南航自动控制原理课件.pptx

南航自动控制原理课件

XX有限公司

汇报人：XX

目录

课程概述

01

控制系统设计

03

实验与实践环节

05

基础知识介绍

02

现代控制理论

04

课程考核与评价

06

课程概述

01

课程目标与要求

掌握自动控制基础理论

学生需理解自动控制系统的组成，掌握反馈控制原理及其数学模型。

解决实际工程问题

通过案例学习，使学生能够将自动控制原理应用于解决实际工程问题。

熟悉控制系统分析方法

应用控制系统设计技巧

课程要求学生能够熟练运用拉普拉斯变换、根轨迹法等工具分析系统稳定性。

学生应能设计简单的控制系统，并通过仿真软件验证系统性能。

课程内容概览

01

介绍自动控制系统的基本组成、分类以及控制系统设计的基本原则和方法。

02

深入讲解反馈控制系统的原理，包括稳定性分析、误差分析和控制器设计。

03

探讨状态空间表示、系统可控性和可观测性，以及现代控制理论在实际中的应用案例。

控制系统的基本概念

反馈控制理论

现代控制理论基础

适用专业与学生

本课程为航空工程专业学生提供自动控制理论基础，帮助他们理解飞行器控制系统设计。

航空工程专业

计算机科学与技术专业的学生将掌握自动控制原理，为智能控制算法的研究与应用奠定理论基础。

计算机科学与技术专业

电子与电气工程专业的学生通过本课程学习自动控制系统，为未来从事智能系统开发打下基础。

电子与电气工程专业

01

02

03

基础知识介绍

02

控制系统的基本概念

控制系统是通过反馈机制来调节和控制一个过程或系统的装置或系统。

控制系统定义

开环控制系统不使用反馈，而闭环控制系统利用反馈来调整输出，以达到期望的性能。

开环与闭环控制

控制系统通常由控制器、执行器、传感器和被控对象等基本部分组成。

控制系统的组成

性能指标包括稳定性、快速性、准确性和鲁棒性等，是衡量控制系统优劣的关键因素。

控制系统的性能指标

数学模型与分析方法

线性系统分析

通过拉普拉斯变换和传递函数，分析线性系统的稳定性和响应特性。

非线性系统建模

时域分析技术

通过绘制单位阶跃响应和脉冲响应曲线，分析系统的瞬态和稳态特性。

采用描述函数和相平面法，研究非线性系统的动态行为和平衡点。

频域分析方法

利用伯德图和奈奎斯特图，评估自动控制系统在频域内的性能和稳定性。

控制理论基础

控制系统由控制器、执行器、传感器和被控对象组成，共同完成对系统的精确控制。

控制系统的基本组成

稳定性分析是控制理论中的核心，确保系统在受到扰动后能够返回或保持在平衡状态。

稳定性分析

反馈控制是通过测量输出并将其与期望值比较，调整输入以减少误差，实现系统稳定。

反馈控制原理

传递函数描述了系统输入与输出之间的关系，频率响应则展示了系统对不同频率信号的反应。

传递函数与频率响应

控制系统设计

03

控制器设计原理

通过劳斯稳定判据等方法分析系统稳定性，确保控制器设计满足性能要求。

稳定性分析

01

02

利用波特图和奈奎斯特图等工具分析系统频率响应，优化控制器参数。

频率响应法

03

采用状态空间方法设计控制器，通过状态反馈和观测器实现系统性能的精确控制。

状态空间设计

系统稳定性分析

利用劳斯稳定判据或奈奎斯特准则，可以判定闭环系统的稳定性。

稳定性判定方法

通过绘制根轨迹图，分析系统极点随参数变化的轨迹，以评估系统稳定性。

根轨迹分析

通过波特图或奈奎斯特图，观察系统频率响应，判断系统是否稳定。

频率响应分析

调节器与补偿器设计

设计调节器与补偿器时，工程师需面对模型不确定性、参数变化等挑战，确保系统在各种条件下都能稳定运行。

设计过程中的挑战

03

补偿器用于改善系统的动态响应，如相位滞后补偿器可提高系统的快速性和稳定性。

补偿器的作用

02

调节器设计需确保系统稳定性，通常采用PID控制器，通过调整比例、积分、微分参数来优化性能。

调节器设计原则

01

现代控制理论

04

状态空间分析法

状态空间分析法中，系统状态是指能够唯一确定系统未来行为的最小变量集合。

系统状态的定义

01

通过列出系统的微分方程，可以建立状态空间模型，描述系统动态行为。

状态方程的建立

02

状态空间分析法可以用来判断系统是否可以通过输入控制其状态（可控性），以及状态是否可以通过输出观测到（可观测性）。

可控性和可观测性

03

利用状态空间模型，可以设计状态反馈控制器，实现对系统动态性能的精确控制。

状态反馈控制器设计

04

系统辨识与自适应控制

系统辨识是通过观测输入输出数据来建立数学模型的过程，如工业过程控制中的参数估计。

系统辨识基础

结合系统辨识和自适应控制可以实现对复杂系统的精确控制，如智能交通信号控制系统。

辨识与控制的结合应用

自适应控制通过实时调整控制器参数来应对系统动态特性的变化，例如飞行器的自动驾驶系统。

自适应控制原理

01

02

03