1、一、 課題：1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容二、 教學(xué)目的知識(shí)：掌握什么是自動(dòng)控制，自動(dòng)控制控制原理的發(fā)展史和主要內(nèi)容技能：通過學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的發(fā)展進(jìn)程了解本課程主要的任務(wù)三、教學(xué)重點(diǎn) 自動(dòng)控制原理的主要內(nèi)容四、教學(xué)難點(diǎn) 本課程的任務(wù)五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容一提到自動(dòng)化很多人就會(huì)問自動(dòng)化是什么？所謂自動(dòng)化就是指機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)地進(jìn)行操作或運(yùn)行。廣義的講，自動(dòng)化還包括模擬或再

2、現(xiàn)人的自能活動(dòng)。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)以及家庭等各方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)新的功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此自動(dòng)化是一個(gè)國家或社會(huì)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。在我國的古代，很多的能工巧匠就發(fā)明了許多原始的自動(dòng)裝置，以滿足生產(chǎn)、生活和作戰(zhàn)的需要。其中比較著名的就有以下幾種：（1） 指南車指南車是中國古代用來指示方向的一種具有能自動(dòng)離合齒輪系裝置的車輛。指南車是一種馬拉的雙輪獨(dú)轅車，車箱上立一個(gè)伸臂的木人。宋史輿服志中

3、對(duì)指南車的構(gòu)造和各齒輪大小和齒輪數(shù)都有詳細(xì)的記載。（2） 銅壺滴漏即漏壺，中國古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置，又稱刻漏或漏刻。漏壺的最早記載見于周記。這種計(jì)時(shí)裝置最初只有兩個(gè)壺，由壺上滴水到下面的受水壺，液面使浮箭升起以示刻度（時(shí)間）。（3） 飲酒速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)宋朝仇士良著的嶺外代答（公元1178）蹭記載中國南方和西南方部落村民的一種習(xí)俗，就是常用長0.6米以上的飲酒管飲酒。在這種竹制飲酒管中有一條銀制小魚，作為可動(dòng)的開關(guān)（即浮子式閥門）。這種閥門可用來保持均勻的飲酒速度。（4） 記里鼓車中國古代有能自報(bào)行車?yán)锍痰能囍?，是東漢以后出現(xiàn)的，由漢代改裝而成，車中裝設(shè)具有減速作用的傳動(dòng)齒輪和凸輪、杠桿等機(jī)構(gòu)。車

4、行一里，車上木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以表示車的里程。（5） 漏水轉(zhuǎn)渾天儀公元2世紀(jì)，中國東漢的天文學(xué)家張衡創(chuàng)制的一種天文表演儀器。它是一種用漏水推動(dòng)的水運(yùn)渾象，和現(xiàn)在的天球儀相似，可以用來實(shí)現(xiàn)天體運(yùn)行的自動(dòng)仿真。（6） 候風(fēng)地動(dòng)儀公元132年東漢張衡發(fā)明的一種觀察地震的自動(dòng)檢測(cè)儀器，它的工作原理涉及到檢測(cè)地震信號(hào)的大小和方向。（7） 水運(yùn)儀象臺(tái)北宋哲宗元祐三年，蘇頌、韓公廉等人制成的水力天文裝置。它既能演示或能觀測(cè)天象，又能計(jì)時(shí)及報(bào)時(shí)。中國古代人民在原始的自動(dòng)裝置的創(chuàng)造和發(fā)明上作出了輝煌的成就，也為后來自動(dòng)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自動(dòng)化的發(fā)展在世界的其他地方也有很大的發(fā)展。公元

5、一世紀(jì)古埃及和希臘的發(fā)明家頁創(chuàng)造了教堂廟門自動(dòng)開啟、銅祭司自動(dòng)灑圣水、投幣式圣水箱等自動(dòng)裝置。17世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在歐洲的一些國家相繼出現(xiàn)了多種自動(dòng)裝置，其中比較典型的有：法國物理學(xué)家b.帕斯卡在公元1642年發(fā)明的加法器;荷蘭機(jī)械師c.惠更斯于公元1657年發(fā)明的鐘表；英國機(jī)械師e.李在公元1745年發(fā)明帶有風(fēng)向控制的風(fēng)磨；俄國機(jī)械師h.波爾祖諾夫于公元1765年發(fā)明了蒸氣鍋爐水位保持恒定用的浮子式閥門水位調(diào)節(jié)器。18世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代自動(dòng)化技術(shù)形成，由于第一次工業(yè)革命的需要，自動(dòng)化調(diào)節(jié)有了更廣泛的應(yīng)用。公元1968年法國工程師j.法爾科發(fā)明反饋調(diào)節(jié)器；到了20世紀(jì)2030年

6、代，美國開始采用pid調(diào)節(jié)器。這是一種模擬式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在還在許多工廠中采用。隨著自動(dòng)化裝置的廣泛應(yīng)用，就暴露了許許多多的問題，許多人就對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了質(zhì)疑。自動(dòng)調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。有許多科學(xué)家對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)從理論上加以研究。公元1868年英國物理學(xué)家j.麥克斯韋爾用微分方程描述并總結(jié)了調(diào)節(jié)器的理論。公元1876年俄國機(jī)械學(xué)家h.a.維什捏格拉茨基進(jìn)一步總結(jié)了調(diào)節(jié)其理論，歸結(jié)為只要研究描述自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的線性其次微分方程的通解。公元1877年英國數(shù)學(xué)家e.勞思、1895年德國數(shù)學(xué)家a.胡爾維茨提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，沿用到現(xiàn)在。公元1892年俄國數(shù)學(xué)家a.李雅普諾夫提出穩(wěn)定性的

7、嚴(yán)格數(shù)學(xué)定義并發(fā)表了專著。他的穩(wěn)定性理論至今還是研究分析線性和非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法。20世紀(jì)4050年代局部自動(dòng)化時(shí)期，第二次世界大戰(zhàn)期間，為了防空火力控制系統(tǒng)和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，各國科學(xué)家設(shè)計(jì)出各種精密的制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置開創(chuàng)可防空火力系統(tǒng)和控制這一新的科學(xué)領(lǐng)域。與此同時(shí)，在工業(yè)上已廣泛應(yīng)用pid調(diào)節(jié)器，并用電子模擬計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代研制出了電動(dòng)單元組合儀表，這些為工業(yè)自動(dòng)化提供了必不可少的技術(shù)工具，并使得構(gòu)成和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)更簡便、更工程化了，我國也能生產(chǎn)系列化得國產(chǎn)氣動(dòng)單元組合儀表qdz型和電動(dòng)單元組合儀表ddz型，在國內(nèi)使用很廣。19431946

8、年，美國電氣工程師j.?？送泻臀锢韺W(xué)家j.莫奇利為美國陸軍研制成世界上第一臺(tái)基于電子管電子數(shù)字計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分和自動(dòng)計(jì)數(shù)器。1950年美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾小組研制成世界上第二臺(tái)存儲(chǔ)程序式電子數(shù)字計(jì)算機(jī)離散變量電子自動(dòng)計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)明為20世紀(jì)6070年代開始的再控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用程序控制和邏輯控制以及應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程奠定了基礎(chǔ)。我國也在20世紀(jì)50年代中葉開始研制大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，并研制出了“銀河”電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)50年代末起至今進(jìn)入綜合自動(dòng)化時(shí)期。復(fù)雜工業(yè)、復(fù)雜工業(yè)過程和航天技術(shù)的自動(dòng)控制問題，都是多變量控制系統(tǒng)的分析和綜合問題，迫切需要加以解決。單經(jīng)典

9、的控制理論的直接應(yīng)用遇到了困難。20世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)起了重大的推動(dòng)作用。20世紀(jì)50年代末到60年代初，開始出現(xiàn)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)控制化的化工廠，20世紀(jì)60年代末在制造工業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)生產(chǎn)線，工業(yè)生產(chǎn)開始由局部自動(dòng)化想綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)專用機(jī)床組成的無人工廠，20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)用柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠。20世紀(jì)60年代末至70年代初，美、英等國的科學(xué)家們注意到人工智能的所有技術(shù)和機(jī)器人結(jié)合起來，研制出只能機(jī)器人。智能機(jī)器人會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)、核電站設(shè)備檢查及維修、海洋調(diào)查、水下石油開采、宇宙探測(cè)等方面大顯身手。從古到今，自動(dòng)化技術(shù)有了

10、很大的發(fā)展。自動(dòng)化是新的技術(shù)革命的一個(gè)重要方面。自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對(duì)人類的生產(chǎn)、生活的方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。自控原理課程的特點(diǎn)和要求 自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化、電氣工程與自動(dòng)化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程需要一定的工程背景，利用數(shù)學(xué)知識(shí)較多。它主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)學(xué)模型的建立及方塊圖等效變換。針對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求，利用時(shí)域分析法、根軌跡法和頻域法分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為專業(yè)課和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)十一、小結(jié)1.什么是自動(dòng)控制。 2.自動(dòng)控制理論的發(fā)展史及內(nèi)容 3自動(dòng)控制原理課程

11、的特點(diǎn)和要求十二、后記一、課題1.2自動(dòng)控制的基本原理和方式二、教學(xué)目的知識(shí)：1.自動(dòng)控制的技術(shù)及其應(yīng)用 2掌握開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)三、教學(xué)重點(diǎn) 自控技術(shù)的應(yīng)用四、教學(xué)難點(diǎn) 自控技術(shù)的基本控制方式和結(jié)構(gòu)五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解1.2自動(dòng)控制的基本原理和方式1、自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用（1）什么是自動(dòng)控制 無人直接參與 利用外加設(shè)備或裝置（控制器） 使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)

12、行 （2）自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、核動(dòng)力 生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活領(lǐng)域 2、自動(dòng)控制理論 自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)（1）經(jīng)典控制理論 （以反饋理論為基礎(chǔ)）（軍事）以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ) 研究單輸入-單輸出（siso）線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)（2）現(xiàn)代控制理論（宇航）以狀態(tài)空間描述為基礎(chǔ) 具有高性能、高精度的多變量變參 數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題 （3）智能控制理論 （發(fā)展方向） 論、信息論、仿生學(xué)為基礎(chǔ) 3、反饋控制理論 （閉環(huán)控制理論）（1）自動(dòng)控制系統(tǒng) 被控對(duì)象、控制器按一定的方式連接所組成的系統(tǒng) 最基本的連接方式是反饋方式，按該方式連接的系統(tǒng)稱為

13、反饋控制系統(tǒng) （2）反饋控制原理 控制器對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。例1 人取物 反饋控制原理就是偏差控制原理 通常，我們把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差的過程，稱為反饋。 在工程實(shí)踐中，為實(shí)現(xiàn)反饋控制，必須配有以下設(shè)備： 測(cè)量元件、比較元件、執(zhí)行元件 統(tǒng)稱為控制裝置 4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成（1）外作用 有用輸入：決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律擾動(dòng)：破壞有用輸入對(duì)系統(tǒng)的控制。如：電源電壓的波動(dòng)、飛行中的氣流、航海中的波浪等（2）給定元件給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（參據(jù)量）如書的位置 （3

14、）校正元件（補(bǔ)償元件）結(jié)構(gòu)和參數(shù)便于調(diào)整的元部件，以串聯(lián)或反饋方式連接在系統(tǒng)中 1、開環(huán)控制方式不存在輸出到輸入的反饋，輸出量不參與控制（1）按給定值進(jìn)行控制（2）按干擾進(jìn)行控制（即前饋控制，對(duì)干擾進(jìn)行補(bǔ)償）十一、小結(jié)1.自控系統(tǒng)的基本原理是什么 2.自控系統(tǒng)控制的基本控制方式及機(jī)構(gòu)有哪些十二、后記一、 課題：1.3控制系統(tǒng)的分類 1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求二、 教學(xué)目的知識(shí)：1.掌握控制系統(tǒng)的簡單分類 2.自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求有哪些三、教學(xué)重點(diǎn) 控制系統(tǒng)的簡單分類四、教學(xué)難點(diǎn) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 1

15、0分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解 1.3控制系統(tǒng)的分類 1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求1 穩(wěn)定性（最基本要求）穩(wěn)定性：系統(tǒng)在擾動(dòng)消失后，由初始偏差狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力、穩(wěn)定、不穩(wěn)定穩(wěn)定性：(1) 對(duì)恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。(2) 對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的基本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。線性系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。2 快速性動(dòng)態(tài)性能 調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間對(duì)過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性

16、能。穩(wěn)定高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，而炮身行動(dòng)遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。3 準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差有差系統(tǒng)無差系統(tǒng) 在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。十一、小結(jié)1.簡單了解自動(dòng)系統(tǒng)的簡單分類 2.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的控制要求和各項(xiàng)指標(biāo)十二、后記一、 課題1.5matlab軟件及其應(yīng)用簡介二、 教學(xué)目的知識(shí)：1.簡單了解matlab軟件的功能 2.掌握matlab軟件的簡單使用 3.了解matlab軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用三、教學(xué)重點(diǎn) 掌握matl

17、ab軟件的使用四、教學(xué)難點(diǎn) matlab軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解1.5matlab軟件及其應(yīng)用簡介1.matlab軟件介紹2.matlab軟件的功能特點(diǎn)3.matlab軟件的指令窗十一、小結(jié) 認(rèn)識(shí)matlab軟件及軟件的應(yīng)用十二、后記一、 課題2.1 預(yù)備知識(shí)：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2.2 項(xiàng)目一：建立控制系統(tǒng)的微分方程二、 教學(xué)目的知識(shí)：1. 掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念及其作用 2. 數(shù)學(xué)模型的建立方法及建立控制系

18、統(tǒng)的微分方程三、教學(xué)重點(diǎn) 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念四、教學(xué)難點(diǎn) 建立控制系統(tǒng)的微分方程五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解2.1 預(yù)備知識(shí)：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 1控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念及作用在研究控制系統(tǒng)的性能時(shí), 最關(guān)鍵也是最困難的一步就是建立起能以足夠的精 度反映系統(tǒng)工作實(shí)質(zhì)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量( 或變量 )之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在 靜態(tài)條件下( 即變量的各階導(dǎo)數(shù)為零 ), 描述各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程 ,稱

19、為靜態(tài)模型 ; 在動(dòng)態(tài)過程中, 各變量之間的關(guān)系用微分方程描述 , 稱為動(dòng)態(tài)模型 。由于微分方程中各變量的導(dǎo)數(shù)反映了它們隨時(shí)間變化的特性 , 例如在運(yùn)動(dòng)過中 , 一階導(dǎo)數(shù)表示速度 , 二 階導(dǎo)數(shù)表示加速度等 , 因此 , 微分方程完全可以描繪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特 性。本章主要研究控 制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型, 簡稱數(shù)學(xué)模型 。2控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的方法數(shù)學(xué)模型的建立通常采用兩種方法:分析法和實(shí)踐法。分析法是利用控制系統(tǒng)或其 組成元器件所依據(jù)的物理或化學(xué)規(guī)律,來建立數(shù)學(xué)模型并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)法是通過對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)或元器件作用一定形式的輸入信號(hào),用求取控制系統(tǒng)或元器件的輸出響應(yīng)的方法來建立數(shù)學(xué)模型。在控制系

20、統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中 , 建立合理的系 統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是一項(xiàng)極為重要的工作,它直接關(guān)系到控制系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)給定的任務(wù)。3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的種類時(shí)域中常用的數(shù)學(xué)模型有微分方程、差分方程和狀態(tài)方程。復(fù)數(shù)域中常用的有傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖。頻域中有頻率特性2. 數(shù)學(xué)模型的建立方法及建立控制系統(tǒng)的微分方程1 線性控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是用微分方程式來描述的, 用解析法列寫微分方程的一般步驟如下 :(1)根據(jù)系統(tǒng)或元器件的工作原理 , 確定系統(tǒng)和各元器件的輸入 / 輸出 量 ;(2) 從輸入端開始,按照信號(hào)的傳遞順序,依照各變量所遵循的物理或化學(xué)定律,按技術(shù)要求忽略一些次要因素,并考慮相鄰元器件

21、的彼此影響,列出微分方程式或微分方程組 ;(3) 消去中間變量,求得描述輸入量與輸出量關(guān)系的微分方程式 ;(4) 標(biāo)準(zhǔn)化, 即將與輸入變量有關(guān)的各項(xiàng)放在等號(hào)右側(cè) , 將與輸出變量有關(guān)的各項(xiàng)放在等號(hào)左側(cè), 并按降冪順序排列。一般情況下, 設(shè)描述線性控制系統(tǒng)的微分方程式如下 : 式中 , c ( t ) 為系統(tǒng)或元器件的輸出量 ; r ( t ) 為系統(tǒng)或元器件的輸入量 ; 系 數(shù) a 0 , a 1 , , a n 及b 0 , b 1 , , b n 與系統(tǒng)或元器件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)有關(guān)。一般的物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng),總有 n m , 上式又 稱為 n 階微分方程式。 例題：已知無源網(wǎng)絡(luò)如圖所示 , 試寫出

22、它的數(shù)學(xué)模型 。解 根據(jù)基爾霍夫定律可寫出式中 , i 為設(shè)置的中間變量, 是流經(jīng)電阻r和電容c的電流 消去上式中的中間變量i整理的當(dāng)電阻r和電容c均為常數(shù)時(shí) ,rc無源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為一個(gè)一階 常系數(shù)微分方程 , 令rc = t , 則式可寫成 式中, t稱為rc網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)。 十一、小結(jié) 1.主要講授了控制系統(tǒng)模型的概念作用、方法和種類 2.學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的微分線性方程如何建立十二、后記一、 課題 2.3項(xiàng)目二：求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)二、 教學(xué)目的知識(shí)：1.學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)的意義和典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 2.掌握如何求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)三、教學(xué)重點(diǎn) 傳遞函數(shù)的意義四、教學(xué)難點(diǎn) 如何求取控制系統(tǒng)的

23、傳遞函數(shù)五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解2.3項(xiàng)目二：求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)線性系統(tǒng) 滿足疊加原理 非線性系統(tǒng)設(shè)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)例：樞控直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 輸入量ur 輸出量(n)建立數(shù)學(xué)模型： 由局部（元件） 系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖的組成：信號(hào)線(變量)，函數(shù)方框圖，綜合點(diǎn)，分支點(diǎn)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖：子方框圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖既保留子系統(tǒng)的原貌，又反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡化：(按代數(shù)運(yùn)算規(guī)則，原則：保持變換前后輸入輸出關(guān)系不變

24、) 4，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)例：求傳遞函數(shù) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)十一、小結(jié)1.學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)的意義和典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 2.學(xué)會(huì)如何求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)十二、后記一、 課題 2.4項(xiàng)目三：建立控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖二、 教學(xué)目的知識(shí)：掌握如何建立控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖三、教學(xué)重點(diǎn) 建立控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖四、教學(xué)難點(diǎn) 如何建立動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解2.4項(xiàng)目三：建立控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1. 結(jié)構(gòu)圖的組成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 , 是將系統(tǒng)中所有的元

25、、部件都用方框表 示 , 在方框中表明其傳遞函數(shù), 按照信號(hào)傳遞方向把各傳遞函數(shù)方框依次連接起來組成的一種圖形。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖不僅能夠清楚地反映系統(tǒng)的組成及信號(hào)的傳遞過程, 而且能夠表示出系統(tǒng)信號(hào) 傳遞過程中的數(shù)學(xué)關(guān)系。因此 , 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖一般包含 4 種基本單元, 如圖所示 。 (1) 信號(hào)線 : 帶有箭頭的直線 , 見圖(a) 。箭頭表示信號(hào)的傳遞方向, 直線上標(biāo)記信號(hào) 的時(shí)間 函數(shù)或像函數(shù) , 如 r ( t ) 或 r ( s ) 。 (2)引出點(diǎn):又稱測(cè)量點(diǎn),表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置,見圖 (b)。從同一位置引出的信號(hào),在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。 (3)比較點(diǎn):又稱綜合點(diǎn),對(duì)

26、兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算,見圖(c)?！?+ ” 號(hào)表示相加, “ - ” 號(hào)表示相減 , 如r ( t ) c ( t ) 或 r ( s ) c ( s ) 。在結(jié)構(gòu)圖上 , “ + ” 號(hào)通?？梢允÷圆粚?。 (4)方框:又稱環(huán)節(jié),表示對(duì)信號(hào)所進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換,見圖 (d)。方框中寫入元、部件或系統(tǒng)的傳遞函數(shù),如g ( s )。方框的輸出變量就等于方框的輸入變量與傳遞函數(shù)的乘積, 即 c ( s ) = g ( s ) r ( s ) ?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,在實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)原理圖與數(shù)學(xué)方程式兩者的綜合。在結(jié)構(gòu)圖上, 系統(tǒng)原理圖上的元、部件及其具體結(jié)構(gòu),抽象為傳遞函數(shù),用傳遞函數(shù)方框表示。這樣

27、, 既避免了抽象的純數(shù)學(xué) 描述,又能直觀了解每個(gè)元、部件對(duì)系統(tǒng)性能的影響,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)特 性進(jìn)行全面的描述。必須指出,結(jié)構(gòu)圖中的傳遞函數(shù)方框與實(shí)際系 統(tǒng)的元、部件并不定是完全對(duì)應(yīng)的。 2. 結(jié)構(gòu)圖的建立 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖是嚴(yán)格按照元、部件的微分方程式或微分方程式組建立的。雖然組成系統(tǒng)的元、部件多種多樣 , 但不同結(jié)構(gòu)的元、部件可能具有相同形式的傳遞函數(shù) , 那么 , 用結(jié)構(gòu)圖描述控 制系統(tǒng) , 就只有為數(shù)不多的結(jié)構(gòu)圖布局 , 因而通過對(duì)某一類結(jié)構(gòu)圖的研究, 便可了解具有同類結(jié)構(gòu)圖的各種系統(tǒng)的特性, 從而簡化了研究工作。建立控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的一般步驟如下 :(1) 列寫控制系統(tǒng)中各元件的微分方程式或

28、微分方程式組 ;(2) 對(duì)所列寫的微分方程式或微分方程式組進(jìn)行拉普拉斯變換 , 得到反映輸入變量與輸出變量之間關(guān)系的傳遞函數(shù), 并將傳遞函數(shù)寫入方框;(3) 按照系統(tǒng)中各變量的傳遞順序 , 依次將各元件的傳遞函數(shù)方框用帶箭頭的線段連接起來, 將系統(tǒng)的輸入變量置于左端 , 輸出 變量置于右端。應(yīng)當(dāng)指出, 對(duì)于同一個(gè)控制系統(tǒng) , 由于分析的角度不同 , 可 以畫出許多不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 。也就是說 , 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖不是惟一的。畫出例rc 無源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖 。 解 例得到的 rc 無源網(wǎng)絡(luò)的微分方程式組如所示 , 即 對(duì)上面兩式作拉普拉斯變換,得到 做如下變換得由式畫出rc無源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖 , 系統(tǒng)的

29、輸入變量為 u r ( s ) 置于結(jié)構(gòu)圖左端 , 輸出變量 為 u c ( s ) 置于結(jié)構(gòu)圖右端 , 如下圖所示。從結(jié)構(gòu)圖可以看出, 這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 rc 無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 應(yīng)當(dāng)指出,在列寫元、部件微分方程式或微分方程式組時(shí),必須考 慮負(fù)載效應(yīng), 如果它很小,便可以忽略。另外, 結(jié)構(gòu)圖上的傳遞函數(shù)方框并不反映元、部件的構(gòu)造特點(diǎn)。 十一、小結(jié)1.結(jié)構(gòu)圖由哪幾部分組成及各部分的性質(zhì) 2.結(jié)構(gòu)圖是如何建立的十二、后記一、 課題2.5項(xiàng)目四：由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（1）二、 教學(xué)目的知識(shí)：掌握動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換三、教學(xué)重點(diǎn) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換四、教學(xué)難點(diǎn) 如何對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行

30、等效變換五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解2.5項(xiàng)目四：由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（1）在分析和計(jì)算控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí),首先要求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖可以方便地確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 上, 系統(tǒng)中各變量之間的數(shù)學(xué) 關(guān) 系 一目 了然。但是 , 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜 的控 制 系 統(tǒng) , 其 結(jié)構(gòu)圖 上函數(shù)方框的連接往往也是錯(cuò)綜復(fù)雜 的。 如果利用結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算系 統(tǒng)的傳遞函數(shù) , 應(yīng) 當(dāng) 先 對(duì)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 進(jìn)行簡化。 這個(gè)簡

31、化過 程遵循變換前后 數(shù)學(xué) 關(guān) 系 保 持不變的原 則 , 相當(dāng) 于在 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 上進(jìn)行數(shù)學(xué) 方程的等效運(yùn)算和變換 , 因 此稱為結(jié)構(gòu)圖 的等效變換。 1. 函數(shù)方框的等效在 控 制 系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 中 , 函數(shù)方框之間 的連 接形 式 不同 , 系 統(tǒng)的 傳遞函 數(shù)也就不 同 。 控制 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 函數(shù)方框的連接形 式主要有 3 種 : 串聯(lián)、 并 聯(lián)和反饋連接。 (1) 串聯(lián)方框的等效。假設(shè)傳遞函數(shù)分別為 g 1 ( s ) 和 g 2 ( s ) 的兩個(gè)方框 , 當(dāng) g 1 ( s ) 的輸出 量 作為 g 2 ( s ) 的 輸入 量 , 且 g 1 ( s ) 和 g 2 (

32、s ) 之間 不存 在 負(fù) 載 效應(yīng) 時(shí) , 那么 稱 g 1 ( s ) 與 g 2 ( s ) 的連接形 式為串聯(lián)連接 , 如圖 (a) 所示 , 則 x ( s ) = g 1 ( s ) r ( s ) (1) c ( s ) = g 2 ( x ) x ( s ) (2) 消去 式 ( 1 ) 、式 (2) 的中間 變量 x ( s ), 得到 c ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) r ( s ) 則系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 g ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) (3) 式 (3) 表明 , 兩個(gè)方框串聯(lián)的等效方框 , 等于兩個(gè)方框傳遞函數(shù)的乘積

33、 , 如圖 (b) 所示 。當(dāng) n 個(gè)方框串聯(lián)時(shí) , 其 總的傳遞函數(shù)等效為 g ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) g n ( s ) 方框串聯(lián)連接的等效傳遞函數(shù)等于各方框傳遞函數(shù)之積。 (2) 并 聯(lián)方框的等效。 假設(shè)傳遞函數(shù)分別為 g 1 ( s ) 和 g 2 ( s ) 的兩個(gè)方框 , 當(dāng) 它 們有相同的輸入 量 , 而輸出 量 等于兩個(gè)方框輸出 量 的 代數(shù)和 時(shí) , 那么 稱 g 1 ( s ) 與 g 2 ( s ) 的連 接形 式為并 聯(lián)連接 , 如圖 (a) 所示 。則 c 1 ( s ) = g 1 ( s ) r ( s ) (4) c 2 ( s

34、) = g 2 ( s ) r ( s ) (5) c ( s ) = c 1 ( s ) c 2 ( s ) (6) 整 理式 (4) 、式 (5) 、式 (6) 得到 c ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) r ( s ) 則系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 g ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) (7) 式 (7) 表明 , 兩 個(gè) 方框并 聯(lián) 的等 效方框 , 等于兩 個(gè)方框 傳遞 函 數(shù)的代 數(shù)和 , 如圖 (b) 所示 。 當(dāng) n 個(gè)方框并 聯(lián)時(shí) , 其 總的傳遞函數(shù)等效為 g ( s ) = g 1 ( s ) g 2 ( s ) g n ( s ) 方

35、框并 聯(lián)的等效傳遞函數(shù)等于各方框傳遞函數(shù)之代數(shù)和。 (3) 方框反饋連接的等效。 假設(shè)傳遞函數(shù)分別為 g ( s ) 和 h ( s ) 的兩個(gè) 方框 , 它 們的 連接形 式如圖 (a) 所示 , 那么 稱 g ( s ) 與 h ( s ) 的 連接 形 式 為 反饋 連接。 在 結(jié) 構(gòu)圖 (a) 上 , “ - ” 號(hào) 表示 負(fù) 反饋 , 這是一個(gè)負(fù) 反饋的閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)。 由結(jié)構(gòu)圖 (a) 可 以寫出 c ( s ) = g ( s ) e ( s ) (8) e ( s ) = r ( s )- b ( s ) (9) b ( s ) = h ( s ) c ( s ) (10)

36、 整 理式 (8) 、式 (9) 、式 (10)得到則等效傳遞函數(shù)為：（11） 式 11) 表示 的是兩個(gè)方框反饋連接的等效傳遞函數(shù) , 如圖 (b) 所示 。式表示 的也就是負(fù) 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 當(dāng) 反饋傳遞函數(shù) h ( s ) = 1, 即單 位反饋時(shí) , 稱這樣的負(fù) 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)為單 位反饋控 制 系 統(tǒng)。單 位反饋控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為同 理 , 可 以推導(dǎo) 出 正 反饋閉環(huán)控 制 系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 十一、小結(jié)1.動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖有哪些等效方法 2.如何對(duì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行等效十二、后記三、 課題2.5項(xiàng)目四：由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（2）四、 教學(xué)目

37、的知識(shí)：掌握用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的函數(shù)三、教學(xué)重點(diǎn) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取傳遞函數(shù)四、教學(xué)難點(diǎn) 如何用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取傳遞函數(shù)五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解2.5項(xiàng)目四：由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（2）在 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 為了便 于進(jìn)行方框的運(yùn)算 , 往往需要移動(dòng)綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的置 , 或者移動(dòng) 比較符 號(hào)“ - ”。 必須指出 , 綜合點(diǎn)和分 離點(diǎn)在 移 動(dòng)前 后 應(yīng) 保 持 所變換 的信 號(hào)變換前 后 的等效性 , 一般情況

38、下 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)之間 的位置 不宜 交換 , 比較符 號(hào)“ - ” 不能過 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)。 (1) 信號(hào) 綜合點(diǎn)的 移動(dòng)。 信號(hào) 綜合點(diǎn)的移動(dòng)原 則是 : 保 證原 信號(hào) 不變 , 在 信號(hào) 綜 合點(diǎn)移后 保 證 信 號(hào) 相 加的 代 數(shù) 和 不 變。 綜 合點(diǎn) 的 移 動(dòng) 等 效 變 換 如 圖所 示 。 其 中 , 圖 (a) 所示 為綜合點(diǎn)前 移等效變換 , 圖 (b) 所示 為綜合點(diǎn)后 移等效變換。 (2) 信號(hào) 分離點(diǎn)的 移動(dòng)。 信號(hào) 分離點(diǎn)的移動(dòng)原 則是 : 保 證原 各點(diǎn)信號(hào) 不 變 , 在 信 號(hào) 分 離點(diǎn)移動(dòng)后 保 證該分支信號(hào) 不變。 分離點(diǎn)的移動(dòng)等效變換如圖所示 。其

39、 中 , 圖 (a) 所示 為分離點(diǎn)前 移等效變換 , 圖 (b) 所示 為分離點(diǎn)后 移等效變換。 (3) 信號(hào) 綜合點(diǎn)的互換 。 在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 根據(jù)加法交換律 , 兩個(gè) 或兩個(gè)以上相 鄰的信號(hào) 綜合點(diǎn)位置 可 以互換 , 互換前 后 的結(jié)果 不變。 (4) 信號(hào) 分離點(diǎn)的互換。 在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 兩個(gè)或兩個(gè)以上相 鄰的信號(hào) 分離點(diǎn)位 置互換 , 完 全不會(huì)改變信號(hào) 的性質(zhì) 。必須指出 , 在 結(jié)構(gòu)圖 簡化過 程中 , 相鄰的信號(hào) 綜合點(diǎn)和分離點(diǎn)的位置 不能互換?！?例】 某系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖所示 。 要 求簡 化結(jié)構(gòu) 圖 , 并 計(jì) 算系 統(tǒng)的傳 遞函 數(shù)g (

40、s ) = c ( s )/ r ( s ) 。 解 由系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3-14 看出 , 結(jié)構(gòu)圖 中包 含 5 個(gè)環(huán)節(jié) : g 1 、 g 2 、 g 3 、 g 4 、 h , 簡化結(jié)構(gòu)圖 的步 驟如下 : 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(1) 信號(hào) 綜合點(diǎn) a 后 移 , 見圖 (a);(2) 方框 g 1 與 g 2 、 g 2 與 h 串聯(lián)等效 , 且信號(hào) 綜合點(diǎn)互換位置 , 見圖 (b);(3) 方框 g 4 與 g 1 g 2 并 聯(lián)等效 , 為方便 起見記為 w 1 , 則 w 1 = g 1 g 2 + g 4方框 g 3 與 g 2 h 反饋等效 , 記為 w 2 , 則 (4) 方框 w 1

41、與 w 2 串聯(lián)等效 , 見圖 (d); 簡化的結(jié)果 為 這樣 , 利用結(jié)構(gòu)圖 等效變換簡化了結(jié)構(gòu)圖 , 求出 了系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 十一、小結(jié) 學(xué)習(xí)如何利用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖求取控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)十二、后記一、 課題：3.1預(yù)備知識(shí)：典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)二、 教學(xué)目的知識(shí)：1.掌握有哪些典型輸入信號(hào) 2.理解時(shí)域性能的指標(biāo)三、教學(xué)重點(diǎn) 典型的輸入信號(hào)四、教學(xué)難點(diǎn) 時(shí)域性能的指標(biāo)理解五、教學(xué)方法： 講授法六、教具 教案、粉筆等七、時(shí)間分配 課題引入 10分鐘 講授 85分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 八、作業(yè)布置九、審批十、教學(xué)內(nèi)容1、組織教學(xué)2、導(dǎo)入新課3、疑點(diǎn)講解3.1預(yù)備知識(shí)：典型輸入信號(hào)和時(shí)域性

42、能指標(biāo)一、 典型輸入信號(hào)1. 階躍信號(hào)2. 單位脈沖信號(hào)3. 斜坡信號(hào)4. 拋物線信號(hào)二時(shí)域性能指標(biāo)描述系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)定義如下 :(1) 上升 時(shí)間 t r 。 上升 時(shí)間 是對(duì) 系 統(tǒng)響 應(yīng) 速 度的 一種度量 。系 統(tǒng)的阻尼 系 數(shù)不同 , 定義的上升 時(shí)間 范圍 也不同 。欠阻尼 系 統(tǒng)的 上 升 時(shí) 間 定 義為 : 響 應(yīng) 從 其 穩(wěn)態(tài) 值 c ( ) 的 10% 上升 到 90% 所需的時(shí)間 , 記 為 t r , 如圖所示 。顯然 , 上升 時(shí)間 越 小 , 響應(yīng) 速 度越 快。對(duì)于存 在 振蕩的 系 統(tǒng) , 可 以取響 應(yīng) 從 零開 始 第 一 次上升 到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間

43、 為上升 時(shí)間 。 (2) 峰值時(shí)間 t p 。階躍響應(yīng) 由零值開 始 上升 到第 一 個(gè)峰 值所 需的時(shí) 間 , 稱 為峰值 時(shí)間 , 記為 t p , 如圖所示 , 則 c max = c ( t p ) 。 (3) 調(diào)整 時(shí)間 t s 。調(diào)整 時(shí)間 是指響應(yīng) c ( t ) 與 c ( ) 穩(wěn)態(tài)值之間 的誤差達(dá)到規(guī)定的允 許值 , 且以后 不再超過 該值所需的最 小時(shí)間 , 記為 t s , 如圖所示 。 通常 取為穩(wěn)態(tài)值的 2% 或 5% 。 (4) 超調(diào)量 % 。在 系 統(tǒng)響應(yīng) 的動(dòng)態(tài)過 程中 , 輸出 量 的 最 大 值 c max = c ( t p ) 。 假如 c ( t p

44、 ) 大 于穩(wěn)態(tài)值 c ( ), 超調(diào)量 定義為 超調(diào)量 也稱為最 大 超調(diào)量 。假如最 大 值 c ( t p ) 小于穩(wěn)態(tài)值 c ( ), 則無超調(diào)量 。上述 4 個(gè)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)基本上可 以體現(xiàn)系 統(tǒng)動(dòng) 態(tài)過 程的特 征。 上升 時(shí)間 和峰值 時(shí)間 均表征系 統(tǒng)響應(yīng) 初始階段的快慢 ; 調(diào)整 時(shí)間 表示 系 統(tǒng)動(dòng)態(tài)過 程的持續(xù)時(shí)間 , 總體上反映系 統(tǒng)的快速 性 ; 超調(diào)量 反映系 統(tǒng)響應(yīng) 過 程的平穩(wěn)性。在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 , 常 用 的動(dòng)態(tài) 性能 指標(biāo)多 為上 升時(shí)間 、調(diào)整 時(shí)間 和超調(diào)量 。 十一、小結(jié)1.控制系統(tǒng)的時(shí)域有哪些典型輸入信號(hào)各自的特點(diǎn) 2.控制系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的理

45、解十二、后記 蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆

46、蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀

47、襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁

48、薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅

49、螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆

50、袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕

51、薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁

52、螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂

53、袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆

54、薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁袀芀薆薀羂蒆蒂蠆肅艿莈蚈膇肁蚆蚈袇芇螞蚇聿肀薈蚆膁蒞蒄蚅袁膈莀蚄羃莃蠆蚃肅膆薅螂膈莂蒁螂袇膅莇螁羀莀莃螀膂膃螞蝿袂蒈薈螈羄芁蒄螇肆蕆莀螆腿艿蚈袆袈肂薄裊羈羋蒀襖肅肁蒆袃袂莆莂袂羅腿蟻袁肇莄薇袀腿膇蒃袀衿莃荿罿羈膅蚇羈肄莁薃羇芆膄蕿羆羆葿蒅薃肈節(jié)莁薂膀蒈蝕薁