导论 一.《自动控制原理》的重要性 《自动控制原理》是工程应用中—一门非常重要的课程,是面向控制科学与 工程学科的一门必修专业技术基础课,所以安排在三年级下学年。这 门课程的前提课程是高等数学、电路理论、数模电子技术,它的后续课程是现 代控制理论、线性系统理讼、讪算机控制技术、炮控系统和火控系统 二学习《自动控制原理》的目的 通过对《自动控制原理》的学习,使学员掌握自动控制原理的分析和设计方法 使学员具备分析和设计自动控制系统的能力;使学员达到灵活运用基本原理和 方法的素质。 三.课程特点 门理论与工程相结合的基础课程,以工程思维观念为指导,以实际应 用为目的,注重工程素质培养和专业基本训练。 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 1 导 论 一.《自动控制原理》的重要性 《自动控制原理》是工程应用中一门非常重要的课程，是面向控制科学与 工程学科的一门必修专业技术基础课，所以安排在三年级下学年。这 门课程的前提课程是高等数学、电路理论、数模电子技术，它的后续课程是现 代控制理论、线性系统理论、计算机控制技术、炮控系统和火控系统。 二. 学习《自动控制原理》的目的 通过对《自动控制原理》的学习，使学员掌握自动控制原理的分析和设计方法； 使学员具备分析和设计自动控制系统的能力；使学员达到灵活运用基本原理和 方法的素质。 三. 课程特点 一门理论与工程相结合的基础课程，以工程思维观念为指导，以实际应 用为目的，注重工程素质培养和专业基本训练
四.教材 课堂教材: Richard C. Dorf and robert h. Bishop,现代控制系统(影印版), 北京:科学出版社,2002 2、参考教材∶胡寿松,自动控制原理(第四版),北京:科学出版社,2002 吴麟,自动控制原理,北京:清华大学出版社,1990 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 2 四. 教材 1、课堂教材： Richard C. Dorf and Robert H. Bishop, 现代控制系统（影印版）, 北京：科学出版社，2002 2、参考教材：胡寿松，自动控制原理（第四版），北京：科学出版社，2002 吴麟，自动控制原理，北京：清华大学出版社，1990
第一章控制系统概述 1引言 12自动控制的发展简史 13控制工程实践 14现代控制系统举例 15自动装配和机器人 16控制系统的未来发展 17工程设计 18控制系统设计 19设计实例1:转台速度控制 设计实例2:磁盘驱动器读取系统 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 3 第一章 控制系统概述 1.1 引言 1.2 自动控制的发展简史 1.3 控制工程实践 1.4 现代控制系统举例 1.5 自动装配和机器人 1.6 控制系统的未来发展 1.7 工程设计 1.8 控制系统设计 1.9 设计实例1：转台速度控制 设计实例2：磁盘驱动器读取系统
1.1引言 1.工程和控制工程的关系 工程是人们了解自然,利用和改造自然,以便造福人类的过程。 控制工程涉及建模( modeling)和控制( controlling)他们周边环境中的某 些部分,常称为系统( system),以便为社会提供经济实用的产品。 工程 控制工程 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 4 1.1 引言 工程是人们了解自然，利用和改造自然，以便造福人类的过程。 控制工程涉及建模（modeling）和控制（controlling）他们周边环境中的某 些部分，常称为系统（system），以便为社会提供经济实用的产品。 控制工程 工程 1. 工程和控制工程的关系
2.控制工程涉及的学科和领域 控制工程涉及多学科的课程:反馈理论、线性系统分析、网络理 论、通信理论等,涉及的领域宇航、化学、机械、环境、土木、和电 气工程。一个控制系统常常包括电气的、机械的和化学的元件 3.控制系统定义 控制系统是由各部件互联而形成的一个系统结构,并能够提供所期 望的响应。受控部件或过程( process)能够表示成下图所示的方框: 输入输出关系表示过程的因果关系,又表示对输入信号的处理而产生输出 信号的过程。 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 5 控制工程涉及多学科的课程：反馈理论、线性系统分析、网络理 论、通信理论等，涉及的领域宇航、化学、机械、环境、土木、和电 气工程。 一个控制系统常常包括电气的、机械的和化学的元件。 2. 控制工程涉及的学科和领域 3. 控制系统定义 控制系统是由各部件互联而形成的一个系统结构，并能够提供所 期 望的响应。受控部件或过程（process）能够表示成下图所示的方框： 输入输出关系表示过程的因果关系，又表示对输入信号的处理而产生输出 信号的过程
4.控制系统分类 控制系统按其结构不同可分为开环控制系统和闭环控制系统。开环 控制系统( open loop control system)采用控制器或控制执行机构来实现 期望的响应,如下图所示。 与开环系统相比,闭环控制系统( (closed- feedback control system) 增加了对实际输出测量的装置,并将其与期望的输出响应进行比较。实际 输出的测量称为反馈信号( feedback signal)。反馈控制系统是一种通过 比较一个系统变量与另一个系统变量并利用其偏差作为控制信号来使这些 系统变量之间保持预定关系的控制系统,如下图所示 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 6 控制系统按其结构不同可分为开环控制系统和闭环控制系统。开环 控制系统(open loop control system)采用控制器或控制执行机构来实现 期望的响应，如下图所示。 4. 控制系统分类 与开环系统相比，闭环控制系统(closed-feedback control system) 增加了对实际输出测量的装置，并将其与期望的输出响应进行比较。实际 输出的测量称为反馈信号(feedback signal)。反馈控制系统是一种通过 比较一个系统变量与另一个系统变量并利用其偏差作为控制信号来使这些 系统变量之间保持预定关系的控制系统, 如下图所示
按控制变量的复杂程度可分为:单变量控制系统和多变量控制系统。 顾名思义,如果控制系统的输入或输出变量多于一个,则该系统就是多变 量控制系统( multivariable control system)。 Desired out put Controller Output variables response Measurement The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 7 按控制变量的复杂程度可分为：单变量控制系统和多变量控制系统。 顾名思义，如果控制系统的输入或输出变量多于一个，则该系统就是多变 量控制系统(multivariable control system)
开环控制系统的实例如烤箱,洗衣机等。闭环控制系统实例如人驾驶汽车, 驾驶员必须通过观察汽车所在道路上的位置并做出适当的调整。 通过引入反馈,可以控制期望的输出并能够改善其精度,但需要注意系统的 稳定性 The Academy of Armored force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 8 开环控制系统的实例如烤箱，洗衣机等。闭环控制系统实例如人驾驶汽车， 驾驶员必须通过观察汽车所在道路上的位置并做出适当的调整。 通过引入反馈，可以控制期望的输出并能够改善其精度，但需要注意系统的 稳定性
12控制系统的发展简史 James watt:飞球调速器( flyball governor) Measured Bo oiler Steam Metal sphere Valve 该飞球调速器是用于 工业过程的第一个自动反 Governor 馈控制器。如图所示,这 种调速器利用纯机械装置 来测量输出传动轴的速度 并利用飞球的运动控制阀 门的开度,进而控制进入 Output 蒸汽机的蒸汽量。当速度 shaft Engine增加时,飞球的中心上移, 并离开转动轴,于是减小 了阀门的开度。 The Academy of Armored Force Engineering of Pla
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 9 1.2 控制系统的发展简史 该飞球调速器是用于 工业过程的第一个自动反 馈控制器。如图所示，这 种调速器利用纯机械装置 来测量输出传动轴的速度 并利用飞球的运动控制阀 门的开度，进而控制进入 蒸汽机的蒸汽量。当速度 增加时，飞球的中心上移， 并离开转动轴，于是减小 了阀门的开度。 James Watt ：飞球调速器（flyball governor）
1868年之前,自动控制系统发展的特征是凭直觉和发明的时 期。 产生自动控制理论与实践的一个巨大动因出现在第二次世界 大战期间。当时需要设计和制造飞机自动驾驶仪、枪炮瞄准系统 、雷达天线控制系统和其它基于反馈控制方案的军事系统。数学 和分析方法在数目上和效用上都得到了增强,控制工程变成了自 己独立的工程学科。 二战之后,随着拉普拉斯变换和复频面应用的增加,频域开 始统治控制领域。 现代控制分支众多:最优控制、鲁棒控制、随机控制、线性 非线性控制等,同时控制工程必须同时兼顾时域和频域方案。 The Academy of Armored force Engineering of Pla 10
The Academy of Armored Force Engineering of PLA 10 1868年之前，自动控制系统发展的特征是凭直觉和发明的时 期。 产生自动控制理论与实践的一个巨大动因出现在第二次世界 大战期间。当时需要设计和制造飞机自动驾驶仪、枪炮瞄准系统 、雷达天线控制系统和其它基于反馈控制方案的军事系统。数学 和分析方法在数目上和效用上都得到了增强，控制工程变成了自 己独立的工程学科。 二战之后，随着拉普拉斯变换和复频面应用的增加，频域开 始统治控制领域。 现代控制分支众多：最优控制、鲁棒控制、随机控制、线性 、非线性控制等，同时控制工程必须同时兼顾时域和频域方案