自動控制原理

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。二戰後，已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的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的階段——現代控制理論。它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、人工智慧為基礎的智能控制理論深入。

1、穩定性：系統受到外作用后，其動態過程的振蕩傾向和系統恢復平衡的能力；

2、快速性：通過動態過程時間長短來表徵；

3、準確性：有輸入給定值與輸入響應的終值之間的差值來表徵。

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，組成一個有機的整體，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、壓力或飛行軌跡等；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的相關機構的總體，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。

下面是一個標準的反饋模型：

開方：

公式：X(n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3設A=5，開3次方

5介於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。例如我們取2.0。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，輸入值大於輸出值，負反饋

2-0.25=1.75，取2位數字，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，輸入值小於輸出值正反饋

1.7+0.01=1.71。取3位數字，比前面多取一位數字。

第三步：X3={1.71+[5/(1.71^2-1.71)]1/3=1.709} 輸入值大於輸出值，負反饋

第四步：X4={1.709+[5/(1.709^2-1.709)]1/3=1.7099} 輸入值小於輸出值正反饋

這種方法可以自動調節，第一步與第三步取值偏大，但是計算出來以後輸出值會自動減小；第二步，第四步輸入值偏小，輸出值自動增大。X4=1.7099.

當然也可以取1.1，1.2，1.3，……1.8，1.9中的任何一個。

同時，自動控制原理也是高等院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考試必考的課程。

該課程不僅是自動化專業的基礎理論課，也是其他相關專業的基礎理論課，目前開設本課程的專業還有計算機、電子信息以及檢測技術等專業。

該課程不僅跟蹤國際一流大學有關課程的內容與體系，而且隨著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。

該課程是關於自動控制系統的基礎理論，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。

1、系統、反饋、方框圖（方塊圖）、信號流圖、傳遞函數、基本環節；

2、穩態的分析：穩定性判據、穩態誤差、穩定裕量；

3、動態響應分析：時間常數、阻尼係數、振蕩頻率，脈衝響應、階躍響應、動態性能指標（如峰值時間、超調量、衰減比等），主導極點；

4、根軌跡，開環極點、零點，閉環極點、零點；

5、頻率特性、極坐標圖、Bode圖、Nyquist穩定判據、校正與綜合；

6、狀態空間分析、能控性、能觀性；

7、典型的非線性特性、描述函數、相平面、自激振蕩；

8、採樣控制、Z變換、脈衝傳遞函數。

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導和計算；

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。