电子教案-自动控制原理及其应用(第4版_黄坚)课件-4.4
- 格式:ppt
- 大小:1.39 MB
- 文档页数:15
自动控制原理电子教案第一章:绪论1.1 自动控制的概念解释自动控制的定义强调自动控制在现代工业和日常生活中的重要性1.2 自动控制系统的分类介绍开环控制系统和闭环控制系统解释数字控制系统和模拟控制系统的区别1.3 自动控制系统的性能指标介绍稳定性、线性、收敛性和鲁棒性等性能指标解释这些指标对系统性能的影响第二章:反馈控制系统2.1 反馈控制系统的组成介绍控制器、执行器和传感器的功能和作用2.2 反馈控制系统的类型解释正反馈和负反馈的区别和应用场景2.3 控制器的设计方法介绍PID控制器和模糊控制器的原理和方法第三章:线性系统的状态空间分析3.1 状态空间表示法介绍状态空间的概念和数学表示方法3.2 状态方程和输出方程推导状态方程和输出方程的求解方法3.3 线性系统的可控性和可观测性解释可控性和可观测性的概念和判断方法第四章:非线性控制系统分析4.1 非线性系统的分类介绍线性与非线性的区别和常见的非线性特性4.2 非线性方程的求解方法解释求解非线性方程的数值方法和解析方法4.3 非线性控制系统的稳定性分析介绍李雅普诺夫理论和Lyapunov 函数的应用第五章:现代控制理论5.1 现代控制理论的概念解释现代控制理论的背景和发展5.2 鲁棒控制理论介绍鲁棒控制的概念和设计方法5.3 自适应控制理论解释自适应控制的概念和应用场景第六章:控制系统的设计方法6.1 系统设计的基本原则介绍控制系统设计中的稳定性、准确性和快速性原则6.2 控制器设计方法详细讲解PID控制器、模糊控制器、自适应控制器的设计步骤和注意事项6.3 系统仿真与实验介绍使用MATLAB等工具进行控制系统仿真的方法强调实验在控制系统教学和工程应用中的重要性第七章:线性调节器的设计7.1 调节器的作用与分类解释调节器的作用以及比例、积分、微分调节器的特点7.2 调节器的设计方法介绍Ziegler-Nichols方法等经典调节器设计方法7.3 调节器的参数整定讲解如何通过观察系统响应来整定调节器参数第八章:系统辩识8.1 系统辩识的基本概念解释系统辩识的目的和方法8.2 输入输出数据采集介绍如何采集系统的输入输出数据8.3 系统模型的建立与参数估计讲解如何根据采集到的数据建立数学模型并进行参数估计第九章:数字控制系统9.1 数字控制系统的组成介绍数字控制系统的硬件和软件组成部分9.2 数字控制算法详细讲解离散PID控制、模糊控制等数字控制算法9.3 数字控制器的实现介绍如何实现数字控制器,包括硬件实现和软件实现第十章:自动控制系统的应用10.1 工业自动化讲解自动控制系统在工业生产中的应用案例10.2 家居自动化介绍自动控制系统在智能家居中的应用案例10.3 汽车自动化探讨自动控制系统在现代汽车工业中的应用案例重点和难点解析重点环节:1. 自动控制的概念和分类2. 反馈控制系统的组成和类型3. 状态空间分析方法4. 非线性控制系统分析5. 现代控制理论6. 控制系统的设计方法和步骤7. 调节器的设计和参数整定8. 系统辩识的方法和模型建立9. 数字控制系统的组成和算法实现10. 自动控制系统的应用案例难点解析:1. 自动控制的概念和分类:理解自动控制的基本原理和不同类型控制系统的特点。
一、教案基本信息自动控制原理电子教案课时安排:45分钟教学目标:1. 理解自动控制的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的分类和特点。
3. 了解常用自动控制器的原理和应用。
教学方法:1. 讲授:讲解自动控制的基本概念、原理和特点。
2. 互动:提问和回答,让学生积极参与课堂讨论。
3. 案例分析:分析实际应用中的自动控制系统,加深学生对知识的理解。
教学工具:1. 投影仪:用于展示PPT和视频资料。
2. 计算机:用于播放教学视频和演示软件。
二、教学内容和步骤1. 自动控制的基本概念(5分钟)讲解自动控制系统的定义、作用和基本组成。
通过举例说明自动控制系统在实际中的应用,如温度控制、速度控制等。
2. 自动控制系统的分类和特点(10分钟)讲解自动控制系统的分类,包括线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、开环系统和闭环系统等。
介绍各种系统的特点和应用场景。
3. 常用自动控制器原理和应用(15分钟)介绍常用的自动控制器,如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
讲解其原理和结构,并通过实际案例分析其应用。
4. 课堂互动(5分钟)提问和回答环节,让学生积极参与课堂讨论,巩固所学知识。
可以设置一些选择题或简答题,检查学生对自动控制原理的理解。
三、教学评价1. 课堂表现:观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等。
2. 作业完成情况:检查学生作业的完成质量,包括答案的正确性、解题思路的清晰性等。
3. 课程测试:在课程结束后进行一次测试,检验学生对自动控制原理的掌握程度。
四、教学资源1.PPT:制作精美的PPT,用于展示教学内容和实例。
2. 视频资料:收集相关自动控制原理的教学视频,用于辅助讲解和演示。
3. 案例分析:挑选一些实际应用中的自动控制系统案例,用于分析和学习。
五、教学拓展1. 开展课后讨论:鼓励学生在课后组成学习小组,针对课堂所学内容进行讨论和交流。
2. 参观实验室:组织学生参观自动控制实验室,实地了解自动控制系统的原理和应用。
自动控制原理电子教案第 1 次课授课时间2学时授课题目(章、节)第一章绪论(1-3节)主要内容1.自动控制在各领域的应用2.自动控制的作用3.自动控制定义:自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量自动地按预先给定的规律去运行。
4.自动控制系统的基本职能元件及基本框图等5.开环控制与闭环控制目的与要求了解自动控制系统的基本职能元件、基本术语及方框图掌握自动控制定义掌握开环、闭环控制的定义、基本框图重点与难点重点:自动控制的定义、开环控制与闭环控制的定义及框图教学手段授课、例题讲解思考题或作业题1-21.1 引言 无论是人们的日常生活、工业生产,还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中,自动控制技术无所不在、无所不能。
自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。
自动控制技术是建立在控制论基础上的,而控制论研究的是控制的一般性理论,它不具体面对某一类控制系统的,因此它是一门以理论为主的课程。
自动控制理论是一门理论性和工程性的综合科学。
1.控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论(也即,它是研究系统共性的控制过程的理论,可以把实际对象的物理涵义抽象出来,因此,它一定是以数学工具作为主要研究手段的)。
2.控制理论的研究对象 控制论的研究是面向系统的。
广义地讲:控制论是研究信息的产生、转换、传递、控制和预报的科学; 狭义地讲:根据期望的输出来改变控制输入,使系统的输出能达到某中预期的效果。
3.控制论与数学及自动化技术的关系 控制论是应用数学的一个分支,它的某些理论的研究还要借助于抽象数学。
而控制论的研究成果若要应用于实际工程中,就必须在理论概念与用来解决这些实际问题的实用方法之间架起一座桥梁。
1.2 自动控制和自动控制系统 1.2.1自动控制问题的提出 人们存在着一种普遍的要求或希望,即要求某些物理量维持在某种特定的(如恒定不变或按某种规律变化或跟踪某个变化的量等等)标准上。
第一章自动控制的基本知识⏹ 1.1自动控制的一般概念⏹ 1.2自动控制系统的组成⏹ 1.3自动控制系统的类型⏹ 1.4 对控制系统性能的要求1.1.1自动控制技术⏹自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。
自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化,提高了生产效率和产品质量,尤其在人类不能直接参与工作的场合,就更离不开自动控制技术了。
自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。
1.1.2自动控制理论的发展过程⏹1945年之前,属于控制理论的萌芽期。
⏹1945年,美国人伯德(Bode)的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础,至此进入经典控制理论时期,此时已形成完整的自动控制理论体系。
⏹二十世纪六十年代初。
用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”(卡尔曼Kalman)奠定了现代控制理论的基础。
现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统,高精度复杂系统的控制问题,主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法,提出了最优控制等问题。
⏹七十年代以后,各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂,自动控制理论继续发展,进入了大系统和智能控制时期。
例如智能机器人的出现,就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。
1.2自动控制系统的组成1.2.1自动控制系统的结构与反馈控制理论⏹图中为放水阀,为进水阀,水箱希望的液位高度为。
当放水使得水箱液位降低而被人眼看到,人就会打开进水阀,随着液位的上升,人用大脑比较并判断水箱液位达到时,就会关掉。
若判断进水使得实际液位略高于,则需要打开放水而保证液位高度。
⏹在这个过程中,人参与了以下三个方面的工作:⏹用眼睛观察到实际液面的下降(实际液面高度);⏹用大脑将实际液面与要求液面高度进行比较(与产生偏差);⏹根据比较的结果(与偏差的正负),用手操作阀的开启或闭合。