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自動控制原理

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自動控制(原理)是指在沒有人直接參与的情況下,利用外加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器),使機器,設備或生產過程(統稱被控對象)的某個工作狀態或參數(即被控制量)自動地按照預定的規律運行。

1 自動控制原理 -自動控制的基本原理簡介



在現代科學技術的眾多領域中,自動控制技術起著越來越重要的作用。自動控制是指在沒有人直接參与的情況下,利用外加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器),使機器,設備或生產過程(統稱被控對象)的某個工作狀態或參數(即被控制量)自動地按照預定的規律運行。

自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學。它的發展初期,是以反饋理論為基礎的自動調節原理,主要用於工業控制,二戰期間為了設計和製造飛機及船用自動駕駛儀,火炮定位系統,雷達跟蹤系統以及其他基於反饋原理的軍用設備,進一步促進並完善了自動控制理論的發展。到戰後,以形成完整的自動控制理論體系,這就是以傳遞函數為基礎的經典控制理論,它主要研究單輸入-單輸出,線形定常數系統的分析和設計問題。

20世紀60年代初期,隨著現代應用數學新成果的推出和電子計算機的應用,為適應宇航技術的發展,自動控制理論跨入了一個新階段——現代控制理論。他主要研究具有高性能,高精度的多變數變參數的最優控制問題,主要採用的方法是以狀態為基礎的狀態空間法。目前,自動控制理論還在繼續發展,正向以控制論,資訊理論,仿生學為基礎的智能控制理論深入。

為了實現各種複雜的控制任務,首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來,組成一個有機的總體,這就是自動控制系統。在自動控制系統中,被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量,它可以要求保持為某一恆定值,例如溫度,壓力或飛行航跡等;而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構的總體,它可以採用不同的原理和方式對被控對象進行控制,但最基本的一種是基於反饋控制原理的反饋控制系統。

在反饋控制系統中,控制裝置對被控裝置施加的控制作用,是取自被控量的反饋信息,用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實現對被控量進行控制的任務,這就是反饋控制的原理。

同時自動控制原理也是現在高校自動化專業的一門主幹課程,是學習後續專業課的重要基礎,也是自動化專業碩士研究生入學必考的專業課。

該課不僅是自動控制專業的基礎理論課,也是其他專業的基礎理論課,目前信息科學與工程學院開設本課程的專業有計算機、電子信息、檢測技術。

該課程不僅跟蹤國際一流大學有關課程內容與體系,而且根據科研與學術的發展不斷更新課程內容,從而提高自動化及相關專業的整體學術水平。

該課程是自動控制理論的基礎,其主要內容包括:自動控制系統的基本組成和結構、自動控制系統的性能指標,自動控制系統的類型(連續、離散、線性、非線性等)及特點、自動控制系統的分析(時域法、頻域法等)和設計方法等。通過本課程的學習,學生可以了解有關自動控制系統的運行機理、控制器參數對系統性能的影響以及自動控制系統的各種分析和設計方法等。

2 自動控制原理 -本課程覆蓋的基本概念



系統、反饋、方框圖(方塊圖)、信號流圖、傳遞函數;穩定性、穩定裕量,基本環節、時間常數、阻尼係數,脈衝響應、階躍響應、動態性能指標、穩態誤差,根軌跡,主導極點,頻率特性,校正和綜合,典型的非線性特性、描述函數、相平面、自持振蕩,採樣控制、Z變換、脈衝傳遞函數。

3 自動控制原理 -本課程涵蓋的基本知識點



1.簡單物理系統的微分方程和傳遞函數的列寫和計算;

2.方框圖和信號流圖的變換和化簡;

3.開環傳遞函數與閉環傳遞函數的推倒和計算;

4.線性連續系統的動態過程分析;

5.代數穩定判據及其在線性系統中的應用;

6.根軌跡的基本特性及典型系統根軌跡的繪製;

7.用根軌跡分析系統的動態性能和穩定性;

8.波德圖和奈奎斯特圖的繪製;

9.奈奎斯特穩定判據及應用;

10.用開環頻率特性分析系統的主要動態和靜態特性;

11.校正的基本原理及設計方法;

12.簡單非線性控制系統分析的描述函數分析方法及相平面方法;

13.採樣系統的分析及校正的基本方法。

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