北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱

北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱《北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱》篇一北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱解讀●引言自動(dòng)控制原理是一門研究如何使機(jī)械、電子、生物等系統(tǒng)按照預(yù)定目標(biāo)自動(dòng)運(yùn)行的科學(xué)。在現(xiàn)代工業(yè)中，自動(dòng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、電力系統(tǒng)、化工過程、機(jī)器人技術(shù)等。因此，掌握自動(dòng)控制原理的基本概念、分析方法和設(shè)計(jì)技能，對(duì)于工科學(xué)生來說至關(guān)重要。北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱旨在為學(xué)生提供一套系統(tǒng)的學(xué)習(xí)框架，以確保他們能夠扎實(shí)地掌握這門學(xué)科的核心內(nèi)容?！窨季V概述○控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型-理解線性時(shí)不變系統(tǒng)的概念，掌握其數(shù)學(xué)描述，包括微分方程、差分方程和傳遞函數(shù)。-能夠運(yùn)用拉普拉斯變換和反變換解決控制系統(tǒng)的時(shí)域分析問題。-掌握系統(tǒng)函數(shù)的頻率響應(yīng)和波特圖的繪制方法?！鹂刂葡到y(tǒng)的時(shí)域分析-掌握穩(wěn)態(tài)誤差的概念及其計(jì)算方法。-理解一、二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，包括時(shí)域指標(biāo)和頻率特性。-能夠運(yùn)用根軌跡和頻率響應(yīng)分析方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估和設(shè)計(jì)。○控制系統(tǒng)的頻域分析-理解頻率響應(yīng)的概念，掌握Bode圖和Nyquist圖的繪制方法。-能夠運(yùn)用頻域方法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)和Bode穩(wěn)定性判據(jù)。-掌握校正方法，包括串聯(lián)校正和并聯(lián)校正，以改善系統(tǒng)的性能。○控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-理解PID控制器的設(shè)計(jì)原理，掌握其參數(shù)整定方法。-掌握現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間方法，包括狀態(tài)空間模型、可控性和可觀性分析。-能夠運(yùn)用最優(yōu)控制理論中的LQR方法設(shè)計(jì)線性二次調(diào)節(jié)器?！鸱蔷€性控制系統(tǒng)-了解非線性控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，掌握相平面法和描述函數(shù)法等分析方法。-理解線性化、反饋線性化等方法在非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?！駥W(xué)習(xí)建議○基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，要求學(xué)生有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，特別是線性代數(shù)、微積分和概率統(tǒng)計(jì)等知識(shí)。在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)注重理解控制系統(tǒng)的基本概念和原理，而不是簡(jiǎn)單地記憶公式?！饘?shí)踐操作通過MATLAB、Simulink等工具進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生更好地理解控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)踐操作不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，還能提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力?！鸢咐治鼋Y(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題。通過分析不同行業(yè)的控制系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)等，可以提高學(xué)生的綜合分析能力。○小組討論與報(bào)告鼓勵(lì)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，就某個(gè)控制問題進(jìn)行討論和研究，并撰寫報(bào)告。這樣可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和表達(dá)能力，同時(shí)也能加深他們對(duì)知識(shí)的理解?！窨偨Y(jié)自動(dòng)控制原理是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科。通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、頻域分析、設(shè)計(jì)方法以及非線性控制等知識(shí)，學(xué)生能夠掌握控制系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)技能。在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，通過實(shí)踐操作和案例分析來加深理解，并不斷提高解決問題的能力?！侗狈焦I(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱》篇二北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱●課程簡(jiǎn)介自動(dòng)控制原理是一門研究如何使系統(tǒng)按照預(yù)定目標(biāo)和規(guī)律運(yùn)行的科學(xué)。它涉及控制理論、控制工程、信息處理、系統(tǒng)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。本課程旨在為學(xué)生提供一個(gè)系統(tǒng)的控制理論框架，使學(xué)生能夠理解和分析各種控制系統(tǒng)，并能夠運(yùn)用控制理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題。●課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：1.理解自動(dòng)控制的基本概念和原理。2.掌握線性控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析方法。3.能夠運(yùn)用MATLAB等工具進(jìn)行控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。4.了解非線性控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論的基本概念。5.能夠?qū)⒖刂评碚撝R(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程問題中?！窨荚囈蟆鹬R(shí)要求1.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，包括控制、被控對(duì)象、輸入、輸出等。2.理解線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，包括時(shí)間響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)等。3.掌握線性控制系統(tǒng)的頻域分析方法，包括頻率響應(yīng)、開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)等。4.了解非線性控制系統(tǒng)的基本概念和處理方法。5.掌握現(xiàn)代控制理論的基本概念，包括狀態(tài)空間描述、狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測(cè)器等?！鹉芰σ?.能夠運(yùn)用控制理論知識(shí)分析實(shí)際工程問題。2.能夠使用MATLAB等工具進(jìn)行控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。3.具備獨(dú)立思考和解決問題的能力?！鹂荚噧?nèi)容○第一部分：控制系統(tǒng)的基本概念-控制系統(tǒng)的定義與分類。-控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。-輸入、輸出、被控對(duì)象、控制器等基本概念?！鸬诙糠郑壕€性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析-時(shí)域性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量等。-控制系統(tǒng)的時(shí)域模型：微分方程、轉(zhuǎn)移函數(shù)、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)等。-控制器的設(shè)計(jì)方法：比例、積分、微分控制等?！鸬谌糠郑壕€性控制系統(tǒng)的頻域分析-頻率響應(yīng)的概念。-開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。-系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域判據(jù)。-系統(tǒng)性能的頻域分析?！鸬谒牟糠郑悍蔷€性控制系統(tǒng)的基本概念-非線性系統(tǒng)的描述與分析方法。-非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。-非線性控制的設(shè)計(jì)方法。○第五部分：現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)-狀態(tài)空間描述。-狀態(tài)反饋與觀測(cè)器。-線性二次調(diào)節(jié)器（LQR）的設(shè)計(jì)?！鸬诹糠郑嚎刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)方法。-MATLAB在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。-控制系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn)。●考試形式考試將包括選擇題、填空題、計(jì)算題和綜合分析題?？荚嚂r(shí)間為120分鐘，滿分為100分?！駨?fù)習(xí)建議1.理解并熟記自動(dòng)控制的基本概念和原理。2.熟練掌握線性控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析方法。3.學(xué)習(xí)并實(shí)踐MATLAB在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。4.復(fù)習(xí)非線性控制和現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)。5.結(jié)合實(shí)際工程問題進(jìn)行案例分析，加深對(duì)控制理論的理解?！駞⒖紩?.《自動(dòng)控制原理》，胡壽松，科學(xué)出版社。2.《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》，劉豹，機(jī)械工業(yè)出版社。3.MATLAB官方文檔及在線教程?！窀戒洝鸪Ｓ梅?hào)和術(shù)語-開環(huán)傳遞函數(shù)：$G(s)$-閉環(huán)傳遞函數(shù)：$H(s)$-穩(wěn)態(tài)誤差：$E_{ss}$-時(shí)間常數(shù)：$T$-上升時(shí)間：$t_r$-峰值時(shí)間：$t_p$-超調(diào)量：$\sigma$-截止頻率：$f_c$-帶寬：$B$○常見控制結(jié)構(gòu)-串聯(lián)校正-并聯(lián)校正-反饋校正○性能指標(biāo)-快速性：控制系統(tǒng)響應(yīng)的快慢程度。-平穩(wěn)性：控制系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的跟隨能力。-準(zhǔn)確性：控制系統(tǒng)輸出達(dá)到附件：《北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱》內(nèi)容編制要點(diǎn)和方法北方工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制原理考綱●考試目的本考試旨在考察學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理的基本概念、理論和方法的掌握程度，以及運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際控制問題的能力?！窨荚囈罂忌鷳?yīng)具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括微積分、線性代數(shù)和概率論等，并能將這些數(shù)學(xué)工具應(yīng)用于控制理論中。此外，考生還應(yīng)熟悉經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容，包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、輸入-輸出特性、穩(wěn)定性分析、性能指標(biāo)、控制器設(shè)計(jì)等?！窨荚噧?nèi)容○控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型-描述控制系統(tǒng)的行為，包括連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)。-建立一階和二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如微分方程和差分方程。-理解線性系統(tǒng)的性質(zhì)，如線性變換、疊加原理和齊次性?！鹂刂葡到y(tǒng)的輸入-輸出特性-分析系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)。-理解時(shí)間響應(yīng)的指標(biāo)，如上升時(shí)間、峰值時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差等。-掌握Bode圖、Nyquist圖和根軌跡圖等圖形分析工具?！鹂刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性分析-應(yīng)用Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)和Bode穩(wěn)定性判據(jù)。-理解Lyapunov穩(wěn)定性理論在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。○控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)-分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)性能和魯棒性。-掌握如何使用頻域指標(biāo)（如截止頻率、相位裕度）來評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能?！鹂刂破髟O(shè)計(jì)-了解PID控制器、狀態(tài)反饋控制器和最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì)方法。-掌握如何使用根軌跡法、頻率響應(yīng)法和現(xiàn)代控制理論中的LQR、LQG等方法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)?！鸱蔷€性控制系統(tǒng)-理解非線性系統(tǒng)的基本概念，如相軌跡、平衡點(diǎn)穩(wěn)定性等。-掌握線性化方法和非線性控制策略，如反饋線性化、滑?？刂频??！瓞F(xiàn)代控制理論-學(xué)習(xí)狀態(tài)空間方法，包括狀態(tài)方程、輸出方程和控制方程。-掌握狀態(tài)反饋和觀測(cè)器設(shè)計(jì)的方法。-理解最優(yōu)控制理論的基本概念，如線性二次調(diào)節(jié)器（LQR）和重新規(guī)劃問題?！痣S機(jī)控制系統(tǒng)-介紹隨機(jī)過程的基本概念，如平穩(wěn)性、自相關(guān)函數(shù)等。-理解隨機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和分析方法?！鹬悄芸刂?介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和遺傳算法等智能控制方法的基本概念。-理解這些方法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?！窨荚囆问?考試時(shí)間：180分鐘。-考試題型：包括選擇題、填空題、計(jì)算題和綜合分析題。-考試分值：滿分為100分?！駨?fù)習(xí)建議-理解基本概念和理論，并能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算。-熟悉各種控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)流程。-練習(xí)使用MATLAB等工具進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。-關(guān)注實(shí)際控制問題，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力?！駞⒖紩?《自動(dòng)控制原理》（第6版），胡壽松主編，科學(xué)出版社。-《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)