控制理论的内容；

自动控制系统的分类方法；

自动控制系统的基本组成。

重点是：

反馈的概念；

开环与闭环控制的概念与特点；

控制系统的基本组成；

典型系统的工作原理。

二、课程内容

第一节引言

第二节自动控制系统的基本原理和组成

（一）自动控制系统基本原理

（二）自动控制系统的组成

第三节自动控制系统的分类

（一）按信号的传递路径来分

（二）按系统输出信号的变化规律来分

（三）按系统传输信号的性质来分

（四）按系统的输入输出特性不同来分

第四节控制系统实例

（一）内燃机的转速控制系统

（二）角度随动系统

三、考核知识点

（一）自动控制系统的基本原理

（三）自动控制系统的分类

（四）控制系统实例

四、考核要求

1、识记

（1）自动控制系统的基本概念

2、领会

（1）温度控制系统的工作原理

（2）火炮控制系统的工作原理

（3）水位控制系统的工作原理

（1）各环节的名称及作用

2、简单应用

（1）对给定的控制系统能画出其方框图并指出各物理部件的作用

1、领会

（1）开环控制系统的定义与特点

（2）闭环控制系统的定义与特点

（3）反馈的概念

（4）恒值控制系统与随动系统的概念

（1）内燃机转速控制系统的工作原理

（2）角度随动系统的工作原理

第二章控制系统的数学模型

了解建立系统微分方程式的一般方法；

传递函数的定义、性质、求取方法；

方块图的组成、基本概念及术语、方块图化简法则；

信号流图的基本概念及术语、信号流图的绘制、梅逊公式及其应用；

典型物理系统的数学模型建立。

重点是：

系统微分方程的建立；

传递函数的求取方法；

方块图化简；

方块图化信号流图；

利用梅逊公式求取系统传递函数；

机械系统、电气系统的数学模型建立。

第一节控制系统的时域数学模型－微分方程

（一）系统的微分方程举例

（二）非线性系统的线性化

第二节控制系统的复域数学模型－传递函数

（一）传递函数定义

（二）传递函数性质

第三节控制系统的频域数学模型－频率特性

第四节典型环节及其传递函数

第五节控制系统的方块图

（一）系统方块图

（二）方块图的基本运算法则

（三）系统常用的传递函数

（四）方块图的简化法则

第六节信号流图

（一）几个定义

（二）信号流图的性质及运算法则

（三）信号流图与方块图之间等效关系

（四）梅逊公式

第七节物理元件和系统的数学模型

（一）机械系统

（二）电气系统

（三）典型位置随动系统的数学模型

（一）系统微分方程式的建立

（二）传递函数

（三）方块图

（四）信号流图

（五）物理系统数学模型

（1）线性定常系统的微分方程标准表达式

（1）系统微分方程式建立的一般过程及步骤

3、简单应用

（1）物理系统微分方程的建立

（1）传递函数的定义

（2）稳态增益与增益因子的概念

（1）传递函数的性质与求取方法

（2）典型环节的传递函数

（1）方块图的基本概念及术语

（1）方块图化简法则及应用

（1）信号流图的基本概念及术语

（1）方块图化信号流图

3、综合应用

（1）应用梅逊公式求取系统变量之间的传递函数

1、简单应用

（1）机械系统的数学模型建立

（2）电气系统的数学模型建立

（3）典型位置随动系统的数学模型建立

第三章自动控制系统的时域分析

了解系统稳定的基本概念；

线性系统稳定的充分必要条件；

系统稳定的必要条件；

劳斯判据；

稳态误差定义；

系统类型；

位置误差及位置误差系数；

速度误差与速度误差系数；

加速度误差与加速度误差系数；

一阶系统的阶跃响应，动态性能和稳态误差分析；

二阶系统的阶跃响应，动态性能和稳态误差分析；

熟悉常用的典型测试信号。

系统稳定的充分必要条件；

劳斯稳定判据；

稳态误差系数与稳态误差；

动态性能指标。

第一节常用的典型测试信号

第二节控制系统的稳定性分析

（一）稳定性的基本概念

（二）线性定常系统稳定的充分必要条件

（三）劳斯稳定性判据

第三节控制系统的稳态特性－稳态误差分析

（一）稳态误差和控制系统类型

（二）稳态误差系数和稳态误差计算

第四节控制系统的动态特性－动态响应分析

（一）控制系统动态响应指标

（二）一阶系统的动态响应

（三）二阶系统动态响应的描述参数

（四）二阶系统的单位阶跃响应

（五）二阶系统的动态响应指标

第五节高阶系统的动态响应

（一）高阶系统动态响应的特点

（二）主导极点、偶极子和附加零极点

（一）控制系统常用的典型测试信号

（二）控制系统的稳定性分析

（三）控制系统的稳态性能分析

（四）控制系统的动态响应

（五）高阶系统的动态响应

（1）典型测试信号的定义

（2）典型测试信号的数学表达式

（1）稳定性的基本概念

（2）线性定常系统稳定的充分必要条件

（3）系统定常系统稳定的必要条件

（1）劳斯稳定判据及应用

（1）稳态误差的定义

（2）控制系统的类型

（1）稳态误差系数及稳态误差的求取

（1）控制系统的动态响应指标

（1）一阶系统的阶跃响应及性能指标

（1）二阶系统的阶跃响应及性能指标

（1）主导极点

（2）偶极子

（3）附加零极点

第四章根轨迹法

了解根轨迹的概念；

系统的闭环传递函数与开环传递函数之间的关系；

根轨迹的幅值条件及相角条件；

一般根轨迹的绘制规则；

利用根轨迹法分析系统的性能；

开环零极点的增加和移动对根轨迹的影响。

根轨迹的幅相条件；

根轨迹的绘制方法。

第一节闭环系统的根轨迹

（一）根轨迹的定义

（二）根轨迹的幅值条件和相角条件

第二节绘制根轨迹的基本规则

（一）绘制根轨迹的基本规则和步骤

（二）开环零、极点的变化对根轨迹的影响

第三节根轨迹的应用

（一）用根轨迹分析系统

（二）用根轨迹选择系统参数

（一）根轨迹定义与幅相条件

（二）根轨迹的绘制

（三）开环零极点的增加及移动对根轨迹的影响

（1）根轨迹的定义

（2）根轨迹方程

（3）根轨迹的幅相条件

（1）根轨迹的绘制规则

（2）基于根轨迹的稳定性分析

（1）增加开环零极点对根轨迹的影响

（2）移动开环零极点对根轨迹的影响

第五章线性系统的频域分析－频率响应法

了解频率特性的定义、求法及性质；

频率特性的极坐标图、伯德图；

最小相位系统；

奈魁斯特稳定性判据；

由伯德图分析系统静态性能；

由开环频率特性图分析系统动态性能；

增益裕量和相位裕量；

传递函数的实验确定。

频率特性的求取；

极坐标图；

伯德图；

由伯德图确定系统的传递函数。

第一节频率特性

（一）线性定常系统对正弦输入信号的响应

（二）系统的频率特性

（三）频率特性的性质

第二节频率特性图

（一）频率特性的极坐标图

（二）典型环节的奈氏图

（三）对数频率特性图

（四）基本因子的伯德图

（五）控制系统的伯德图

（六）最小相位系统和非最小相位系统

（七）对数幅相特性图

第三节频域中的稳定性判据

（一）引言

（二）幅角原理

（三）奈氏稳定性判据

（四）伯德图的奈氏判据

第四节系统动态性能的频域分析与频域指标

（一）系统的相对稳定性

（二）基于开环频率特性的系统动态性能分析

（三）基于闭环频率特性的系统动态性能分析

（四）从尼科尔斯图求闭环系统的频域指标

第五节基于伯德图的系统稳态性能分析

（一）频率特性

（二）极坐标图

（四）稳定性分析—奈氏稳定性判据

（五）稳态性能分析

（六）动态性能分析

（七）频率特性的测试和传递函数的求取

（1）频率特性的定义

（1）频率特性的性质

（1）基本因子的画法

（2）增加开环零极点对奈魁斯特曲线形状的影响

（1）极坐标图的一般绘制规则

（1）对数频率特性图的组成及优点

（2）基本因子的伯德图

（1）绘制对数频率特性曲线的一般步骤

（2）最小相位系统、非最小相位系统

（1）开环与闭环系统零极点间的关系

（2）幅角原理

（3）奈氏路线

（4）奈氏判据

（5）在s=0及s→∞的奈魁斯特曲线的画法

（6）伯德图的奈氏判据

2、综合应用

（1）奈氏判据的应用

（2）条件稳定系