《自动控制原理》作为自动化、电子信息等工程类专业的核心课程,主要包含经典控制理论与现代控制理论两大部分,前者以传递函数为基础,适用于单输入单输出线性定常系统;后者基于状态空间法,能处理多变量及非线性系统的最优控制问题。
基础概念部分
首先建立自动控制的“世界观”,明确系统、被控对象、控制器、反馈等核心术语,并深刻理解开环控制与闭环控制的根本区别及其优劣。闭环控制因引入了反馈,能自动抑制干扰,提高控制精度和稳定性,是绝大多数高性能系统采用的方式。同时,对控制系统“稳、准、快”(稳定性、准确性、快速性)三大基本性能要求及其相互制约关系的理解,是后续所有分析的基石。
数学建模
数学建模核心内容包括建立系统的微分方程、求解传递函数(线性定常系统的复域模型),以及利用系统框图、信号流图(含梅森公式)进行图形化表示与化简。对于现代控制理论,还需掌握以状态空间方程描述系统内部状态的方法。熟练掌握从物理系统(如电气、机械系统)推导传递函数和等效变换方框图的能力至关重要。
系统分析与设计
是课程的主体与目标。分析旨在评估系统性能,主要包括时域分析和频域分析两大支柱。时域分析关注系统对阶跃等信号的动态响应(如超调量、调节时间),并运用劳斯稳定判据判断系统绝对稳定性,计算稳态误差。
频域分析则通过绘制与分析奈奎斯特图、伯德图,运用奈奎斯特稳定判据来评估系统稳定性,并通过幅值裕度、相位裕度衡量系统的相对稳定性。在分析基础上,系统设计(校正)旨在优化性能,其核心内容包括PID控制器的原理与参数整定,以及基于根轨迹法或频域法(如超前、滞后校正)的设计方法,这是连接理论与工程实践的关键桥梁。
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