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《《⾃⾃动动控控制制原原理理》》学学习习指指南南

《⾃动控制原理》

学习指南

前⾔

本书是上海交通⼤学国家精品课程《⾃动控制原理》主讲教《⼯程控制基础》的学习指导性的学习、教学⽤书。《⼯程控制

基础》是国家“⼗⼀五”规划教，教育部⾃动化教学指导委员会推荐教。2006年出版以来，受到⼴⼤读者的厚爱。2007年再

版，并于2008年被评为国家级精品教。本书以国家精品教为主线，参考教育部教指委对《⾃动控制原理》课程相关的知识

领域、知识单元、知识点的要求，本着“加强基础、削枝强⼲、注重应⽤、逐步更新”的原则，⼒图通过教的要点提⽰，为⼴

⼤读者学习此课程提供必须掌握的基础理论和基本⽅法。

编者

2012.11于上海

⽬录

第1章导论(1)

1.1⾃动控制系统的基本原理和组成(1)

1.2控制系统的分类(2)

1.3本书的主要内容及研究⼿段(2)

第2章数学模型(5)

2.1传递函数定义(6)

2.2传递函数性质(7)

2.3⽅块图(8)

2.4信号流程图(9)

第3章⾃动控制系统的时域分析(12)

3.1控制系统的稳定性分析(12)

3.2控制系统的稳态特性——稳态误差分析(13)

3.3控制系统的动态特性——动态响应分析(14)

第4章根轨迹法(17)

4.1根轨迹的幅值条件和相⾓条件(17)

4.2绘制根轨迹的基本规则(18)

第5章线性系统的频域分析—频率响应法(20)

5.1频率特性(20)

5.2频率特性图(21)

5.3频域中的稳定性判据(22)

5.4系统动态性能的频域分析与频域指标(22)

5.5基于开环频率特性的系统动态性能分析(23)

5.6基于闭环频率特性的系统动态性能分析(24)

5.7基于伯德图的系统稳态性能分析(24)

第6章线性控制系统的设计(26)

6.1常见的⼏种校正装置连接⽅式(26)

6.2不同域中系统动态性能指标的相互关系(27)

6.3串联超前校正(27)

6.4串联滞后校正(30)

6.5串联滞后－超前校正(34)

6.6局部反馈校正(35)

6.7PID控制(36)

6.8前馈补偿(38)

第1章导论

要点提⽰

⼯业⾃动化是⼯业现代化的基础。⾃动化⽔平的⾼低是衡量⼀个国家现代化程度的重要标志之⼀。

⾃动控制——指在脱离⼈的直接⼲预，利⽤控制装置（简称控制器）使被控对象（或⽣产过程等）的某⼀物理量（如温度、压

⼒、PH值等）准确地按照预期的规律运⾏。

⾃动控制系统——是指实现上述控制⽬的，由相互制约的各部分按⼀定规律组成的具有特定功能的整体。

本章主要介绍⼀般⾃动控制系统的⼯作原理、组成、分类、及常规的研究⼿段等。

1.1⾃动控制系统的基本原理和组成

典型的闭环系统组成框图⼀般具有如下形式。

扰动信号

)

(tc

图1-1典型闭环控制系统的组成框图

前向通道与反馈通道：信号从输⼊端沿箭头⽅向到达输出端的传输通道称为前向通道；系统输出量经测量装置将输出信号反馈

到系统输⼊端的通道称为主反馈通道。前向通道与主反馈通道⼀起构成主回路。此外还有局部反馈及由它组成的回路称为局部

反馈通道。

输⼊信号()rt与输⼊变换元件：输⼊到系统中控制输出量变化的信号称为输⼊信号()rt(⼜称给定量或控制量)，它通过输⼊变换

装置变换成⽐较装置要求的物理量，通常是电压。

反馈装置与反馈信号()bt：⽤来测量被控量并按特定的函数关系反馈到系统的输⼊端的器件称为反馈（检测）装置，反馈装置

的输出叫反馈信号。根据极性，把反馈信号与输⼊信号同极性的反馈叫正反馈，反极性的反馈叫负反馈。为消除系统误差，主

反馈⼀定是负反馈，这是闭环控制系统正常⼯作的基本条件。

et：⽐较装置是把输⼊信号与反馈信号相减，其输出为误差信号，

⽐较装置与误差信号()

简称为误差。如图1-1中收信仪的输出信号。

放⼤装置：⽐较装置给出的信号通常很⼩，必须将它进⾏放⼤（包括幅值和功率等）。常⽤的有电⼦放⼤器、液压放⼤器等。

执⾏装置：能产⽣驱动被控对象的信号，以改变系统输出，常⽤的有直流伺服电机等。

反馈校正（或称为校正装置）：它是为了改善系统的性能⽽引⼊的。串联校正装置是串接在系统前向通道中的校正装置。⽽在

系统局部反馈回路内接⼊的反馈装置称为反馈校正装置。简单的校正装置可以是⼀个阻容⽹络，复杂的校正装置可以是⼀个微

型计算机。

ct：被控对象即系统要求控制的对象，其输出量为系统的输出信

被控对象与输出信号()

号，⼜称为被控制量