自动控制原理综述
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摘要：《自动控制原理》阐述了经典控制理论的基本概念、原理和自动控制系统的各种分析方法，主要内容包括线性连续系统与离散系统的时域和频域理论，如系统的动态性能、静态性能、稳定性的分析和各种设计方法的运用等。PID控制是一种很好的控制模式，其产品已在工程实际中得到了广泛的应用。《自动控制理论》是一门主要研究自动控制系统基础理论、系统分析和设计本技术的专业基础课程，也是自动控制相关专业的一门重要的基础理论课程，与工程实践密不可分。
Abstract:"Automatic Control Theory " describes the basic concepts of classical control theory, automatic control system theory and analysis methods, mainly including the linear continuous system with discrete system theory of time domain and frequency domain, such as the dynamic performance and static Performance, stability analysis and the use of various design methods and so on. PID control is a very good control model, and its products have been obtained in engineering practice a wide range of applications. "Automatic Control Theory " is a main basic theory of automatic control systems, systems analysis and design of the technology professional foundation courses, is also related to automatic control of an important professional basic theory courses, and engineering practice are inseparable.
课程内容
《自动控制原理》比较全面地阐述自动控制的基本理论及应用。内容包括：线性系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域特性分析、线性离散系统的设计与校正、非线性系统分析、书中部分章节适当增加了MATLAB应用的内容。
PID控制器
PID控制器是一种线性的控制器，它根据给定值r(t)和实际输出值c(t)构成控制偏差：e(t)=r(t)-c(t)
将偏差的比例（p）、积分（I）、微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。PID控制结构图（如图2.1所示），其输入e(t)与输出u(t)的关系为
其传递函数形式为
式中 u(t)——输出信号
e(t)——偏差信号（是给定信号r(t)与被控对象输出信号y(t)之差）
kP——比例系数
ki——积分系数，ki = kP/TI
kd——微分系数，kd = kdTD
现状
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
PID控制是最实用化的控制方式，指的是一项流行的线性控制策略，它是对偏差信号e(t)进行比例、积分、微分运算变换后形成的一种控制规律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。PID控制是一种很好的控制模式，其产品已在工程实际中得到了广泛的应用。
在工程实际中，应用最为广泛的控制器也是PID控制器。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。模拟PID控制系统的原理框图（如图1所示），系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
图1 PID控制系统原理框图
发展趋势
PID控制技术的发展可以分为两个阶段。20世纪30年代晚期微分控制的加入标志着PID控制成为一种标准结构。第一个阶段为发明阶段( 1900 ～1940 ) 。PID控制的思想逐渐明确,气动反馈放大器被发明,仪表工业的重心放在实际PID 控制器的结构设计上。1940年以后是第二阶段——革新阶段。在革新阶段, PID 控制器已经发展成一种鲁棒的、可靠的、易于应用的控制器。仪表工业的重心是使PID控制技术能跟上工业技术的最新发展。从气动控制到电气控制到电子控制再到数字控制, PID 控制器的体积逐渐缩小,性能不断提高。PID控制至今仍是应用最广泛的一种实用控制器。各种现代控制技术的出现并没有削弱PID控制器的应用,相反,新技术的出现对于PID控制技术的发展起了很大的推动作用。一方面,各种新的控制思想不断被应用于PID控制器的设计之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器,PID控制技术被注入了新的活力。另一方面,某些新控制技术的发展要求更精确的PID控制,从而刺激了PID控制器设计与参数整定技术的发展。
虽然各种现代控制技术频繁的出现，并没有削弱PID控制器的应用。新技术的出现对于PID控制技术的发展起了很大的推动作用。一方面,各种新的控制思想不断被应用于PID控制器的设计之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器,PID控制技术被注入了新的活力。另一方面,某些新控制技术的发展要求更精确的PID控制,从而刺激了PID控制器设计与参数整定技术的发展。
PID 控制的优点：1、原理简单，使用方便。2、适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸等各种生产部门。3、按PID控制进行工作的自动调节器已商品化。4、鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
总结
《自动控制理论》是一门主要研究自动控制系统基础理论、系统分析和设计本技术的专业基础课程，也是自动控制相关专业的一门重要的基础理论课程，与工程实践密不可分。课程目的和任务是使自动化专业的本科生学习《自动控制理论》的基础理论、控制系统的基本分析和设计方法，为今后的学习奠定扎实的基础。继续学习相关课程后，能够及从事国民经济、国防和科研各部门的运动控制、过程控制、机器人智能控制、导航制导与控制、现代集成制造系统、模式识别与智能系统、生物信息学、人工智能及神经网络、系统工程理论与实践、新型传感器、电子与自动检测系统、复杂网络与计算机应用系统等领域的科学研究、技术开发、教学及管理工作。
1．根据课程进程表顺序安排学习内容
《自动控制理论》课程是一门内容复杂、信息量大的课程，因此，应该按照课程进程顺序进行学习，由浅入深，注重基础知识，包括基本概念、基本定理等都是非常必要的。
2．结合实验，加深对理论知识的理解，加强工程实际设计能力
《自动控制理论》课程有我系安排的自动控制理论实验课程。必作实验内容有：典型环节阶跃响应；二阶系统的阶跃响应；控制系统稳定性分析；系统频率特性测量；连续系统串联校正设计等。
实验前要认真阅读实验指导书，实验时认真操作，实验后认真完成实验报告，及时分析、总结实验结果。实验过程中，我们可以通过验证、设计和调试程序等实验环节，达到进一步巩固和理解课堂上讲授的知识，提高动手实践能力和工程实际设计能力。通过实践环节，能够在观察现象、提出问题、分析问题和解决问题方面得到能力上的培养和锻炼。
3．学习中注意归纳总结
《自动控制理论》课程内容庞杂、知识点多，概念多，各部分内容相互交叉，工程实践性强。所以在学习过程的对每一阶段学习都应进行归纳总结。这不仅可以帮助学好《自动控制理论》课程，更可以培养良好的学习习惯。
《自动控制理论》课程老师多媒体和板书相结合，可以帮助加深理解。同时，包含重点例题重点讲解环节。我们应认真对待和参与课堂讨论，在勇于表达自己观点的同时，实际上这也是努力思考的过程。同时，要倾听其他同学的观点，开阔思路，学会从不同角度考虑问题，这样对所学的的知识掌握得更牢固更深入。
4．课后独立完成作业
习题练习是学习的重要环节。本课程提供了一定数量的习题、思考题，对每节课堂内容课后要及时做作业，通过典型习题理解和加深课堂所学知识。
参考文献：1）《自动控制原理》 胡寿松 第五版 科学出版社
3）《自动控制原理》 孟庆明 高等教育出版社
2）新型PID控制及其应用[M] 陶永华等. 北京：机械工业出版社
第二篇：自动控制原理学习总结
自动控制原理学习总结
班级：09自动化2班 姓名：朱猛 学号：0905071015
自动控制原理是自动控制理论的基础，其主要内容包括：自动控制系统的基本组成和结构、自动控制系统的性能指标，自动控制系统的类型（连续、离散、线性、非线性等）及特点、自动控制系统的分析（时域法、频域法等）和设计方法等。
控制(Control):是指为了改善系统的性能或达到特定的目的,通过对系统有关信息的采集和加工而施加到系统的作用。系统是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。自动控制系统)由控制器、执行器、传感器和被控对象等相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。反馈控制方式 按偏差进行控制，具有抑制扰动对被控量产生影响的能力和较高的控制精度。
控制系统的数学模型是描述系统输入、输出变量,以及内部各变量之间关系的数学表达式。传递函数线性定常系统在零初始条件下,输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比,用G(s)表示。
零初始条件是指在t=0时刻,系统的输入、输出及其它们的各阶导数均为零。控制系统的动态结构图是系统数学模型的图解化,由信号线、分支点、相加点、方框四种符号组成。控制系统的开环传递函数是指断开系统的主反馈通路,这时前向通路的传递函数与反馈通路的传递函数的乘积。误差传递函数是指根据系统误差的定义,误差的拉普拉斯变换与作用信号拉普拉斯变换之比。
时域分析指根据控制系统在一定输入作用下的时间响应来分析系统的瞬态过程和稳态过程的性能的一种方法。线性系统稳定的充要条件:系统特征方程的所有根都具有负的实部,或者说都位于根平面的左半平面。可以依据代数判据、根轨迹、频率特性等来判定。
根轨迹:是指控制系统开环传递函数某一参数从零变化到无穷大时,闭环系统特征方程的根在S平面上变化的轨迹。根轨迹分析法:是在已知控制系统开环传递函数的零、极点分布的基础上,研究一个或某些参数的变化对特征方程的根影响,进而得到系统性能与参数的关系的一种图解方法。
频率响应是指在正弦信号作用下,系统输出的稳态分量。频率特性:是指线性系统在正弦信号作用下,稳态输出的相量与输入相量之比。工程上常用图形来表示频率特性，常用的有：
极坐标图，也称奈奎斯特(Nyquist)图;对数坐标图，也称伯德(Bode)图;对数幅相频率特性图,也称尼柯尔斯(Nichols)图。最小相位系统:是指系统的开环传递函数的零、极点均位于根平面的左半平面。非最小相位系统:是指系统的开环传递函数有零点或极点位于根平面的右半平面。相对稳定性:对于最小相位系统,衡量相对稳定性的指标是相角裕度γ和幅值裕度Κg。
校正就是采用适当方式，在系统中加入一些参数可调整的装置（校正装置），用以改变系统结构，进一步提高系统的性能，使系统满足指标要求。常用的校正方式有：串联校正，反馈校正，复合校正。
通过学习本课程，我了解了有关自动控制系统的运行机理、控制器参数对系统性能的影响以及自动控制系统的各种分析和设计方法等。在学习方法上，我认为理解是接受知识的前提，其次，课余时间应该多做些题，老师的授课内容应该反复看，内容很经典，希望在以后的学习中更加努力，学好本专业课程。
第三篇：自动控制原理总结
自动控制原理综述
姓名：
学号：
专业：
摘要：《自动控制原理》阐述了经典控制理论的基本概念、原理和自动控制系统的各种分析方法，主要内容包括线性连续系统与离散系统的时域和频域理论，如系统的动态性能、静态性能、稳定性的分析和各种设计方法的运用等。PID控制是一种很好的控制模式，其产品已在工程实际中得到了广泛的应用。《自动控制理论》是一门主要研究自动控制系统基础理论、系统分析和设计本技术的专业基础课程，也是自动控制相关专业的一门重要的基础理论课程，与工程实践密不可分。
Abstract:"Automatic Control Theory " describes the basic concepts of classical control theory, automatic control system theory and analysis methods, mainly including the linear continuous system with discrete system theory of time domain and frequency domain, such as the dynamic performance and static Performance, stability analysis and the use of various design methods and so on. PID control is a very good control model, and its products have been obtained in engineering practice a wide range of applications. "Automatic Control Theory " is a main basic theory of automatic control systems, systems analysis and design of the technology professional foundation courses, is also related to automatic control of an important professional basic theory courses, and engineering practice are inseparable.
课程内容
《自动控制原理》比较全面地阐述自动控制的基本理论及应用。内容包括：线性系统的数学模型、时域分析、根轨迹法、频域特性分析、线性离散系统的设计与校正、非线性系统分析、书中部分章节适当增加了MATLAB应用的内容。
PID控制器
PID控制器是一种线性的控制器，它根据给定值r(t)和实际输出值c(t)构成控制偏差：e(t)=r(t)-c(t)
将偏差的比例（p）、积分（I）、微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。PID控制结构图（如图2.1所示），其输入e(t)与输出u(t)的关系为
其传递函数形式为
式中 u(t)——输出信号
e(t)——偏差信号（是给定信号r(t)与被控对象输出信号y(t)之差）
kP——比例系数
ki——积分系数，ki = kP/TI
kd——微分系数，kd = kdTD
现状
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
PID控制是最实用化的控制方式，指的是一项流行的线性控制策略，它是对偏差信号e(t)进行比例、积分、微分运算变换后形成的一种控制规律，基本思想是“利用偏差、消除偏差”。PID控制是一种很好的控制模式，其产品已在工程实际中得到了广泛的应用。
在工程实际中，应用最为广泛的控制器也是PID控制器。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。模拟PID控制系统的原理框图（如图1所示），系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
图1 PID控制系统原理框图
发展趋势
PID控制技术的发展可以分为两个阶段。20世纪30年代晚期微分控制的加入标志着PID控制成为一种标准结构。第一个阶段为发明阶段( 1900 ～1940 ) 。PID控制的思想逐渐明确,气动反馈放大器被发明,仪表工业的重心放在实际PID 控制器的结构设计上。1940年以后是第二阶段——革新阶段。在革新阶段, PID 控制器已经发展成一种鲁棒的、可靠的、易于应用的控制器。仪表工业的重心是使PID控制技术能跟上工业技术的最新发展。从气动控制到电气控制到电子控制再到数字控制, PID 控制器的体积逐渐缩小,性能不断提高。PID控制至今仍是应用最广泛的一种实用控制器。各种现代控制技术的出现并没有削弱PID控制器的应用,相反,新技术的出现对于PID控制技术的发展起了很大的推动作用。一方面,各种新的控制思想不断被应用于PID控制器的设计之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器,PID控制技术被注入了新的活力。另一方面,某些新控制技术的发展要求更精确的PID控制,从而刺激了PID控制器设计与参数整定技术的发展。
虽然各种现代控制技术频繁的出现，并没有削弱PID控制器的应用。新技术的出现对于PID控制技术的发展起了很大的推动作用。一方面,各种新的控制思想不断被应用于PID控制器的设计之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器,PID控制技术被注入了新的活力。另一方面,某些新控制技术的发展要求更精确的PID控制,从而刺激了PID控制器设计与参数整定技术的发展。
PID 控制的优点：1、原理简单，使用方便。2、适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸等各种生产部门。3、按PID控制进行工作的自动调节器已商品化。4、鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
总结
《自动控制理论》是一门主要研究自动控制系统基础理论、系统分析和设计本技术的专业基础课程，也是自动控制相关专业的一门重要的基础理论课程，与工程实践密不可分。课程目的和任务是使自动化专业的本科生学习《自动控制理论》的基础理论、控制系统的基本分析和设计方法，为今后的学习奠定扎实的基础。继续学习相关课程后，能够及从事国民经济、国防和科研各部门的运动控制、过程控制、机器人智能控制、导航制导与控制、现代集成制造系统、模式识别与智能系统、生物信息学、人工智能及神经网络、系统工程理论与实践、新型传感器、电子与自动检测系统、复杂网络与计算机应用系统等领域的科学研究、技术开发、教学及管理工作。
1．根据课程进程表顺序安排学习内容
《自动控制理论》课程是一门内容复杂、信息量大的课程，因此，应该按照课程进程顺序进行学习，由浅入深，注重基础知识，包括基本概念、基本定理等都是非常必要的。
2．结合实验，加深对理论知识的理解，加强工程实际设计能力
《自动控制理论》课程有我系安排的自动控制理论实验课程。必作实验内容有：典型环节阶跃响应；二阶系统的阶跃响应；控制系统稳定性分析；系统频率特性测量；连续系统串联校正设计等。
实验前要认真阅读实验指导书，实验时认真操作，实验后认真完成实验报告，及时分析、总结实验结果。实验过程中，我们可以通过验证、设计和调试程序等实验环节，达到进一步巩固和理解课堂上讲授的知识，提高动手实践能力和工程实际设计能力。通过实践环节，能够在观察现象、提出问题、分析问题和解决问题方面得到能力上的培养和锻炼。
3．学习中注意归纳总结
《自动控制理论》课程内容庞杂、知识点多，概念多，各部分内容相互交叉，工程实践性强。所以在学习过程的对每一阶段学习都应进行归纳总结。这不仅可以帮助学好《自动控制理论》课程，更可以培养良好的学习习惯。
《自动控制理论》课程老师多媒体和板书相结合，可以帮助加深理解。同时，包含重点例题重点讲解环节。我们应认真对待和参与课堂讨论，在勇于表达自己观点的同时，实际上这也是努力思考的过程。同时，要倾听其他同学的观点，开阔思路，学会从不同角度考虑问题，这样对所学的的知识掌握得更牢固更深入。
4．课后独立完成作业
习题练习是学习的重要环节。本课程提供了一定数量的习题、思考题，对每节课堂内容课后要及时做作业，通过典型习题理解和加深课堂所学知识。
参考文献：1）《自动控制原理》 胡寿松 第五版 科学出版社
3）《自动控制原理》 孟庆明 高等教育出版社
2）新型PID控制及其应用[M] 陶永华等. 北京：机械工业出版社