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自动控制原理课程的任务

?本课程是一门关于方法论的课程,具有理论性、系统性、工程实践性等特点。与数学联系密切,并在数学方法上有卓越贡献,以方法论为特色,与哲学有自然联系。以“图”为特色,如根轨迹、波特图、相轨迹图、信号流图、结构图等图形化特征突出,如下图所示。

?????? 课程内容见下表。5个必做实验:控制系统典型环节的模拟;控制系统的根轨迹;控制系统的频率特性(综合性);控制系统的校正(设计性);信号采样与恢复。

自动化专业

本课程知识点汇总(经典控制部分)

课程知识模块之间的逻辑联系

North China Institute of Science and Technology?
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课程简介+与专业的关系

?自动控制原理是研究自动控制技术的基础理论和自动控制共同规律的技术学科,在现代科学技术中,由于计算机、通信、控制技术多学科交叉并举,以及人工智能的发展,使自动控制技术得到迅速发展,被广泛应用于航空航天、军事、交通、工业生产等众多领域,深刻地影响人类社会的各方面,为人类文明进步做出了重要贡献。

?自动控制原理课程是自动化专业的一门重要的核心课程,具有理论性、实践性特点,以方法论为特色,介绍科学思维和研究方法。广义而言,控制论是指把自动调节、通信工程、计算机技术以及神经科学以数学为纽带相互渗透形成的学科,也是信息科学的重要组成部分,其发展涉及众多的学科领域。目前其他专业如计算机技术、电子信息、检测技术、机电、通讯工程等专业不同程度地将其列为必修课程。

?本课程主要介绍自动控制系统的基本组成原理和基本方法。内容包括:线性定常控制系统数学模型建立、控制系统的时域分析、根轨迹分析和频域分析法,系统设计与校正、采样控制系统的分析与设计,描述函数和相平面分析非线性控制系统等。通过本课程为从事控制领域工程实践奠定扎实的理论基础,为后续专业课学习及从事研究提供强有力的理论支撑。

?经典控制理论课程各章知识模块之间的思路流程图:如下图所示,图中序号表示章节号。即基本概念——数学模型——三种方法——改善性能(校正)——离散系统(计算机控制)——非线性系统。自动控制原理课程的核心内容可以概括为:一个模型,三种方法。

?即在基本概念基础上,分析一个控制系统,首先要建立数学模型,然后可采用时域法、根轨迹法、频域法任何一种方法进行分析。时域法、根轨迹法、频域法这三章可以相提并论,不分先后,没有内在联系,根据情况择其善者而从之。

?????? 如果系统性能不满足指标要求,则采用第6章系统校正方法进行改善,直到满足要求。因此,第6章属于系统设计的组成部分,但“设计”除了改善系统性能外,还包含系统各部分装置的选型,如转速控制系统,需选电机参数、型号、测速发电机(编码器)、功率放大器、控制器等。校正过程是在原控制器基础上加入校正装置使系统性能达到要求。

?????? 7章是在前6章基础上,将连续系统离散化,通过 z 变换(经过采样和保持)变成采样或离散系统,离散控制系统是属于计算机控制的内容。原则上经过变换后连续系统的分析方法均可以推广应用于离散系统。

?????? 第8章是一种特殊的控制系统,是针对具有严重非线性(指不能用小信号进行处理)的控制系统。其中,描述函数要用到频率特性、相平面法用到分段线性化方法。

课程特色及课程内容

考核方式

?????? 闭卷考试。考试内容覆盖知识面:第一章到第八章主要内容。
  课程总成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。平时成绩包括作业、课堂讨论、实验、考勤等方面。总成绩中平时成绩占30%,期末考试成绩占70%实验成绩评定:根据平时做实验情况、实验报告确定学生的最后成绩,占总成绩的15%左右。

自动控制原理的任务主要有两方面:分析与设计,如下图所示。

① 分析:是指在给定已知系统条件下,建立数学模型,利用时域法、根轨迹法、频域法等方法分析计算系统的性能指标,即评价系统性能。

② 设计:是未给定系统,而是根据用户提出的性能指标,建立数学模型,利用时域法、根轨迹法、频域法等方法设计系统,包括元器件、设备选型、组建系统。如果性能不满足要求,则需要加入某些装置进行校正,这一部分内容为第 6 章校正要完成的任务。显然,设计工作比校正要大的多。

自动控制原理课程在自动化专业体系中的地位

?自动控制原理在自动化课程体系中是一门最重要的核心课程,对专业课的学习具有举足轻重的作用。自动控制原理、电力电子技术、电机与拖动三门课融合起来构成自动化的专业课——电力拖动自动控制系统,其中自控原理起决策、控制作用,类似于人脑思维,电力电子技术起功率放大及控制作用,电机相当于执行机构,拖动负载做功,通过反馈控制稳定输出物理量,完成指定任务。

??????? 自动化(Automation是指机器设备、系统或过程(生产、管理过程)在没有人或较少人的直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理分析判断、操纵控制,实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。
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采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来,而且能扩展人的器官功能,极大地提高劳动生产率,增强人类认识世界和改造世界的能力。因此,自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显着标志。

???????自动化专业是以自动控制理论为主要理论基础,以电子技术、计算机信息技术、通信、传感器与检测技术等为主要技术手段,对各种自动化装置和系统实施控制。

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自动化专业是以自动控制理论为主要理论基础,以电子技术、计算机信息技术、通信、传感器与检测技术等为主要技术手段,对各种自动化装置和系统实施控制。

以下视频为自动化专业概论,由武汉理工大学开发研制。