冯浩源《自动控制原理》第1章概述与数学模型

《自动控制原理》冯浩源第五版课程大纲详析 该课程主要针对自动化专业的学生，旨在教授自动控制的基本理论与应用，是该专业一门重要的基础理论课程。课程内容覆盖了非线性和线性控制系统的广泛分析方法。 1. **非线性控制系统分析**（8学时）： - **相平面分析**：通过对系统的状态变量在相平面上的描绘，研究其稳定性和轨迹，这是一种直观理解非线性系统行为的方法。 - **描述函数分析**：这是一种基于频率响应的工具，用于分析系统的动态特性，尤其是在分析系统的频率特性时非常有用。 - **稳定性分析**：探讨非线性系统的稳定性边界条件，包括局部稳定性和全局稳定性，这对于理解和设计稳定性良好的系统至关重要。 2. **线性系统状态空间分析**（9学时）： - **状态空间的描述**：介绍状态空间模型，它是线性系统的统一数学表示，能够清晰地展示系统的动态特性。 - **可控性与可观测性**：分析系统是否可以通过输入完全控制输出，以及输出是否可以完全反映系统的状态，这两个性质对于系统的设计和分析非常重要。 - **反馈结构与状态观测器**：讲解如何利用反馈来改善系统性能，以及状态观测器的作用，即如何估计系统内部状态，以便于控制。 3. **线性控制系统的分析方法**（共15学时）： - **时域分析**：如微分方程求解、阶跃响应分析等，用来理解系统的动态响应。 - **根轨迹分析**：一种绘制系统根轨迹图的工具，有助于确定系统稳定性及设计参数范围。 - **频域分析**：通过Bode图或Nyquist图，研究系统在不同频率下的响应，有助于评估滤波和稳定性。 4. **线性离散系统**： - **理论基础**：介绍离散时间系统的数学模型和特性。 - **性能分析**：探讨稳态误差和动态性能，如上升时间、超调量等。 - **系统校正与设计**：如何通过数字技术改进离散系统的性能。 5. **MATLAB应用技术**：课程中融入了MATLAB软件的使用，让学生学习如何利用这个强大的工具进行系统仿真、分析和设计。 通过本课程，学生应能掌握以下关键知识点： - 自动控制系统的基本概念、分类和要求。 - 控制系统的数学模型建立与可视化。 - 线性控制系统的关键分析与设计方法。 - 非线性系统的两种常用分析手段。 - 线性状态空间分析的理解和应用。 这门课程的学习不仅有助于学生在理论层面深化对自动控制原理的理解，也为他们后续专业课程的学习打下坚实的基础。