《自動控制原理》第五版,比較全面地闡述了自動控制的基本理論與應用。自動控制原理是作為自動化相關專業的必修課以及考研專業課考察課，對大學生學習較為重要的一門課，是學習MATLAB等軟體的基礎。
工具/原料
自動控制原理(第5版) 胡壽鬆主編
方法/步驟
第一章 自動控制的一般概念
1-1 自動控制的基本原理與方式
1-2 自動控制系統示例
1-3 自動控制系統的分類
1-4 對自動控制系統的基本要求
1-5 自動控制系統的分析與設計工具
知識點總結
1 閉環系統（或反饋系統）的特徵：採用負反饋，系統的被控變數對控制作用有直接影響，即被控變數對自己有控制作用 。
2 典型閉環系統的功能框圖。
重要的概念與名詞
自動控制 在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控物件或過程按照預定的規律執行。
自動控制系統 由控制器和被控物件組成，能夠實現自動控制任務的系統。 被控制量 在控制系統中．按規定的任務需要加以控制的物理量。
控制量 作為被控制量的控制指令而加給系統的輸入星．也稱控制輸入。
擾動量 干擾或破壞系統按預定規律執行的輸入量，也稱擾動輸入或干擾掐入。
反饋 通過測量變換裝置將系統或元件的輸出量反送到輸入端，與輸入訊號相比較。 反送到輸入端的訊號稱為反饋訊號。
負反饋 反饋訊號與輸人訊號相減，其差為偏差訊號。
負反饋控制原理 檢測偏差用以消除偏差。將系統的輸出訊號引回插入端與輸入訊號相減，形成偏差訊號。然後根據偏差訊號產生相應的控制作用，力圖消除或減少偏差的過程。
開環控制系統 系統的輸入和輸出之間不存在反饋迴路，輸出量對系統的控制作用沒有影響，這樣的系統稱為開環控制系統。開環控制又分為無擾動補償和有擾動補償兩種。
閉環控制系統 凡是系統輸出端與輸入端存在反饋迴路，即輸出量對控制作用有直接影響的系統，叫作閉環控制系統。
複合控制系統 複合控制系統是一種將開環控制和閉環控制結合在一起的控制系統。它在閉環控制的基礎上，用開環方式提供一個控制輸入訊號或擾動輸入訊號的順饋通道，用以提高系統的精度。
組成一個自動控制系統通常包括以下基本元件
1．給定元件
給出與被控制量希望位相對應的控制輸入訊號(給定訊號)，這個控制輸入訊號的量綱要與主反饋訊號的量綱相同。給定元件通常不在閉環迴路中。
2．測量元件
測量元件也叫感測器，用於測量被控制量，產生與被控制量有一定函式關係的訊號
被控制量成比例或與其導數成比例的訊號。測量元件的精度直接影響控制系統的精度應使測量元件的精度高於系統的精度，還要有足夠寬的頻帶。
3．比較無件
用於比較控制量和反饋量併產生偏差訊號。電橋、運算放大器可作為電訊號的比較元件。有些比較元件與測量元件是結合在一起的，如測角位移的旋轉變壓器和自整角機等。
4．放大元件
對訊號進行幅值或功率的放大，以及訊號形式的變換．如交流變直流的相敏整流或直流變交流的相敏調製。
5．執行元件
用於操縱被控物件，如機械位移系統中的電動機、液壓伺服馬達、溫度控制系統中的加熱裝置。執行元件的選擇應具有足夠大的功率和足夠寬的頻帶。
6．校正元件
用於改善系統的動態和穩態效能。根據被控物件特點和效能指標的要求而設計。校正元件串聯在由偏差訊號到被控制訊號間的前向通道中的稱為串聯校正；校正元件在反饋迴路中的稱為反饋校正。
7．被控物件
控制系統所要控制的物件，例如水箱水位控制系統中的水箱、房間溫度控制系統中的房間、火炮隨動系統中的火炮、電動機轉速控制系統中電機所帶的負載等。設計控制系統時，認為被控物件是不可改變的，它的輸出即為控制系統的被控制量。
8．能源元件
為控制系統提供能源的元件，在方框圖中通常不畫出。
對控制系統的基本要求
1．穩定性
穩定性是系統正常工作的必要條件。
2．準確性
要求過渡過程結束後，系統的穩態精度比較高，穩態誤差比較小．或者對某種典型輸入訊號的穩態誤差為零。
3．快速性
系統的響應速度快、過渡過程時間短、超調量小。系統的穩定性足夠好、頻帶足夠寬，才可能實現快速性的要求。
第二章 控制系統的數學模型
2-1 控制系統的時域數學模型
2-2 控制系統的複數域數學模型
2-3 控制系統的結構圖與訊號流圖
2-4 控制系統建模例項
知識點總結
1、建立系統的微分方程
2、繪製動態框圖並求傳遞函式。
3、傳遞函式
在零初始條件下，系統輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比稱為傳遞函式。傳遞函式的概念適用於線性定常單輸入、單輸出系統。
求傳遞函式通常有兩種方法：對系統的微分方程取拉氏變換，或化簡系統的動態方框圖。對於由電阻、電感、電容元件組成的電氣網路，一般採用運算阻抗的方法求傳遞函式。
4、結構圖的變換與化簡
化簡方框圖是求傳遞函式的常用方法。對方框圖進行變換和化簡時要遵循等效原則：對任一環節進行變換時，變換前後該環節的輸人量、輸出量及其相互關係應保持不變。
化簡方框圖的主要方法就是將串聯環節、並聯環節和基本反饋環節用一個等效環節代替。化簡方框圖的關鍵是解除交叉結構，即移動分支點或相加點，使被簡化的環節中不存在與外部直接相連的分支點和相加點。
5、利用梅森(Mason)公式求傳遞函式。
第三章 線性系統的時域分析法
3-1 系統時間響應的效能指標
3-2 一階系統的時域分析
3-3 二階系統的時域分析
3-4 高階系統的時域分析
3-5 線性系統的穩定性分析
3-6 線性系統的穩態誤差計算
3-7 控制系統時域設計
知識點：
控制系統時域動態效能指標的定義與計算
系統穩定性的定義與判斷法則
二階系統動態效能分析以及改善措施
誤差的定義、穩態誤差的計算以及提高穩態精度的措施
基本要求：
一階系統階躍響應的求法以及動態效能指標的計算公式
典型欠阻尼二階系統動態效能指標的計算、效能指標與特徵根的關係
改善二階系統動態效能指標的方法
主導極點與偶極子的概念及其應用
古爾維茨判據、勞斯判據及其應用
靜態誤差係數、系統型別、穩態誤差的計算
擾動引起的誤差的定義與計算方法
減小和消除穩態誤差的方法
第四章 線性系統的根軌跡法
4-1 根軌跡法的基本概念
4-2 根軌跡繪製的基本法則
4-3 廣義根軌跡
4-4 系統性能的分析
4-5 控制系統復域設計
知識點總結
1、根軌跡中，開環傳遞函式G（s）H(s)的標準形式
2、根軌跡方程 相角條件：繪製根軌跡的充要條件 幅值條件
3、根軌跡法的繪製規則。
4、能用根軌跡法分析系統的主要效能，掌握閉環主導極點與動態效能指標之間的關係。能定性分析閉環主導極點以外的零、極點對動態效能的影響。
第五章 線性系統的頻域分析法
5-1 頻率特性
5-2 典型環節與開環系統的頻率特性
5-3 頻率域穩定判據
5-4 穩定裕度
5-5 閉環系統的頻域效能指標
5-6 控制系統頻域設計
第六章 線性系統的校正方法
6-1 系統的設計與校正問題
6-2 常用校正裝置及其特性
6-3 串聯校正
6-4 反饋校正
6-5 複合校正
6-6 控制系統校正設計
線性系統的校正方法知識點總結：
系統的設計與校正問題
常用校正裝置及其特性
串聯校正
複合校正
基本要求：
串聯超前校正和串聯滯後校正的實質、作用
串聯超前校正網路、串聯滯後校正網路、串聯滯後-超前校正網路的設計（尤其是希望特性法）、PID校正的特點
複合校正網路的設計
第七章 線性離散系統的分析與校正
7-1 離散系統的基本概念
7-2 訊號的取樣與保持
7-3 z變換理論
7-4 離散系統的數學模型
7-5 離散系統的穩定性與穩態誤差
7-6 離散系統的動態效能分析
7-7 離散系統的數字校正
7-8 離散控制系統設計
知識點總結：
離散系統的基本概念
訊號的取樣與保持
離散系統的數學模型
離散系統的穩定性與穩態誤差
動態效能分析
離散系統的數字校正
基本要求：
取樣與保持的物理描述與數學描述、夏農取樣定理
零階保持器的數學描述及其頻率特性
差分方程的概念、差分方程的建立與求解
脈衝傳遞函式的概念、用Z變換方法求系統的輸出響應
Z域穩定判據、W域穩定判據
離散系統的效能分析
第八章 非線性控制系統分析
8-1 非線性控制系統概述
8-2 常見非線性特性及其對系統運動的影響
8-3 相平面法
8-4 描述函式法
8-5 非線性控制的逆系統方法
8-6 非線性控制系統設計
知識點：
非線性控制系統概述
常見非線性特性及其對系統運動的影響 描述函式法
相平面法
基本要求：
非線性系統的等效變換
負倒描述函式曲線的繪製
非線性系統穩定性的判斷
自激振盪的判斷及自振引數的確定
線性系統的相軌跡繪製
開關線、奇點及其型別、極限環等概念
第九章 線性系統的狀態空間分析與綜合
9-1 線性系統的狀態空間描述
9-2 線性系統的可控性與可觀測性
9-3 線性定常系統的反饋結構及狀態觀測器
9-4 李雅普諾夫穩定性分析
9-5 控制系統狀態空間設計
第十章 動態系統的最優控制方法
10-1 最優控制的一般概念
10-2 最優控制中的變分法
10-3 極小值原理及其應用
10-4 線性二次型問題的最優控制
10-5 動態規劃
10-6 控制系統優化設計
