自動控制原理基礎(chǔ)教程知識點(自動控制原理控制理論基礎(chǔ)區(qū)別以及要學(xué)會它們分別要什么基礎(chǔ),盡)

1.自動控制原理 控制理論基礎(chǔ) 區(qū)別 以及要學(xué)會它們分別要什么基礎(chǔ),盡

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。

它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設(shè)計和制造飛機及船用自動駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設(shè)備，進一步促進并完善了自動控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，以形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出，線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。

編輯本段應(yīng)時而生 20世紀(jì)60年代初期，隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計算機的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展，自動控制理論跨入了一個新階段——現(xiàn)代控制理論。他主要研究具有高性能，高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。

目前，自動控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論，信息論，仿生學(xué)為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。編輯本段自動控制系統(tǒng) 為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，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(tǒng)。

在自動控制系統(tǒng)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恒定值，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(gòu)的總體，它可以采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于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。編輯本段反饋控制系統(tǒng) 在反饋控制系統(tǒng)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(xiàn)對被控量進行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。

下面是一個標(biāo)準(zhǔn)的反饋模型： 開方： 公式：X(n+1)=Xn+(A/Xn^2-Xn)1/3設(shè)A=5，開3次方 5介于1^3至2^3之間（1的3次方=1,2的3次方=8） X_0可以取1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0都可以。例如我們?nèi)?.0.按照公式： 第一步：X1={2.0+[5/(2.0^2-2.0]1/3=1.7.}。

即5/2*2=1.25,1.25-2=-0.75,0.75*1/3=0.25，輸入值大于輸出值，負反饋 2-0.25=1.75，取2位數(shù)值，即1.7。 第二步：X2={1.7+[5/(1.7^2-1.7]1/3=1.71}.。

即5/1.7*1.7=1.73010,1.73-1.7=0.03,0.03*1/3=0.01，輸入值小于輸出值正反饋 1.7+0.01=1.71。取3位數(shù)，比前面多取一位數(shù)。

第三步：X3={1.71+[5/(1.71^2-1.71]1/3=1.709}輸入值大于輸出值，負反饋 第四步：X4={1.709+[5/(1.709^2-1.709]1/3=1.7099}.輸入值小于輸出值正反饋 這種方法可以自動調(diào)節(jié)，第一步與第三步取值偏大，但是計算出來以后輸出值會自動轉(zhuǎn)?。坏诙?，第四步輸入值偏小，輸出值自動轉(zhuǎn)大。X_4=1.7099. 當(dāng)然也可以取1.1,1.2,1.3,。

1.8,1.9中的任何一個。 同時自動控制原理也是現(xiàn)在高校自動化專業(yè)的一門主干課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)，也是自動化專業(yè)碩士研究生入學(xué)必考的專業(yè)課。

編輯本段基礎(chǔ)理論課 該課不僅是自動控制專業(yè)的基礎(chǔ)理論課，也是其他專業(yè)的基礎(chǔ)理論課，目前信息科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)本課程的專業(yè)有計算機、電子信息、檢測技術(shù)。 該課程不僅跟蹤國際一流大學(xué)有關(guān)課程內(nèi)容與體系，而且根據(jù)科研與學(xué)術(shù)的發(fā)展不斷更新課程內(nèi)容，從而提高自動化及相關(guān)專業(yè)的整體學(xué)術(shù)水平。

編輯本段主要內(nèi)容 該課程是自動控制理論的基礎(chǔ)，其主要內(nèi)容包括：自動控制系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)、自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，自動控制系統(tǒng)的類型（連續(xù)、離散、線性、非線性等）及特點、自動控制系統(tǒng)的分析（時域法、頻域法等）和設(shè)計方法等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解有關(guān)自動控制系統(tǒng)的運行機理、控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響以及自動控制系統(tǒng)的各種分析和設(shè)計方法等。

編輯本段本課程覆蓋的基本概念 系統(tǒng)、反饋、方框圖（方塊圖）、信號流圖、傳遞函數(shù)；穩(wěn)定性、穩(wěn)定裕量，基本環(huán)節(jié)、時間常數(shù)、阻尼系數(shù)，脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、動態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)態(tài)誤差，根軌跡，主導(dǎo)極點，頻率特性，校正和綜合，典型的非線性特性、描述函數(shù)、相平面、自持振蕩，采樣控制、Z變換、脈沖傳遞函數(shù)。編輯本段本課程涵蓋的基本知識點 1.簡單物理系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)的列寫和計算； 2.方框圖和信號流圖的變換和化簡； 3.開環(huán)傳遞函數(shù)與閉環(huán)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)和計算； 4.線性連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)過程分析； 5.代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)及其在線性系統(tǒng)中的應(yīng)用； 6.根軌跡的基本特性及典型系統(tǒng)根軌跡的繪制； 7.用根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性； 8.波德圖和奈奎斯特圖的繪制； 9.奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及應(yīng)用； 10.用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的主要動態(tài)和靜態(tài)特性； 11.校正的基本原理及設(shè)計方法； 12.簡單非線性控制系統(tǒng)分析的描述函數(shù)分析方法及相平面方法； 13.采樣系統(tǒng)的分析及校正的基本方法。

2.高分求解,自動控制原理要學(xué)那些高數(shù)知識

呵呵，這可算問到人了，鄙人就是自控專業(yè)的。

自動控制和數(shù)學(xué)密切相關(guān)，比如說，拉普拉斯變換，泛函，矩陣，數(shù)值分析，級數(shù)等等。 有些是上研需要掌握的，有些十本科必須要懂的。

說白了，本科階段學(xué)的數(shù)學(xué)基本都能用上！ 自控原理，拉氏變換，留數(shù)法的應(yīng)用，一階時域響應(yīng)里的求導(dǎo)，二階時域里的偏導(dǎo)和極限或者傅里葉變換，乃奎斯特判據(jù)里的函數(shù)映射，根軌跡判據(jù)里的求極限，Z變換的級數(shù)等。 現(xiàn)控，線性代數(shù)，矩陣，行列式計算，行列式性質(zhì)（3階以內(nèi)，四階特殊的），其他的李雅普諾夫判據(jù)里的矩陣知識等。

等你上研了，還有泛函，極值理論，最優(yōu)設(shè)計等等，還需要矩陣論，數(shù)值分析，概率論等知識 總之，自控發(fā)展史就是數(shù)學(xué)史。

3.自動控制 復(fù)習(xí)重點

1、自動控制：指在沒有人參與的情況下利用控制器使被控對象（指生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）自動地按預(yù)定的規(guī)律運行。 當(dāng)前的自動控制一般均指反饋控制。穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性

2、開環(huán)控制系統(tǒng)： 控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有任何影響。結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、容易維修；精度低、容易受環(huán)境變化的干擾。

3、閉環(huán)控制系統(tǒng)：指控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用有影響，即反饋。因此，又稱為反饋控制。閉環(huán)系統(tǒng)實質(zhì)：通過偏差消除偏差。精度高、動態(tài)性能好，抗干擾能力強；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴、維修人員要求高。

4、拉氏變換定義：時間函數(shù)x(t) 的拉氏變換

5、傳遞函數(shù)：初始條件為零時，輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。

6、瞬態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)在輸入信號的作用下，其輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)過程；

穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)在輸入信號的作用下，系統(tǒng)在時間趨于無窮大時的輸出狀態(tài)。

反饋控制的基本原理可簡單的表述為：

a） 測量、反饋：由傳感器檢測系統(tǒng)的輸出變化，通過反饋回路將此信號的部分或全部

反饋到輸入端。

b） 求偏差：將反饋回來的信號和輸入信號進行比較，可得它們之間的偏差大小，即實

際輸出值與給定值的偏差。

c） 糾正偏差：根據(jù)偏差的大小和方向?qū)ο到y(tǒng)進行控制，以改變系統(tǒng)的輸出，使偏差減

小的過程。

2 控制系統(tǒng)的工作原理就是使系統(tǒng)中的某些參量能按照要求保持恒定或按一定規(guī)律變化。它可分為人工控制系統(tǒng)（一般為開環(huán)控制系統(tǒng)）和自動控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）。人工控制系統(tǒng)就是由人來對參量進行控制和調(diào)整的系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)就是能根據(jù)要求自動控制和調(diào)整參量的系統(tǒng)，系統(tǒng)在受到干擾時還能自動保持正確的輸出。它們的基本工作原理就是測量輸出、求出偏差、再用偏差去糾正偏差

開環(huán)控制：系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。系統(tǒng)特點：系統(tǒng)簡單，容易建造、一般不存在穩(wěn)定性問題，精度低、抗干擾能力差。

閉環(huán)控制：系統(tǒng)的輸出端和輸入端存在反饋回路，輸出量對控制作用有直接影響。閉環(huán)的反饋有正反饋和負反饋兩種，一般自動控制系統(tǒng)均采用負反饋系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點：精度高、抗干擾能力強、系統(tǒng)復(fù)雜，容易引起振蕩

反饋控制系統(tǒng)一般由以下的全部或部分組成 給定元件 反饋元件 比較元件 放大元件 執(zhí)行元件 校正元件 控制對象

8、瞬態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)在輸入信號的作用下，其輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的響應(yīng)過程；

穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）響應(yīng)：系統(tǒng)在輸入信號的作用下，系統(tǒng)在時間趨于無窮大時的輸出狀態(tài)一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)：

一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)特點：穩(wěn)定的，無振蕩；沒有靜態(tài)誤差

時域分析性能指標(biāo) 上升時間tr：響應(yīng)曲線從零時刻到首次到達穩(wěn)態(tài)值的時間（tr反映系統(tǒng)的快速性）；峰值時間tp：響應(yīng)曲線從零時刻到達峰值的時間；最大超調(diào)量Mp：單位階躍輸入時，響應(yīng)曲線的最大峰值與穩(wěn)態(tài)值的差。調(diào)整時間ts：響應(yīng)曲線到達并一直保持在允許誤差范圍內(nèi)的最短時間；延遲時間td：響應(yīng)曲線從零上升到穩(wěn)態(tài)值的百分50所需的時間；振蕩次數(shù)：在調(diào)整時間ts內(nèi)響應(yīng)曲線振蕩的次數(shù)。

幅頻特性：幅值比；相頻特性：相位差。頻率特性表征系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)

14、乃奎斯特判據(jù)：對于系統(tǒng)開環(huán)乃氏圖，當(dāng)ω從0連續(xù)增大到∞變化時，其相對（-1,j0）點的角變化量為pπ+qπ/2時，系統(tǒng)閉環(huán)后穩(wěn)定。

15 放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性，輸出信號與輸入信號的相位差與頻率之間的關(guān)系稱為相頻特性

16 穩(wěn)態(tài)誤差 誤差信號的穩(wěn)態(tài)分量稱為穩(wěn)態(tài)誤差。

偏差 輸入信號和反饋信號比較后的信號也能夠反映系統(tǒng)誤差的大小 稱之為偏差

4.怎么學(xué)好自動控制原理

1.自動控制原理課程本身要大量用到Laplace變換、復(fù)變函數(shù)理論，所以要想學(xué)好自動控制原理，首先得看看自己的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有沒有打扎實了（尤其是復(fù)變函數(shù)與積分變換）。

2.除了應(yīng)該具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外，你還需有處理相關(guān)專業(yè)知識的能力。比如建立實際系統(tǒng)的物理模型，這里就需要有良好的電路（主要是模擬電路）、大學(xué)物理、機械原理的知識。同時還需要有一定的數(shù)學(xué)建模能力。

3.正是因為課程中充滿了數(shù)學(xué)，所以千萬不要把自動控制原理當(dāng)成數(shù)學(xué)來學(xué)，那樣會讓你越學(xué)越迷糊，甚至?xí)罱K懷疑控制理論的科學(xué)性。因為若當(dāng)作一門數(shù)學(xué)課，你掌握的只是一些方程的操作和圖形的畫法，你無法理解為什么實際的系統(tǒng)會遵循控制理論所描述的規(guī)律（比如水位能夠被精確的控制），這會讓你覺得是完全是數(shù)學(xué)的作用，而忽略了自動控制的基本思想以及這些數(shù)學(xué)方程背后所受到物理規(guī)律支配這一事實。很多原本數(shù)學(xué)還可以的同學(xué)也學(xué)不好控制理論，都是犯了把自控理論課作為數(shù)學(xué)課來學(xué)的思想錯誤。一開始方向就錯了，你說學(xué)得好嗎。

4.學(xué)自動控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有別于數(shù)學(xué)思想、物理思想）。大學(xué)階段所學(xué)的自動控制原理主要涉及經(jīng)典控制理論，所以它最根本的控制思想是【負反饋思想】，很多穩(wěn)定性理論都是立足于這一思想上建立的，所以數(shù)學(xué)雖然很重要，但數(shù)學(xué)對于自動控制理論來說只是一個強有力的工具。

5.要珍惜每次做練習(xí)題的機會。題目不在多、在精，一般把書本上每章后面的習(xí)題全部掌握（第一次做不來不要緊，關(guān)鍵是要弄懂），你就算達到基本掌握的程度了。

6.做實驗要認真。每次實驗都要開動自己的腦筋，不要機械的按照實驗手冊的步驟做實驗。比如由多極運算放大器構(gòu)成的電路控制系統(tǒng)，要思考為什么通過對一些參數(shù)的改變（例如改變電容）會導(dǎo)致被控量（例如電壓）的不穩(wěn)定或者控制精度下降等等。還要思考為什么老師都讓我們用電路來做控制系統(tǒng)實驗，因為不同的物理系統(tǒng)（比如機械系統(tǒng)）它們所建立的微分方程的形式是相同的，則抽象的看它們本質(zhì)上都是同一個系統(tǒng)（打個比方，小擺動的單擺與彈簧振子兩個不同系統(tǒng)的振動方程一樣，都遵循d^2y/dx^2=-cx這個方程），而電路系統(tǒng)是相對與其他物理系統(tǒng)來說最容易構(gòu)造（有些機械裝置太大，不易放在實驗室做實驗），所以常用電路系統(tǒng)來模擬其它的控制系統(tǒng)。

7.要樹立學(xué)好自動控制原理的信心。你要知道，能夠接觸到人類歷史上尤其是19、20世紀(jì)的革命性的著名理論與思想，應(yīng)該感到自豪。19、20世紀(jì)的革命性的著名理論：進化論、資本論、相對論、量子論、信息論、控制論、系統(tǒng)論。人家學(xué)文科專業(yè)的會說：“我們學(xué)過馬克思的經(jīng)典——資本論嘞。你懂經(jīng)典嗎？”這時你也可以毫不猶豫反駁到：“最先進的科學(xué)思想、現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)的三大支柱之一——的控制論，沒見識過吧？”（現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)的三大支柱就是信息論、控制論、系統(tǒng)論）

8.平時讀讀控制論的相關(guān)普及讀物會提高你的科學(xué)修養(yǎng)，尤其是讀讀控制論的創(chuàng)立人——維納的故事。

5.自動控制原理學(xué)習(xí)方法

原發(fā)布者：liuyiqiang2007

《自動控制原理》包括經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制兩個部分，其主要研究的內(nèi)容識時域分析、頻域分析以及狀態(tài)空間表達，涉及的內(nèi)容很多，要想研究生入學(xué)考試取得一個很好的成績，我認為在平常的自控學(xué)習(xí)中應(yīng)該注意以下問題。

1弄清自動控制理論課程的特點和難點

自動控制理論的兩門課程都是來源于控制實踐的理論課程，具有以下三個特點：概念抽象；與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密；實踐性強。不論是“自動控制原理”還是其后續(xù)課程“現(xiàn)代控制理論”，教材里面的許多概念和術(shù)語都定義得非常抽象，常常讓我們感覺一頭霧水，理解起來比較困難。概念的抽象性成了學(xué)習(xí)道路上的第一個攔路虎。此外，該課程在學(xué)習(xí)過程中涉及到對多門數(shù)學(xué)知識的運用，如“高等數(shù)學(xué)”、“積分變換”、“復(fù)變函數(shù)”、“線性代數(shù)”等等。對數(shù)學(xué)知識的掌握和靈活運用是我們學(xué)習(xí)的第二道難關(guān)。第三個難點是理論與實踐容易脫節(jié)，很多學(xué)生往往注重理論學(xué)習(xí)而輕視實踐結(jié)果往往只會“紙上談兵”而短缺工程實踐能力。

因此，我們要在教師引導(dǎo)和幫助下順利入門，掌握課程的精髓和要點，并且能夠“由厚及薄”，達到對課程整體的把握，具有一定的工程概念和實踐能力。

2弄清課程教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意的一些問題

2、1 以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)分析為主線

自動控制理論的主要內(nèi)容是系統(tǒng)分析。按照一般高校的教學(xué)大綱，不論是“自動控制原理”還是“現(xiàn)代控制理論”課程，數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)分析的內(nèi)容都占到整個課程內(nèi)容的80%左右，其中系統(tǒng)