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自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

發(fā)布時(shí)間:2018-08-23 14:51

課程簡(jiǎn)介

自動(dòng)控制理論是自動(dòng)化學(xué)科核心專業(yè)基礎(chǔ)課,也是研究和設(shè)計(jì)復(fù)雜工程控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。本課程也稱為經(jīng)典控制理論,包含(1)控制系統(tǒng)的概論,著重介紹反饋原理;(2)控制系統(tǒng)的建模,著重介紹微分方程及機(jī)理法建模、拉普拉斯變換、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型和典型控制系統(tǒng)的組成與框圖變換;(3)控制系統(tǒng)的分析及性能評(píng)價(jià),包括動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、結(jié)構(gòu)屬性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能和時(shí)域頻域分析方法;(4)控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì),PID控制器及參數(shù)整定法、超前滯后校正。

展開(kāi) 課程章節(jié)

第一周:緒論及基礎(chǔ)知識(shí)緒論拉普拉斯變換定義及性質(zhì)(一)拉普拉斯變換定義及性質(zhì)(二)卷積定義、定理及性質(zhì)拉普拉斯逆變換及應(yīng)用(一):拉普拉斯逆變換定義拉普拉斯逆變換及應(yīng)用(二):拉普拉斯逆變換應(yīng)用第二周:控制系統(tǒng)的概念及數(shù)學(xué)模型控制的基本概念控制系統(tǒng)的微分方程描述(一)控制系統(tǒng)的微分方程描述(二)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述(一):Laplace變換知識(shí)回顧控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述(二):控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述框圖及其變換(一):傳遞函數(shù)框圖定義及連接方式框圖及其變換(二):傳遞函數(shù)框圖變換信號(hào)流圖控制系統(tǒng)的基本單元非線性單元的線性化第三周:線性系統(tǒng)時(shí)域分析(一)穩(wěn)定性穩(wěn)定的Liapunov定義穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)(一):Routh判據(jù)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)(二):系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件參數(shù)穩(wěn)定性,參數(shù)穩(wěn)定域第四周:線性系統(tǒng)時(shí)域分析(二)靜態(tài)誤差(一):誤差和靜態(tài)誤差定義靜態(tài)誤差(二):靜態(tài)誤差與輸入靜態(tài)誤差(三):靜態(tài)誤差的計(jì)算靜態(tài)誤差(四):系統(tǒng)類型與靜態(tài)誤差的關(guān)系靜態(tài)誤差(五):靜態(tài)誤差的物理和理論解釋靜態(tài)誤差(六):擾動(dòng)引起的靜態(tài)誤差動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的二階近似控制系統(tǒng)的校正第五周:頻率響應(yīng)法(一)頻率特性引言Fourier變換頻率特性函數(shù)頻率特性的圖像基本環(huán)節(jié)的頻率特性復(fù)雜頻率特性的繪制(一)復(fù)雜頻率特性的繪制(二)復(fù)雜頻率特性的繪制(三)第六周:頻率響應(yīng)法(二)閉環(huán)頻率特性Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(一)Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(二)Nyquist穩(wěn)定判據(jù)(三)相對(duì)穩(wěn)定性(穩(wěn)定裕量)從開(kāi)環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)性能基于頻率特性的控制器設(shè)計(jì)思路第七周:根軌跡方法根軌跡方法簡(jiǎn)介根軌跡條件根軌跡性質(zhì)根軌跡的圖像條件穩(wěn)定系統(tǒng)零極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響參數(shù)根軌跡和根軌跡族延時(shí)系統(tǒng)的根軌跡補(bǔ)根軌跡與全根軌跡第八周 系統(tǒng)校正(一)校正問(wèn)題及其實(shí)現(xiàn)方式校正裝置的設(shè)計(jì)方法超前校正裝置的特性基于根軌跡法設(shè)計(jì)超前校正裝置基于Bode圖設(shè)計(jì)超前校正裝置第九周 系統(tǒng)校正(二)滯后校正裝置的特性基于根軌跡法設(shè)計(jì)滯后校正裝置基于Bode 圖設(shè)計(jì)滯后校正裝置超前-滯后校正裝置的特性基于根軌跡法設(shè)計(jì)超前-滯后校正基于Bode圖設(shè)計(jì)超前-滯后校正開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的期望頻率特性反饋校正直線倒立擺控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)第十周 非線性系統(tǒng)分析(一)非線性系統(tǒng)概述非線性系統(tǒng)的典型動(dòng)力學(xué)特征描述函數(shù)法定義描述函數(shù)法求取基于描述函數(shù)的穩(wěn)定性分析非線性系統(tǒng)自持振蕩的分析相平面與相軌跡第十一周 非線性系統(tǒng)分析(二)相軌跡的繪制方法奇點(diǎn)線性系統(tǒng)的相平面分析非線性系統(tǒng)的相平面分析極限環(huán)及其產(chǎn)生條件非線性系統(tǒng)分析小結(jié)第十二周:采樣系統(tǒng)采樣控制系統(tǒng)概述脈沖采樣與理想采樣采樣定理零階保持器z-變換脈沖傳遞函數(shù)(一)脈沖傳遞函數(shù)(二):求脈沖傳遞函數(shù)的一般方法z-平面上采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析w-平面上采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析采樣控制系統(tǒng)的時(shí)域分析修正的z-變換考試環(huán)節(jié)期中考試期末考試

授課教師
  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    趙千川 清華大學(xué) 自動(dòng)化系 教授

    趙千川,男,,清華大學(xué)自動(dòng)化系教授。1992年獲清華大學(xué)自動(dòng)控制工學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位,1996年獲清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。1996年在清華大學(xué)自動(dòng)化系任教,歷任講師、副研究員、教授,F(xiàn)任清華大學(xué)自動(dòng)化系智能與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)研究中心副主任。主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)性能優(yōu)化與安全控制及其在電力、制造、通信、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用。擔(dān)任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)副主任、中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)理事、IEEE RAS智能建筑專業(yè)委員會(huì)主任,IEEE 匯刊“IEEE Transactions on Control of Network Systems” 編委,《控制理論與應(yīng)用》副主編等國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)刊物職位。曾獲國(guó)家自然科獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)(排名第二)、教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(排名第一)。2004年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃,2008年獲清華大學(xué)學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng),2014年獲國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    鐘宜生

    鐘宜生,男,清華大學(xué)自動(dòng)化系教授。1982年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè),同年國(guó)家教委公派赴日本留學(xué),1988年于北海道大學(xué)獲得博士學(xué)位,1991年清華大學(xué)自動(dòng)化系博士后流動(dòng)站出站后留校工作至今。主要從事魯棒控制理論及其應(yīng)用研究,提出基于信號(hào)補(bǔ)償?shù)聂敯艨刂品椒ǎ觊_(kāi)展群系統(tǒng)協(xié)同控制理論及其應(yīng)用研究。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    王凌

    王凌,男,1972年出生, 清華大學(xué)自動(dòng)化系教授、博士生導(dǎo)師。1995年、1999年在清華大學(xué)自動(dòng)化系分別獲學(xué)士,F(xiàn)擔(dān)任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)過(guò)程控制專委會(huì)委員、中國(guó)運(yùn)籌學(xué)會(huì)排序?qū)N瘯?huì)常務(wù)理事、中國(guó)運(yùn)籌學(xué)會(huì)智能工業(yè)數(shù)據(jù)解析與優(yōu)化專委會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能優(yōu)化專委會(huì)常務(wù)理事、北京市自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事。主要從事智能優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度理論與方法及應(yīng)用研究,已主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目20項(xiàng),出版專著4部、譯著1部,發(fā)表論文260余篇,SCI已收錄120篇、EI已收錄210篇、SCI他引2200余次。曾獲2014年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2003年教育部提名國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2007年高等學(xué)校自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2008年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)、2011年中國(guó)電子學(xué)會(huì)信息科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等。獲國(guó)家杰出青年基金、北京市科技新星、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、清華大學(xué)學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)等。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    吳熱冰

    吳熱冰,男,清華大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1993年 畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位,2004年畢業(yè) 于清華大學(xué)自動(dòng)化系獲工學(xué)博士學(xué)位。2005年到2008年,在 普林斯頓大學(xué)化學(xué)系從事博士后研究,2008年回到 清華大學(xué)自動(dòng)化系任教至今。主要研究興趣集中在量子力學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化和反饋控制理論及其實(shí)驗(yàn)研究。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    陳峰

    陳峰,男,1971 年出生,工學(xué)博士,清華大學(xué)自動(dòng)化系教授,博士生導(dǎo)師,控制理論與技術(shù)研究所副所長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事自動(dòng)控制原理課程教學(xué)工作,以及智能信息處理與概率圖模型前沿理論與技術(shù)研究。在相關(guān)領(lǐng)域重要SCI期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇(包括:TIP、TCSVT、SMC等),授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)。2010 年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”。2008年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)(排名第2),2011 年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)(排名第3), 2013年北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)(排名第1)。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    張靖

    張靖,男,清華大學(xué)自動(dòng)化系副教授,博導(dǎo),2001年本科畢業(yè)于清華大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)系,2006年在清華自動(dòng)化系獲博士學(xué)位。主要研究興趣包括:(1)硅芯片微型環(huán)芯腔實(shí)驗(yàn);(2) 量子反饋控制及應(yīng)用;(3) 量子糾纏的度量與控制。負(fù)責(zé)的課程包括:(1) 控制專題(本科);(2) 非線性系統(tǒng)(研究生);(3) 現(xiàn)代控制理論(研究生)。作為第一作者于2011年獲國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)世界大會(huì)青年作者獎(jiǎng)。2012年,入選清華大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科青年人才支持計(jì)劃(221計(jì)劃)。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    趙明國(guó)

    趙明國(guó),男,副教授現(xiàn)任職于清華大學(xué)自動(dòng)化系控制理論與技術(shù)研究所,主要從事機(jī)器人控制的研究與教學(xué)工作。講授本科生課程《自動(dòng)控制原理(2)》、《機(jī)器人控制綜合實(shí)驗(yàn)課》。目前,主要從事雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)行走的基本理論及應(yīng)用研究。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金兩項(xiàng),“863”項(xiàng)目?jī)身?xiàng),國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金兩項(xiàng),國(guó)際合作項(xiàng)目四項(xiàng)。2004年起,指導(dǎo)“清華火神”隊(duì)參加RoboCup四腿組及人形組的比賽,于2008年在RoboCup國(guó)際比賽中獲得人形組TeenSize亞軍,2012年獲得人形組AdultSize亞軍。2007年基于被動(dòng)行走原理提出了“虛擬斜坡行走”方法,在Stepper2D樣機(jī)上實(shí)現(xiàn)了4.48腿長(zhǎng)/秒的雙足機(jī)器人行走速度記錄,與奧林匹克競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的速度相當(dāng)。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    熊智華

    熊智華,男,1971年出生,清華大學(xué)自動(dòng)化系副教授。長(zhǎng)期從事復(fù)雜系統(tǒng)的建模、優(yōu)化、先進(jìn)控制的研究與教學(xué)工作。主要研究方向包括學(xué)習(xí)控制,智能控制,預(yù)測(cè)控制,優(yōu)化控制與監(jiān)控等,主講《自動(dòng)控制理論》、《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》等課程。主持和參與了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃課題等科研項(xiàng)目。在國(guó)內(nèi)外期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了60多篇學(xué)術(shù)論文,為美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)會(huì)員,擔(dān)任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)過(guò)程控制專業(yè)委員會(huì)委員。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    石宗英

    石宗英,清華大學(xué)自動(dòng)化系副教授,控制理論與技術(shù)研究所副所長(zhǎng)。分別于1992年、1994年和2005年在清華大學(xué)自動(dòng)化系獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。研究領(lǐng)域包括群系統(tǒng)控制、無(wú)人直升機(jī)自主導(dǎo)航與控制、視覺(jué)SLAM和機(jī)器人魯棒控制等,發(fā)表及錄用SCI論文20余篇,EI 論文50余篇,F(xiàn)任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)空間及運(yùn)動(dòng)體控制專業(yè)委員會(huì)委員,是IEEE Trans. On Automatic Control、《自動(dòng)化學(xué)報(bào)》等期刊的審稿人,并參與了ACC、CDC 等國(guó)際會(huì)議的論文評(píng)審工作。曾獲電子學(xué)會(huì)電子信息科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    陳曦

    陳曦 ,女,1965年生,清華大學(xué)自動(dòng)化系副研究員。分別于1986年及1989年獲南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)科學(xué)系學(xué)士及碩士學(xué)位。1989-1996年在北京航空航天大學(xué)軟件工程研究所工作,講師。1996-2000就讀香港中文大學(xué)系統(tǒng)工程與工程管理學(xué)系,獲哲學(xué)博士學(xué)位。2000-2002在新加坡南洋理工大學(xué)信息通訊研究所,博士后研究。2002-2003香港中文大學(xué)系統(tǒng)工程與工程管理學(xué)系,博士后研究。2003年到自動(dòng)化系智網(wǎng)中心工作,任副研究員,從事系統(tǒng)優(yōu)化,隨機(jī)系統(tǒng)控制等領(lǐng)域的研究。

  • 自動(dòng)控制理論(1)(自主模式)

    趙世敏

    趙世敏,女,1989年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)科學(xué)系,獲理學(xué)士學(xué)位。2001年進(jìn)入清華大學(xué)自動(dòng)化系工作,現(xiàn)任職高級(jí)工程師,從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作,多次獲得清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)成果獎(jiǎng)。

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    本文編號(hào):2199402

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