自动控制原理课程简介

目录

1.课程名称：《自动控制原理》 (1)

2.课程名称：《半导体器件物理》 (6)

3.课程名称：《微电子封装工程》 (9)

4.课程名称：《微电子制造学》 (12)

5.课程名称：《材料成型加工Ⅰ》 (20)

6.课程名称：《金属塑性成形原理》 (23)

7.课程名称：《光电检测技术》 (27)

8.课程名称：《集成电路工艺原理》 (33)

9.课程名称：《集成光子器件制造理论与技术》 (37)

10.课程名称：《传感器原理和技术》 (40)

11.课程名称：《MEMS技术》 (48)

12.课程名称：《微电子制造装备》 (53)

13.课程名称：《压电学与超声驱动》 (58)

14.课程名称：《光纤通信器件与技术》 (61)

15.课程名称：《工程热力学》 (67)

16.课程名称：《传热学》 (70)

17.课程名称：《机械振动》 (73)

18.课程名称：《有限单元法》 (76)

19.课程名称：《金属凝固及控制》 (79)

20.课程名称：《材料成型加工Ⅱ》 (83)

21.课程名称：《材料成型的计算机仿真》 (86)

22.课程名称：《摩擦学》 (91)

23.课程名称：《工程图学》 (95)

24.课程名称：《C及C++可视化程序设计》 (101)

25.课程名称：《工程制图》 (105)

26.课程名称：《工程制图基础》 (110)

27.课程名称：《现代设计方法》 (114)

28.课程名称：《机械原理》 (118)

29.课程名称：《机械设计》 (123)

30.课程名称：《机械设计基础Ⅱ》 (128)

32.课程名称：《机械设计学》 (140)

33.课程名称：《轨道车辆工程》 (143)

34.课程名称：《工程机械底盘》 (146)

35.课程名称：《现代工程实验方法》 (152)

36.课程名称：《内燃机构造与原理》 (155)

37.课程名称：《车辆液压传动系统设计》 (159)

38.课程名称：《高速铁路养护设备》 (163)

39.课程名称：《车辆动力学》 (167)

40.课程名称：《金属结构设计及计算》 (171)

41.课程名称：《车辆电传动及控制》 (175)

42.课程名称：《流体力学》 (178)

43.课程名称：《互换性与测量技术》 (183)

44.课程名称：《机械制造工艺学》 (187)

45.课程名称：《机械制造装备技术》 (190)

46.课程名称：《计算机辅助制造》 (194)

47.课程名称：《金属成形与模具设计》 (198)

48.课程名称：《非金属成型与模具设计》 (204)

49.课程名称：《机械工程材料》 (208)

50.课程名称：《先进制造技术导论》 (215)

51.课程名称：《机床数控原理与系统》 (220)

52.课程名称：《数控加工编程与应用》 (223)

53.课程名称：《计算机辅助工艺设计》 (226)

54.课程名称：《金属切削原理与刀具》 (230)

55.课程名称：《现代模具制造技术》 (235)

56.课程名称：《模具CAD/CAM》 (239)

57.课程名称：《热流道模具设计》 (242)

58.课程名称：《注射成型过程计算机模拟技术》 (246)

59.课程名称：《机械制造工艺学》 (250)

60.课程名称：《极限配合与测量技术基础》 (253)

61.课程名称：《工程机械机电液一体化》 (257)

62.课程名称：《电液比例控制技术》 (260)

64.课程名称：《设备管理》 (268)

65.课程名称：《机电一体化系统设计》 (273)

66.课程名称：《机电传动控制》 (276)

67.课程名称：《机械工程控制基础》 (279)

68.课程名称：《机械工程测试技术》 (283)

69.课程名称：《液压传动与控制》 (286)

70.课程名称：《微机原理与应用》 (289)

71.课程名称：《可编程序控制器原理及应用》 (293)

72.课程名称：《数控技术》 (297)

73.课程名称：《单片机接口技术》 (300)

74.课程名称：《计算机控制系统》 (304)

75.课程名称：《工业机器人导论》 (308)

76.课程名称：《机械系统动力学建模与分析》 (311)

77.课程名称：《控制系统数字仿真》 (314)

《自动控制原理》课程简介

课程编号：08010011

课程名称：自动控制原理

英文名称：Principles of Automatic Control

学时与学分：40/2.5

先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等

课程简介：

《自动控制原理》是一门探索自动控制系统普遍规律的学科。本课程主要研究自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型及其结构图、线性系统的时域和频域分析法、线性系统的校正以及线性离散系统的分析方法。通过该课程的学习,使学生清晰地建立反馈控制系统的基本概念，初步具备解决与分析制造过程与装备中常见自动控制问题的能力, 为后续有关课程的学习提供必要的理论基础，也为进一步学习和研究控制理论创造一定的条件。

适应专业：机械制造及其自动化、微电子制造技术与装备等非电类专业

教材及参考书：

[1] 胡寿松主编.《自动控制原理简明教程》（21世纪高等院校教材）.

科学出版社，2003

[2] 张晋格主编.《自动控制原理》哈尔滨工业大学出版社，2003

《自动控制原理》教学大纲

课程编号：08010011

课程名称：自动控制原理

学时与学分：40/2.5

先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等

适应专业：机械制造及其自动化、微电子制造技术与装备等非电类专业

教材及参考书：

[1] 胡寿松主编.《自动控制原理简明教程》（21世纪高等院校教材）.

科学出版社，2003

[2] 张晋格主编.《自动控制原理》哈尔滨工业大学出版社，2003

一、课程的性质和任务

《自动控制原理》是机械制造及其自动化、微电子制造技术与装备等非电类专业的一门专业基础课, 是一门主要研究自动控制系统普遍规律的学科，其任务是使学生获得自动控制系统的基本理论，掌握自动控制系统的基本分析方法，并为设计系统打下基础。通过本课程的学习，初步具备解决与分析制造过程与装备中常见自动控制问题的能力, 为后续有关课程的学习提供必要的理论基础，也为进一步学习和研究控制理论创造一定的条件。

二、课程基本要求

1．了解自动控制系统的工作原理，掌握负反馈在自动控制系统中的作用，能正确画出系统的方框图。

2．掌握元件和系统微分方程的建立，能正确绘制动态框图并求传递函数，熟悉系统时间响应的性能指标和一阶系统二阶系统的时域分析。

3．掌握频率特性的基本概念，熟悉典型环节的频率特性。

4．了解系统设计与校正的基本概念，掌握系统的串联校正和反馈校正方法。

5．了解离散系统的组成、工作原理和离散系统的特点，掌握采样控制系统

中信号采样和复现及其典型结构图，学会离散系统的研究方法。

三、课程的基本内容及重点、难点

第1章自动控制的一般概念

1-1 自动控制的基本原理

1-2 自动控制系统的分类

1-3 自动控制系统的基本要求

第2章控制系统的数学模型

2-1 拉普拉斯变换

2-2 控制系统的时域数学模型

2-3 控制系统的复数域数学模型

2-4 控制系统的结构图

其中，常用元部件传递函数的求取、系统传递函数的求取等效变换法为教学重点，结构图等效变换为教学难点。

第3章线性系统的时域分析法

3-1 系统时间响应的性能指标

3-2 一阶系统的时域分析

3-3 二阶系统的时域分析

3-4 线性系统的稳定性分析

3-5 线性系统的稳态误差计算

其中，二阶系统动态性能计算及劳斯判据为教学重点，扰动作用下减小或消除稳态误差的措施为教学难点。

第4章线性系统的频域分析法

5-1 频率特性

5-3 开环系统的典型环节和开环频率特性

5-4 频率域稳定判据

5-5 稳定裕度

其中，复杂系统稳定裕度的确定为教学重点，多环系统的开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定为教学难点。

第5章线性系统的校正方法

6-1 系统的设计与校正

6-2 常用校正装置及其特性

6-3 串联校正

6-4 反馈校正

其中，串联滞后校正和串联超前校正的设计为教学重点。反馈校正方法及应用为教学难点。

第6章线性离散系统的分析

6-1 离散系统的基本概念

6-2 信号的采样与保持

6-3 Z变换理论

6-4 离散系统的数学模型

6-5 离散系统的稳定性与稳态误差

6-6 离散系统的动态性能分析

其中，闭环脉冲传递函数的求取，稳定性分析为教学重点，闭环脉冲传递函数的求法为教学难点。

四、课程学时分配

五、考核方式

课程的最终成绩由平时成绩（占30%）和课程考试成绩（占70%）组成。

考试时间：2小时

考试形式：闭卷

大纲制订人：邓华

大纲审核人：湛利华

大纲批准人：王艾伦

《半导体器件物理》课程简介

课程编号：08010021

课程名称：半导体器件物理

英文名称：Physics of Semiconductor Devices

学时与学分：32/2

先修课程：高等数学，普通物理，电工学

课程简介：

半导体器件是现代电子技术的基础，器件种类繁多，结构各异，性能千差万别。新技术、新工艺、新产品层出不穷，发展极其迅速。本门课的目的是使学生掌握各类常用半导体器件的工作原理、性能参数及其半导体材料参数、器件结构参数和制造工艺参数之间的相互关系，学习半导体器件的基本设计方法，从而使学生能够为今后的电路设计（包括集成电路在内）打下良好基础。

适应专业：微电子学，电子科学与技术，物理学

教材及参考书：

[1] 曾树荣，半导体器件物理基础，北京大学出版社，2007.

[2] 施敏，现代半导体器件物理，科学出版社，2002.

[3] 孟庆巨，刘海波，孟庆辉，半导体器件物理，科学技术出版社，2005.

《半导体器件物理》课程教学大纲

课程编号：08010021

课程名称：半导体器件物理

学时与学分：32/2

先修课程：高等数学，普通物理，电工学

适应专业：微电子学，电子科学与技术，物理学

教材及参考书：

[1] 曾树荣，半导体器件物理基础，北京大学出版社，2007.

[2] 施敏，现代半导体器件物理，科学出版社，2002.

[3] 孟庆巨，刘海波，孟庆辉，半导体器件物理，科学技术出版社，2005.

一、课程的性质和任务

本课程是一门微电子和电子信息科学与技术的基础课程，通过教学环节，使学生掌握微电子学中的半导体基本原理、物理机制和特性，掌握各类常用半导体器件的工作原理、性能参数及其半导体材料参数、器件结构参数和制造工艺参数之间的相互关系，学习半导体器件的基本设计方法，从而使学生能够为今后的电路设计（包括集成电路在内）打下良好基础。

二、课程基本要求

1、掌握半导体物理基本知识，包括半导体的电子状态，半导体的载流子统计，半导体的载流子输运，非平衡载流子。

2、掌握平衡pn结的特性，pn结的电流-电压特性，势垒电容与扩散电容，开关特性，击穿，金半接触能带图以及电流-电压特性，欧姆接触。

3、掌握双极型晶体管的基本原理，直流特性及其非理想现象，漂移晶体管的直流特性，反向特性，频率特性与开关特性。

4、掌握MOS FET的结构和工作原理，阈值电压以及影响因素，输出特性和转移特性（包括亚阈值特性和其它二级效应），直流参数，击穿特性，小尺寸效应原理，载流子速度饱和以及短沟道MOSFET的直流特性及按比例缩小规律，频率特性与开关特性。

5、了解电荷耦合器件，微波二极管，量子效应器件和半导体光电器件的基本工

作原理。

三、课程的基本内容及重点、难点

基本内容：半导体物理基本知识，包括半导体的电子状态，半导体的载流子统计，半导体的载流子输运，非平衡载流子；pn结的电学特性，双极型晶体管的基本原理，MOS FET的结构和工作原理，电荷耦合器件，微波二极管，量子效应器件和半导体光电器件的基本工作原理。

课程重点：pn结、双极型晶体管、MOS FET、电荷耦合器件、微波二极管、量子效应器件和半导体光电器件的基本工作原理和工作特性。

课程难点：半导体的载流子输运、非平衡载流子、pn结的交流小信号特性、双极性晶体管的频率特性。

四、实验要求

无

五、课程学时分配

六、考核方式

闭卷考试并结合实验报告、平时成绩进行考核。

大纲制订人：孙小燕

大纲审核人：湛利华

大纲批准人：王艾伦

《微电子封装工程》课程简介

课程编号：08010031

课程名称：微电子封装工程

英文名称：the Engineering of Micro-electronics Encapsulation

学时与学分：40/2.5

先修课程：理论力学，电子技术，微电子制造学，集成电路工艺原理

课程简介：

我国正处在微电子工业蓬勃发展的时代，对微电子系统封装材料及封装技术的研究也方兴未艾。本课程是一门微电子工程的基础课程，通过教学等环节，使学生掌握微电子工程中的芯片封装基本理论知识，建立微电子封装的基本概念与制造工艺流程、掌握其分析的基本理论方法和实验测试方法。为学生从事专业工作、进一步深造学习奠定初步的微电子制造理论基础。

适应专业：微电子等专业

教材及参考书：

[1] 罗沛霖等. 微电子封装技术. 中国科学技术出版社，2003

[2] 周良知，微电子器件封装，化学工业出版社，2003

《微电子封装工程》教学大纲

课程编号：08010031

课程名称：微电子封装工程

学分：2.5 总学时：40 实验学时：0 课内上机学时：0

先修课程要求：理论力学，电子技术，微电子制造学，集成电路工艺原理

适应专业：微电子等专业

教材：[1] 罗沛霖等.微电子封装技术. 中国科学技术出版社，2003

[2] 周良知，微电子器件封装，化学工业出版社，2003

一、课程在培养方案中的地位、目的和任务

本课程是一门微电子工程的基础课程，通过教学等环节，使学生掌握微电子工程中的芯片封装基本理论知识，建立微电子封装的基本概念与制造工艺流程、掌握其分析的基本理论方法和实验测试方法。为学生从事专业工作、进一步深造学习奠定初步的微电子制造理论基础。

二、课程的基本要求

1．建立微电子封装功能、分级的概念，了解微电子封装技术发展历程、现状与发展趋势。掌握芯片一级互连技术的工艺原理、材料组成、装备结构，着重掌握引线键合技术、载带自动焊技术、倒装焊技术的相关内容。

2. 掌握插装元器件与表面安装元器件的分类和特点的概念，理解主要插装元器件的封装过程，掌握主要的SMD封装过程，掌握塑料封装吸潮问题的原因与解决方法。

3. 掌握BGA和CSP的封装技术和多芯片组件(MCM)封装，及芯片散热技术和布线分析等。

4. 掌握微电子封装的基板材料、介质材料、金属材料及基板制作技术。

5.了解未来封装技术的发展趋势。

三、课程的基本内容以及重点难点

1．基本内容

芯片封装的基本概念，一级芯片互连的工艺流程、材料组成、装备类型，主要插装元器件与SMD的封装过程、芯片凸点制造方法、芯片失效机理与抑制方法，XX。

2．重点、难点

课程重点：各类芯片封装的工艺、材料与装备，XX。

课程难点：塑料封装工艺流程，载带自动焊原理与技术、塑料封装吸潮问题，XX。

四、实验要求

无

五、课程学时分配

六、考核方式

闭卷考试与平时成绩进行考核。

七、制定执笔者：隆志力孙小燕

审核者：湛利华

批准者：王艾伦

《微电子制造学》课程简介

课程编号：08010041

课程名称：微电子制造学

英文名称：Semiconductor Manufacturing Technology

学时与学分：学分：2.5 总学时：40

先修课程：高等数学、大学物理普通物理，电子线路，机械制造原理

适应专业：机械、材料等专业

课程简介：

微电子制造基础课程为微电子制造工程专业的主干课程和特色课程。其内容由半导体器件技术、硅和硅片制备、测量学和缺陷检查、氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、化学机械平坦化、离子注入、装配与封装等部分组成。通过本课程的学习，使学生掌握超大规模集成电路制造所必需的基本理论、基本知识和基本技能，分析多种微电子制造的特点，了解微电子技术的现状、发展规律和发展趋势，并能运用所学知识解决本专业涉及有关微电子制造方面的实际问题。1．通过从单晶硅生长和硅片制备到封装的基本知识的学习，了解微电子超大规模集成电路制造在国民经济和制造业中的地位，和微电子制造流程的整体框架。2．理解半导体器件技术、测量学和缺陷检查、氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、封装等主要工艺的基本组成，并能提高在工作过程中理解与使用相同或有关工艺技术的能力。3．了解微电子制造净化间的沾污源，净化间设备，湿法清洗，了解微芯片的制造过程，和芯片制造的六个主要生产区域。4．掌握常用光刻机的工作原理、特点及有关运行性能，并且具有初步使用的能力。5．掌握化学品储存、硅片缺陷检查、氧化、光刻、金属化、封装基本操作技能，学会一般微芯片制造设备的使用维护及净化知识。

教材及参考书：

参考教材：

Michael Quirk,半导体制造技术，电子工业出版社，2004

(ISBN 7-5053-9493-2)

Michael Quirk,Semiconductor Manufacturing Technology，电子工业出版社，2006

(ISBN 7-121-02710-0)

James D. Plummer et al., Silicon VLSI Technology, 电子工业出版社，2003

(ISBN 7-5053-8638-7)

K. A. 杰克逊主编，半导体工艺，科学出版社，1999

(ISBN 7-03-007260-X)

R C Jaeger，Introduction to Microelectronics Fabrication，Prentice Hall，2001

S A Campbell，微电子制造科学原理与工程技术，电子工业出版社，2003

杨力主编，先进光学制造技术，科学出版社，2001

(ISBN 7-03-009170-1)

《微电子制造学》教学大纲

课程编号：08010041

课程名称：微电子制造学Semiconductor Manufacturing Technology

学时与学分：学分：2.5 总学时：40

先修课程：高等数学、大学物理普通物理，电子线路，机械制造原理

适应专业：机械、材料等专业

教材及参考书：

参考教材：

Michael Quirk,半导体制造技术，电子工业出版社，2004

(ISBN 7-5053-9493-2)

Michael Quirk,Semiconductor Manufacturing Technology，电子工业出版社，2006

(ISBN 7-121-02710-0)

James D. Plummer et al., Silicon VLSI Technology, 电子工业出版社，2003

(ISBN 7-5053-8638-7)

K. A. 杰克逊主编，半导体工艺，科学出版社，1999

(ISBN 7-03-007260-X)

R C Jaeger，Introduction to Microelectronics Fabrication，Prentice Hall，2001

S A Campbell，微电子制造科学原理与工程技术，电子工业出版社，2003

杨力主编，先进光学制造技术，科学出版社，2001

(ISBN 7-03-009170-1)

目标：通过本课程的学习，使学生了解半导体集成电路制造的基本技术，建立半导体集成电路制造的总体框架概念，认识微电子器件制造的发展和面临的挑战。

预修课程：

：

一、课程在培养方案中的地地位、目的和任务

微电子制造基础课程为微电子制造工程专业的主干课程和特色课程。其内容由半导体器件技术、硅和硅片制备、测量学和缺陷检查、氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、化学机械平坦化、离子注入、装配与封装等部分组成。本课程的作用和任务是：通过本课程的学习，使学生掌握超大规模集成电路制造所必需的基本理论、基本知识和基本技能，分析多种微电子制造的特点，了解微电子技术的现状、发展规律和发展趋势，并能运用所学知识解决本专业涉及有关微电子制造方面的实际问题。同时，为后续有关课程的学习打下基础。

二、课程的基本要求

1．通过从单晶硅生长和硅片制备到封装的基本知识的学习，了解微电子超大规模集成电路制造在国民经济和制造业中的地位，和微电子制造流程的整体框架。

2．理解半导体器件技术、测量学和缺陷检查、氧化、淀积、金属化、光刻、刻蚀、封装等主要工艺的基本组成，并能提高在工作过程中理解与使用相同或有关工艺技术的能力。

3．了解微电子制造净化间的沾污源，净化间设备，湿法清洗，了解微芯片的制造过程，和芯片制造的六个主要生产区域。

4．掌握常用光刻机的工作原理、特点及有关运行性能，并且具有初步使用的能力。

5．掌握化学品储存、硅片缺陷检查、氧化、光刻、金属化、封装基本操作技能，学会一般微芯片制造设备的使用维护及净化知识。

三、课程的基本内容以及重点难点

第一章半导体产业介绍Introduction

（引言，半导体产业的发展Moore’s law，电路集成，集成电路(IC)制造，半导体趋势，微电子时代的制造业职业，小结）

重点为：Moore定律，电路集成，IC制造，硬盘光驱制造，半导体趋势。

第二章半导体材料特性Characteristics of Semiconductor Materials

（引言，原子结构，周期表，材料分类，硅silicon，其他半导体材料(锗砷化钾)，pn结，小结）

重点为：原子结构，硅silicon，其他半导体材料(锗砷化钾)，pn结。

难点为：第IV族元素结构，pn结。

第三章半导体器件技术Semiconductor Device Technologies

（引言，电路类型，无源元件结构，有源元件结构，CMOS器件的闩锁效应latchup，集成电路产品Op Amp, RAM, CPU, ROM, ASIC, FPGA，小结）

重点为：有源元件结构，器件的闩锁效应，集成电路产品。

第四章硅和硅片制备Silicon and Wafer Preparation

（引言，半导体级硅，晶体结构，晶向crystal orientation，单晶硅生长，硅片制备，质量测试，外延层，小结）

重点为：晶体结构，单晶硅生长，外延层。

第五章半导体制造中的化学品Chemical in Semiconductor Manufacturing

（引言，物质形态，材料属性，工艺用化学品，小结）

重点为：材料属性，工艺用化学品的分类。

第六章硅片制造中的沾污控制Contamination Control in Wafer Fabs

（引言，玷污的类型（颗粒金属杂质有机物自然氧化层静电释放），玷污的源与控制clean room，硅片湿法清洗RCA cleanning，小结）

重点为：玷污的类型，玷污的控制，clean room，硅片湿法清洗。

第七章测量学和缺陷检查Metrology and Defect Inspection

（引言，集成电路测量学，质量测量（膜厚膜应力折射率掺杂浓度表面缺陷关键尺寸台阶覆盖套准精度C-V测试接触角），分析设备SIMS, AFM, AES,XPS,TEM,EDX,FIB，小结）

重点为：折射率掺杂浓度表面缺陷关键尺寸台阶覆盖套准精度的测量。

第八章工艺腔内的气体控制Gas Control in process chamber

（引言，真空，真空泵vacuum pump，工艺腔内的气流，残气分析器residual gas analyzer，等离子体，工艺腔内的玷污，小结）

重点为：真空，真空泵vacuum pump，工艺腔内的玷污。

第九章集成电路制造工艺概况IC Fabrication Process Review

（引言，CMOS工艺流程，CMOS制作步骤，小结）

重点为：CMOS工艺流程，CMOS制作步骤。

第十章氧化Oxidation

（引言，氧化膜，热氧化生长，高温炉设备，卧式与立式炉，氧化工艺，氧化质量测量，氧化检查及故障排除，小结）

重点为：氧化膜，热氧化生长，氧化工艺。

第十一章淀积Deposition

（引言，膜淀积，化学气相淀积CVD，CVD淀积系统，介质及其性能，旋涂绝缘介质，外延epitaxy，CVD质量测量，CVD检查及故障排除，小结）

重点为：化学气相淀积CVD，CVD淀积系统，外延。

第十二章金属化Metalization

（引言，金属类型，金属淀积系统，金属化方案，金属化质量测量，金属化检查及故障排除，小结）

重点为：金属淀积系统。

第十三章光刻Lithography1气相成底膜-软烘PHOTLITHOGRAPHY:VAPOR PRIME TO SOFT BAKE

（引言，光刻工艺，气相成底膜处理，旋转涂胶spin coating，软烘，光刻胶质量测量，光刻胶检查及故障排除，小结）

重点为：光刻工艺，气相成底膜处理，旋转涂胶，软烘，光刻胶质量测量。

第十四章光刻Lithography2 对准和曝光PHOTOLITHOGRAPHY:ALIGNMENT AND EXPOSURE

（引言，光学光刻，光刻设备，对准和曝光检查及故障排除，小结）

重点为：光学光刻，光刻设备，对准和曝光检查及故障排除。

第十五章光刻Lithography3 光刻胶显影和先进光刻技术PHOTOLITHOGRAPHY:PHOTORESIST DEVELOPMENT AND ADVANCED LITHOGRAPHY （引言，显影develop，坚膜hard bake，显影检查，先进光刻技术，显影检查及故障排除，小结）

重点为：显影，坚膜，显影检查，先进光刻技术。

第十六章刻蚀Etch

（引言，刻蚀参数，干法刻蚀dry etch，等离子体刻蚀反应器，干法刻蚀的应用，湿法腐蚀wet etch，去除光刻胶ashing，刻蚀质量测量，干法刻蚀检查及故障排除，小结）重点为：干法刻蚀，湿法腐蚀，光刻胶去除。

第十七章离子注入Ion implantation

（引言，扩散diffusion，离子注入，离子注入机ion implanter，离子注入在工艺集成中的发展趋势，离子注入质量测量，离子注入检查及故障排除，小结）

重点为：扩散diffusion，离子注入。

第十八章化学机械平坦化CMP

（引言，传统的平坦化技术planarization，化学机械平坦化，平坦化应用，平坦化质量测量，平坦化检查及故障排除，小结）

重点为：传统的平坦化技术，化学机械平坦化。

第十九章硅片测试WAFER TEST

（引言，硅片测试在线参数测试wafer electrical test 硅片拣选测试wafer sort，测试检查及故障排除，小结）

重点为：硅片测试。

第二十章装配与封装ASSEMBLY AND PACKAGING

（引言，传统装配，传统封装，先进装配与封装Flip-chip, BGA, COB, TAB, CSP, MCM，集成电路封装检查及故障排除，小结）

重点为：超声引线键合，键合强度测试，在线测试（ICT）技术，微电子封装的发展趋势。

课程学时分配

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计(优.选)

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计 一、实验目的 1. 加深对状态反馈作用的理解。 2. 学习和掌握状态观测器的设计方法。 二、实验原理 在MATLAB 中，可以使用acker 和place 函数来进行极点配置，函数的使用方法如下：K = acker(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 K = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 [K,PREC,MESSAGE] = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵，PREC 为特征值，MESSAGE 为配置中的出错信息。 三、实验内容 1.已知系统 （1）判断系统稳定性，说明原因。 （2）若不稳定，进行极点配置，期望极点：-1，-2，-3，求出状态反馈矩阵k。 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系，说明状态反馈为何能进行极点配置？ （4）使用状态反馈进行零极点配置的前提条件是什么？ 1. （1） （2） 代码： a=[-2 -1 1;1 0 1;-1 0 1]; b=[1,1,1]'; p=[-1,-2,-3]'; K=acker(a,b,p) K = -1 2 4 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系, 说明状态反馈为何能进行极点配置?

在经典控制理论中,一般只考虑由系统的输出变量来构成反馈律，即输出反馈。在现代控制理论的状态空间分析方法中,多考虑采用状态变量来构成反馈律，即状态反馈。从状态空间模型输出方程可以看出，输出反馈可视为状态反馈的一个特例。状态反馈可以提供更多的补偿信息，只要状态进行简单的计算再反馈，就可以获得优良的控制性能。 (4)使用状态反馈配置极点的前提是系统的状态是完全可控的。 2.已知系统 设计全维状态观测器，使观测器的极点配置在12+j，12-j 。 （1）给出原系统的状态曲线。 （2）给出观测器的状态曲线并加以对比。（观测器的初始状态可以任意选取）观察实验结果，思考以下问题： （1）说明反馈控制闭环期望极点和观测器极点的选取原则。 （2）说明观测器的引入对系统性能的影响。 （1）A=[0 1;-3 -4]; B=[0;1]; C=[2 0]; D=[]; G=ss(A,B,C,D); x=0:0.001:5; U=0*(x<0)+1*(x>0)+1*(x==0); X0=[0 1]'; T=0:0.001:5; lsim(G,U,T,X0);

华南理工自动控制原理考研试题集锦

813自动控制原理考试大纲 硕士研究生招生考试《自动控制原理》考试大纲 813考试科目代码：机械设计及理论适用招生专业：机械电子工程机械制造及其自动化特别提示：需带无储存功能的计算器 一、考试内容自动控制的一般概念1.理解对控制性能的基掌握自动控制系统的一般概念,,重点是开环控制和闭环控制的概念了解各种典型控制系统的工作原理及控制理论的发展过程。本要求,自动控制系统的数学模型2.理解传递函数的定义和了解微分方程一般建立方法,掌握控制系统的数学模型的基本概念,典型环节掌握动态结构图的建立和化简规则。传递函数的定义和性质知识点为:,性质,自动控制系统的传递函数。,动态结构图的建立,动态结构图的化简的传递函数, 自动控制系统的时域分析方法3.能够用该方法分析控制系统的各种了解和掌握经典控制理论最基本的方法之一,时域分析法一阶。典型控制过程及性能指标知识点为:,包括稳定性控制性能(,)快速性和稳态精度稳态误差分析。,高阶系统的低阶化，稳定性与代数判据,系统分析,二阶系统分析自动控制系统的频域分析方法4.并能通过频率特性分析控制,要求掌握各种系统和环节的幅相频率特性和对数频率特性的画法典型环节的频率特性，系统开环频率特性，乃奎斯特稳定判据及系统的控制性能。知识点为:对数稳定判据，稳定裕度及计算，系统闭环频率特性。自动控制系统的校正装置综合5. 对控制性能的改进就涉及到系统的校正。要求在在对控制系统的控制性能进行分析的基础上, 前置校正有较为全面的理,反馈校正建立控制系统校正的一般概念的基础上,,对串联校正控制系统校正的概念，串联校正、反馈校正和前解。掌握频率法校正的一般方法。知识点为:置校正在校正中的应用。分计）150二、考试题型（分值，按分）251、填空（分）简答题（152、分）、计算及分析题（803 分）30综合应用题（、4．

倒立摆状态空间极点配置控制实验实验报告

《现代控制理论》实验报告 状态空间极点配置控制实验 一、实验原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型，现代控制理论主要是依据现代数学工具，将经典控制理论的概念扩展到多输入多输出系统。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。 １．状态空间分析 对于控制系统X = AX + Bu 选择控制信号为：u = ?KX 式中：X 为状态向量（ n 维）u 控制向量（纯量） A n × n维常数矩阵 B n ×1维常数矩阵 求解上式，得到 x(t) = (A ? BK)x(t) 方程的解为： x(t) = e( A?BK )t x(0) 状态反馈闭环控制原理图如下所示： 从图中可以看出，如果系统状态完全可控，K 选择适当，对于任意的初始状态，当t趋于无穷时，都可以使x(t)趋于0。 ２．极点配置的设计步骤 1) 检验系统的可控性条件。 2) 从矩阵 A 的特征多项式 来确定 a1, a2,……,an的值。 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 其中 M 为可控性矩阵， 4) 利用所期望的特征值，写出期望的多项式 5) 需要的状态反馈增益矩阵 K 由以下方程确定： 二、实验内容 针对直线型一级倒立摆系统应用极点配置法设计控制器，进行极点配置并用Matlab进行仿真实验。 三、实验步骤及结果 1.根据直线一级倒立摆的状态空间模型，以小车加速度作为输 入的系统状态方程为： 可以取1 l 。则得到系统的状态方程为： 于是有：

直线一级倒立摆的极点配置转化为： 对于如上所述的系统，设计控制器，要求系统具有较短的调整时间（约 3 秒）和合适的阻尼（阻尼比? = 0.5）。 2.采用四种不同的方法计算反馈矩阵 K。 方法一：按极点配置步骤进行计算。 1) 检验系统可控性，由系统可控性分析可以得到，系统的状态完全可控性矩阵的秩等于系统的状态维数(4)，系统的输出完全可控性矩阵的秩等于系统输出向量y 的维数(2)，所以系统可控。 倒立摆极点配置原理图 2) 计算特征值 根据要求，并留有一定的裕量（设调整时间为 2 秒），我们选取期望的闭环极点s =μi (i = 1,2,3,4) ，其中： 其中，μ 3,μ 4 使一对具有的主导闭环极点，μ 1 ,μ 2 位于 主导闭环极点的左边，因此其影响较小，因此期望的特征方程为： 因此可以得到： 由系统的特征方程： 因此有 系统的反馈增益矩阵为： 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 式中： M = 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 0.7500 0 5.5125 0.7500 0 5.5125 0 W = 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 于是可以得到： T = -7.3500 -0.0000 1.0000 0 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 0.7500 0 -0.0000 0 -0.0000 0.7500 T’= -7.3500 0 0 -0.0000 -0.0000 -7.3500 -0.0000 0 1.0000 -0.0000 0.7500 -0.0000 0 1.0000 0 0.7500

控制系统的状态空间分析与综合

第8章控制系统的状态空间分析与综合 第1~7章涉及的内容属于经典控制理论的范畴，系统的数学模型是线性定常微分方程和传递函数，主要的分析与综合方法是时域法、根轨迹法和频域法。经典控制理论通常用于单输入－单输出线性定常系统，其缺点是只能反映输入－输出间的外部特性，难以揭示系统内部的结构和运行状态，不能有效处理多输入－多输出系统、非线性系统、时变系统等复杂系统的控制问题。 随着科学技术的发展，对控制系统速度、精度、适应能力的要求越来越高，经典控制理论已不能满足要求。1960年前后，在航天技术和计算机技术的推动下，现代控制理论开始发展，一个重要的标志就是美国学者卡尔曼引入了状态空间的概念。它是以系统内部状态为基础进行分析与综合的控制理论，两个重要的内容如下。 （1）最优控制：在给定的限制条件和评价函数下，寻求使系统性能指标最优的控制规律。 （2）最优估计与滤波：在有随机干扰的情况下，根据测量数据对系统的状态进行最优估计。 本章讨论控制系统的状态空间分析与综合，它是现代控制理论的基础。 8.1 控制系统的状态空间描述 8.1.1 系统数学描述的两种基本方法 统的内部结构和内部变量，如传递函数；另一种是状态空间描述（内部描述），它是基于系统内部结构的一种数学模型，由两个方程组成。一个反映系统内部变量x和输入变量u间的关系，具有一阶微分方程组或一阶差分方程组的形式；另一个是表征系统输出向量y与内部变量及输入变量间的关系，具有代数方程的形式。外部描述虽能反映系统的外部特性，却不能反映系统内部的结构与运行过程，内部结构不同的两个系统也可能具有相同的外部特性，因此外部描述通常是不完整的；内部描述则能全面完整地反映出系统的动力学特征。

华南理工大学物理随堂练习答案

1.? ?一质点在平面上作一般曲线运动，其瞬时速度为，瞬时速率为v，，某一时间内的平均速度为，平均速率为，它们之间的关系必定有： （A）?（B）（C）?（D）? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：D 问题解析： 2.? 一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为?（其中a、b为常量）, 则该质点作? (A) 匀速直线运动． (B) 变速直线运动． (C) 抛物线运动． (D)一般曲线运动．? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：B 问题解析： 3.? 如图所示，湖中有一小船，有人用绳绕过岸上一定高度处的定滑轮拉湖中的船向岸边运动．设 该人以匀速率收绳，绳不伸长、湖水静止，则小船的运动是? (A) 匀加速运动． (B) 匀减速运动． (C) 变加速运动． (D) 变减速运动．? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：C 问题解析： 4.? 一飞机相对空气的速度大小为 200 km/h, 风速为56 km/h，方向从西向东．地面雷达站测得飞机速度大小为 192 km/h，方向是? ? (A) 南偏西°．? (B) 北偏东°? (C) 向正南或向正北． (D) 西偏北°．(E) 东偏南°．? 答题：??A.??B.??C.??D.?（已提交） 参考答案：C 问题解析： 5.? 对于沿曲线运动的物体，以下几种说法中哪一种是正确的：? (A) 切向加速度必不为零．? (B) 法向加速度必不为零（拐点处除外）．? (C) 由于速度沿切线方向，法向分速度必为零，因此法向加速度必为零．? (D) 若物体作匀速率运动，其总加速度必为零．?

华工 自动控制原理平时作业 参考解答过程

自动控制原理作业 1．试将下列系统的结构图化简（本题10分） （说明：本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。）

2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。（本题10分） ()(1)(4) K K G s s s s =++ （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。一样的求解思路） 3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2） = G s s 。（本题20分） 1）试判断该系统属于几型系统。 2）系统的开环放大系数K 是多少？ 3）试判断该系统是否稳定。 4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。 （说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。可参见课

本105页表3-6的总结及例题3-16。） 4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。（本题15分） () 10() 3.16G s s s =+

5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81) k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说明。（本题15分） （说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。可参看课本作业题5-8。一样的求解思路） 6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)g k K G s s s s = ++，绘制该系统的根轨迹。（本题10 分） （说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。）

答案 控制系统的状态空间描述 习题解答

第2章 “控制系统的状态空间描述”习题解答 系统的结构如图所示。以图中所标记的1x 、2x 、3x 作为状态变量，推导其状态空间表达式。其中，u 、y 分别为系统的输入、输出，1α、2α、3α均为标量。 3 x 2 x 图系统结构图 解 图给出了由积分器、放大器及加法器所描述的系统结构图，且图中每个积分器的输出即为状态变量，这种图形称为系统状态变量图。状态变量图即描述了系统状态变量之间的关系，又说明了状态变量的物理意义。由状态变量图可直接求得系统的状态空间表达式。 着眼于求和点①、②、③，则有 ①：2111x x x +=α& ②： 3222x x x +=α&③：u x x +=333α& 输出y 为1y x du =+，得 1112223331000100 1x a x x a x u x a x ?? ?????? ????????=+???????????????????????? &&& []123100x y x du x ?? ??=+?? ???? 已知系统的微分方程 (1) u y y y y 354=+++&&&&&& ；(2) u u y y -=+&&&&&&32； (3) u u y y y y 75532+=+++&&&&&&&&& 。试列写出它们的状态空间表达式。 (1) 解 选择状态变量1y x =，2y x =&，3y x =&&，则有：

1223 31231 543x x x x x x x x u y x =??=?? =---+??=?&&& 状态空间表达式为：[]112233123010000105413100x x x x u x x x y x x ????????????????=+????????????????---???????? ????=?????? &&& (2) 解 采用拉氏变换法求取状态空间表达式。对微分方程(2)在零初试条件 下取拉氏变换得： 3222332()3()()() 11()12 23()232 s Y s sY s s U s U s s Y s s U s s s s s +=---==++ 由公式、可直接求得系统状态空间表达式为 1122330100001031002x x x x u x x ?? ????????????????=+? ?????????????????????-?? ?? &&& 123110 2 2x y x x ?????? =- ?????????? (3) 解 采用拉氏变换法求取状态空间表达式。对微分方程(3)在零初试条件 下取拉氏变换得： 323()2()3()5()5()7()s Y s s Y s sY s Y s s U s U s +++=+

华南理工成教2021自动控制原理随堂习题答案

绪论以下答案确保准确率100% 随堂练习提交截止时间：2021-05-31 23:59:59 当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对10题。 1.(单选题) 闭环系统的特点不包含下列哪项（）。 A．负反馈B．控制精度较低 C．可减少或消除偏差D．适应性好 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：B 问题解析： 2.(单选题) 系统采用负反馈形式连接后，则( )。 A．一定能使闭环系统稳定 B．系统动态性能一定会提高 C．一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除 D．需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：D 问题解析： 3.(单选题) 自动控制系统中根据某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能的元件是（）。A．比较元件B．校正元件 C．测量反馈元件D．执行元件 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：B 问题解析： 4.(单选题) 闭环控制系统的基本环节有给定输入、比较元件、控制对象、执行元件、（）等环节。 A.测量反馈元件 B.积分元件 C.微分元件 D.比例元件 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：A 问题解析： 5.(单选题) 火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数，这就要求被控量高精度地跟随给定值变化，这种控制系统叫（）。 A.恒值调节系统 B.离散系统 C.随动控制系统 D.数字控制系统 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：C 问题解析： 6.(单选题) 随动系统对（）要求较高。 A.快速性 B.稳定性 C.准确性 D.振荡次数 答题： A. B. C. D. （已提交） 参考答案：A

7状态空间设计法极点配置观测器解析

第7章线性定常离散时间状态空间设计法 7.1引言 7.2状态反馈配置极点 7.3状态估值和状态观测器 7.4利用状态估值构成状态反馈以配置极点 7.5扰动调节 7.6无差调节

7.1 引言 一个被控对象： (1)()()()() ():1,():1,:,:,:x k Fx k Gu k y k Cx k x k n u k m F n n G n m C r n +=+?? =?????? 7.1 当设计控制器对其控制时，需要考虑如下各因素： ● 扰动，比如负载扰动 ● 测量噪声 ● 给定输入的指令信号 ● 输出 如图7.1所示。 给d L (k )扰动 图7.1 控制系统示意图 根据工程背景的不同，控制问题可分为调节问题和跟踪问题，跟踪问题也称为伺服问题。 调节问题的设计目标是使输出迅速而平稳地运行于某一平衡状态。包括指令变化时的动态过程，和负载扰动下的动态过程。但是这二者往往是矛盾的，需要折衷考虑。 伺服问题的设计目标是对指令信号的快速动态跟踪。 本章研究基于离散时间状态空间模型的设计方法。 7.2研究通过状态变量的反馈对闭环系统的全部特征值任意配置——稳定性与快速线。 7.3考虑当被控对象模型的状态无法直接测量时，如何使用状态观测器对状态进行重构。 7.4讨论使用重构状态进行状态反馈时闭环系统的特征值。 7.5简单地讨论扰动调节问题。 7.6状态空间设计时的无差调节问题。

7.2 状态反馈配置极点 工程被控对象如式7.1，考虑状态反馈 ()()()u k v k Lx k =+ 7.2 如图7.2所示。式7.2带入式7.1，得 (1)()()()() ()()()x k Fx k Gu k y k Cx k u k v k Lx k +=+?? =??=+? 7.3 整理得 ()(1)()() ()()x k F GL x k Gv k y k Cx k +=++?? =? 7.4 (k ) v (k ) 图7.2 状态反馈任意配置闭环系统的极点 闭环系统的特征方程为 []det ()0zI F GL -+= 7.5 问题是在什么情况下式7.5的特征根是可以任意配置的？即任给工程上期望的n 个特征根λ1, λ2, ..., λn ，有 []1det ()()0n i i zI F GL z λ=-+=-=∏ 7.6 定理：状态反馈配置极点

(整理)控制系统的状态空间模型

第一章控制系统的状态空间模型 1.1 引言 工程系统正朝着更加复杂的方向发展，这主要是由于复杂的任务和高精度的要求所引起的。一个复杂系统可能有多个输入和多个输出，并且以某种方式相互关联或耦合,可能是时变的。由于需要满足控制系统性能提出的日益严格的要求，系统的复杂程度越来越大，为了分析这样的系统，必须简化其数学表达式，转而借助于计算机来进行各种大量而乏味的分析与计算,并且要求能够方便地用大型计算机对系统进行处理。从这个观点来看，状态空间法对于系统分析是最适宜的。大约从1960年升始发展起来。这种新方法是建立在状态概念之上的。状态本身并不是一个新概念，在很长一段时间内，它已经存在于古典动力学和其他一些领域中。 经典控制理论是建立在系统的输入-输出关系或传递函数的基础之上的，而现代控制理论以n个一阶微方程来描述系统，这些微分方程又组合成一个一阶向量-矩阵微分方程。应用向量-矩阵表示方法，可极大地简化系统的数学表达式。状态变量、输入或输出数目的增多并不增加方程的复杂性。事实上，分析复杂的多输入-多输出系统，仅比分析用一阶纯量微分方程描述的系统在方法上稍复杂一些。 本课程将主要涉及控制系统的基于状态空间的描述、分析与设计。本章将首先给出状态空间方法的描述部分。将以单输入单输出系统为例，给出包括适用于多输入多输出或多变量系统在内的状态空间表达式的一般形式、线性多变量系统状态空间表达式的标准形式(相变量、对角线、Jordan、能控与能观测)、传递函数矩阵，以及利用MA TLAB进行各种模型之间的相互转换。第二章将讨论状态反馈控制系统的分析方法。第三章将给出系统的稳定性分析。第四章将给出几种主要的设计方法。 本章1.1节为控制系统状态空间分析的引言。1.2节介绍状态空间描述1.3节讨论动态系统的状态空间表达式。1.4状态空间表达式的标准形式。1.5 介绍系统矩阵的特征值基本性质.1.6讨论用MATLAB进行系统模型的转换问题。 1.2控制系统的状态空间描述 状态空间描述是60年代初，将力学中的相空间法引入到控制系统的研究中而形成的描述系统的方法，它是时域中最详细的描述方法。 特点：1.给出了系统的内部结构信息. 2.形式上简洁,便于用数字计算机计算. 1.2.1 状态的基本概念 在介绍现代控制理论之前，我们需要定义状态、状态变量、状态向量和状态空间。

控制系统的状态空间分析

第八章 控制系统的状态空间分析 一、状态空间的基本概念 1. 状态 反应系统运行状况，并可用一个确定系统未来行为的信息集合。 2. 状态变量 确定系统状态的一组独立（数目最少的）变量，如果给定了0t t =时刻 这组变量的值())()() (00201t x t x t x n 和0t t ≥时输入的时间函数)(t u ， 则系统在0t t ≥任何时刻())()()(21t x t x t x n 的行为就可完全确定。 3. 状态向量 以状态变量为元素构成的向量，即[])()()()(21t x t x t x t x n =。 4. 状态空间 以状态变量())()() (21t x t x t x n 为坐标的n 维空间。 系统在某时刻的状态，可用状态空间上的点来表示。 5. 状态方程 描述状态变量，输入变量之间关系的一阶微分方程组。 6. 输出方程 描述输出变量与状态变量、输入变量间函数关系的代数方程。 二、状态空间描述（状态空间表达式） 1. 状态方程与输出方程合起来称为状态空间描述或状态空间表达式，线性定常系统状 态空间描述一般用矩阵形式表示，对于线性定常连续系统有 ? ? ?+=+=)()()()()()(t Du t Cx t y t Bu t Ax t x （8-1） 对于线性定常离散系统有 ?? ?+=+=+) ()()() ()()1(k Du k Cx k y k Hu k Gx k x （8-2） 2. 状态空间描述的建立：系统的状态空间描述可以由系统的微分方程，结构图（方框 图），状态变量图、传递函数或脉冲传递函数（Z 传递函数）等其它形式的数学模型导出。 3. 状态空间描述的线性变换及规范化（标准型） 系统状态变量的选择不是唯一的，状态变量选择不同，状态空间描述也不一样。利用线性变换可将系统的矩阵A （见式8-1）规范化为四种标准型：能控标准型、能观标准型、对角标准型、约当标准型。

华南理工大学2010大学物理(2)A卷试卷规范模版

,考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试 《2010级大学物理（II ）期末试卷A 卷》试卷 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 所有答案请直接答在答题纸上； ．考试形式：闭卷； 4. 本试卷共25题，满分100分， 考试时间120分钟。 2012年1月9日9：00-----11：00 30分） ．（本题3分） 如图所示，真空中一长为2L 的均匀带电细直杆，q ，则在直杆延长线上距杆的一端距离 L 的P 点的电场强度． (A) 2 0q L ε12π． (B) 2 0q L ε 8π． (C) 20q L ε6π． (D) 2 0q L ε16π． ［ ］ ．（本题3分） 如图所示，CDEF 为一矩形，边长分别为l 和2l ．在DC 延长CA ＝l 处的A 点有点电荷q +，在CF 的中点B 点有点电荷q -，若使单位正电荷从C 点沿CDEF 路径运动到F 点，则电场 l l q --?π51540ε ． (B) 55 140- ? πl q ε(C) 3 1340-?πl q ε ． (D) 51540-?πl q ε．［ ］ ．（本题3分） 面积为S 的空气平行板电容器，极板上分别带电量q ±，若不考虑边缘效应，则两极板 S q 02 ε ． (B) S q 02 2ε． (C) 2 02 2S q ε． (D) 2 02S q ε． ［ ］ ．（本题3分） 在匀强磁场中，有两个平面线圈，其面积122A A =，通有电流122I I =，它们所受的最12:M M 等于 ． (B) 2． (C) 4． (D) 1/4． ［ ］ A E F C D l l 2L q

倒立摆系统的状态空间极点配置控制设计

摘要：为实现多输入、多输出、高度非线不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制，将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型。利用牛顿—欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。在分析的基础上，基于状态反馈控制中极点配置法对直线型倒立摆系统设计控制器。由MATLAB仿真表明采用的控制策略是有效的，设计的控制器对直线型一级倒立摆系统的平衡稳定性效果好，提高了系统的干扰能力。 关键词：倒立摆、极点配置、MATLAB仿真 引言：倒立摆是进行控制理论研究的典型试验平台，由于倒立摆本身所具有的高阶次、不稳定、非线性和强耦合性，许多现代控制理论的研究人员一直将他视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。控制器的设计是倒立摆系统的核心内容，因为倒立摆是一个绝对不稳定的系统，为使其保持稳定并且可以承受一定的干扰，基于极点配置法给直线型一级倒立摆系统设计控制器 1．数学模型的建立 倒立摆系统其本身是自不稳定的系统，实验建模存在着一定的困难。在忽略掉一些次要的因素之后，倒立摆系统就是一典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系中应用经典力学理论建立系统动力学方程。下面采用牛顿-欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。 1.1微分方程的数学模型 在忽略了空气阻力和各种摩擦力之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如图1所示：

图1：直线一级倒立摆模型 设系统的相关参数定义如下： M：小车质量 m：摆杆质量 b：小车摩擦系数 l：摆杆转动轴心到杆质心的长度 I：摆杆质量 F：加在小车上的力 x：小车位置 Φ：摆杆与垂直方向上方向的夹角 θ：摆杆与垂直方向下方向的夹角（摆杆的初始位置为竖直向下） 如下图2所示为小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。

华南理工大学大学物理 课后习题机械振动,习题四

大学物理习题四 · --姓名 班级 序号 机械振动 1、如图7-5所示，A 球被两个弹簧系住。弹簧的劲度系数均为 k =8N ·m -1，小球的质量m =1kg 。小球在平衡位置时，两个弹簧 为原长。现自其平衡位置给予小球以初速v 0=12cm ·s -1，方向向右，使小球作微小的振动，试证此振动为简谐振动，求小球的 运动方程。 2．一简谐振动用余弦函数表示，其振动曲线如图所示，则此简 谐振动的三个特征量为 A = _______cm ；ω =__________rad/s ；? =________。 3．一质量 = 3.96 kg M 的物体，悬挂在劲度系数 = 400 N/m k 的轻弹簧下端．一质量 = 40g m 的子弹以 = 152 m/s v 的速度从下方竖直朝上射入物体之中 ，然后子弹与物体一起作谐振动 ．若取平衡位置为原点。x 轴指向下方，如图，求振动方程（因 m M <<，m 射入M 后对原来平衡位置的影响可以忽略）； 4．一质点作简谐振动，其振动方程为 )4131cos(100.62π- π?=-t x (SI) （1）当x 值为多大时，系统的势能为总能量的一半？ （2）质点从平衡位置移动到上述位置所需最短时间为多少？ 5、一放在光滑水平面上的弹簧振子，如果小球经平衡位置开始向右 运动时的动能为0K E ，振动的周期T =1.0s ，求：再经过3 1s 时，小球的动能K E 与0K E 之比。 6．两个同方向的简谐振动曲线如图所示。求合振动的振动方程。 7．一质点同时参与两个同方向的简谐振动，其振动方程分别为 -21 =510cos(4 +)3x t π?(SI) ，-22 =310sin(4 -)6x t π? 画出两振动的旋转矢量图，并求合振动的振动方程。 8．为测定某音叉C 的频率，选取频率已知且与C 接近的另两个音叉A 和B ，已知A 的频率为800 Hz ，B 的频率是797 Hz ，进行下面试验： 第一步，使音叉A 和C 同时振动，测得拍频为每秒2次。 第二步，使音叉B 和C 同时振动，测得拍频为每秒5次。 由此可确定音叉C 的频率为______________。

控制系统状态空间分析的 MATLAB 设计

《控制系统状态空间分析的MATLAB 设计》 摘要 线性系统理论主要研究线性系统状态的运动规律和改变这些规律的可能性与实施方法；它包含系统的能控性、能观测性、稳定性分析、状态反馈、状态估计及补偿器的理论和设计方法。本文说明，线性变换不改变系统的传递函数，基于状态空间的极点配置不需要附加矫正装置，是改变系统指标的简单可行的重要技术措施；全维状态观测器与降维观测器不影响系统的输出响应。 关键词：状态反馈、极点配置、全维状态观测器、降维观测器 前言 线性系统理论是现代控制理论的基础，主要研究线性系统状态的运动规律 和改变这些规律的可能性与实施方法；建立和揭示系统结构、参数、行为和性能之间的关系。它包含系统的能控性、能观测性、稳定性分析、状态反馈、状态估计及补偿器的理论和设计方法。 该报告结合以线性定常系统作为研究对象，分析控制系统动态方程，系统 可控标准型，线性变换传递函数及其不变性，系统可控性与可观测性。系统状态观测器及降维观测器对系统的阶跃响应的影响，并分别绘制模型，及其系统阶跃响应的仿真。 正文 1. 已知系统动态方程: x?=[?0.40?0.01100?1.49.8?0.02]x +[6.309.8]u y =[0 1]x 2. 设计内容及要求：

验证线性变换传递函数不变性，适当配置闭环适当配置系统闭环极点，使 σ%<15%、t s <4s ，以及当系统闭环极点为λ1,2=-3±j4时设计系统的降维状态观测器也使σ%<15%、t s <4s ，并绘制带反馈增益矩阵K 的降维状态观测器及其系统仿真。 3. 系统设计： 1）求系统可控标准型动态方程； >> A1=[-0.4 0 -0.01;1 0 0;-1.4 9.8 -0.02]; >> B1=[6.3;0;9.8]; >> C1=[0 0 1]; >> D1=0; >> G1=ss(A1,B1,C1,D1); >> n=size(G1.a); >> Qc=ctrb(A1,B1); >> pc1=[0 0 1]*inv(Qc); >> Pc=inv([pc1;pc1*A1;pc1*A1*A1]); >> G2 = ss2ss(G1,inv(Pc)); >> Gtf=tf(G2); 程序运行结果知n=3，原系统是可控的且可控标准型为： x?=[0 1 00 01?0.0980.006 ?0.42]x?+[001 ]u y ?=[61.74 ?4.99.8]x? 传递函数为： G (s )=9.8s 2?4.9s+61074 s 3+0.42s 2?0.006s+0.098 2）计算系统的单位阶跃响应 >> hold on >> grid on;hold on; >> step(G1,t,'b-.') >> step(Gtf,t,'r--')

华工《自动控制原理》第二次作业.docx

一、已知系统的状态方程为 s 5 s43s39s2 16s 10 0 ，试用劳斯判据判定系统的稳定性。若系统不稳定，指出在s 平面右半部的特征根的数目。 二、已知随动系统如下图所示，当K=8 时，试求： （ 1）系统的特征参量和 n ? （ 2）系统的动态性能指标%和 t s K g ，试绘制系统的根轨迹。 三、已知系统的开环传递函数为 G k (s) s(s 1)(s2) 四、已知单位反馈系统的开环传递函数为 G(s)=1/(s+1)，试根据频率特性的物理意义，求闭环系统输入信号为 r(t)=sin2t 时系统的稳态输出。 五、系统的开环对数幅频特性分段直线近似表示如图（a）所示。系统均为最小相 位系统。试写出其开环传递函数。 六、 设系统开环幅相频率特性如图（a）、（b）所示，其中，其开环传递函数在右半s 平面的极点数为P，系统型别为 v ，试根据奈氏判据判定各系统的闭环稳定性，若系统闭环不稳定，确定其右半 s平面的闭环极点数。 （a）P 0，v 0；（b）P 0，v 1。 Im 10Re Im 10Re （a）（b）

七、 用 Z 变换法解二阶差分方程 c(n 2) 3c(n 1) 2c(n) 0,已知 c(0) 0, c(1)1。

参考答案： 一、 答： 特征方程系数均为正数，满足系统稳定必要条件；列劳斯表： s51316 1910 s 4396161060 s36961 s261010 s1 106(6)10 s 01012 10 首列元素反号两次，系统不稳定，有两个右半平面特征根。二、 答： G ( s)8; s(0.5 s 1) Φ (s) G(s)8 s 2 16 s 2 ωn2 ω2 1G(s)s(0.5s1)82s 16 2 ωs ? n n ω216ω n 4;2ω2ω1, ? 0.25; n? n? n % = e/ 12100%44.4% t s 33 秒 .(0.05) ?ωn 或t1ln1 3.028 秒.(0.05) s?ωn1?2 三、 答： 实轴区间（ -∞， -2],[-1,0] 从-1 和 0 出发的两条根轨迹会合后，以±90离°开实轴，然后随着 K 的增大，根轨迹逐渐向右运动，最终越过虚轴进入右半平面。 要求画出图形大概特征，标出起始、终止点，并用箭头标出走向。

自动控制原理2实验三状态空间分析..

实验三 用Matlab 进行状态空间分析及设计 一、实验目的： 掌握使用MATLAB 进行及状态空间分析及状态反馈控制系统的设计。 二、实验内容 实验内容一：系统状态空间模型如下： 100016116A ????=?? ??---?? ;001B ????=??????;[]100C = （1） 求其传递函数，由传递函数求系统的极点； （2） 由上述状态空间模型，求系统的特征值； （3） 求上述系统状态转移矩阵； （4） 求其在x0=[2; 1; 2], u 为单位阶跃输入时x 及y 的响应； （5） 分析上述系统的可控性、可观性； （6） 将上述状态空间模型转换为其他标准形式； （7） 取T=[1 2 4;0 1 0;0 0 1] 对上述状态空间模型进行变换，分析变换后的系统。 实验matlab 程序： A=[0 1 0;0 0 1;-6 -11 -6]; B=[0 0 1]';C=[1 0 0];D=0; %输入矩阵ABCD sys1=ss(A,B,C,D) %显示ABCD 构成的状态空间模型 [num,den]=ss2tf(A,B,C,D) %实现状态空间模型到传递函数模型的转换 sys2=tf(num,den) %得到系统按分子分母多项式降幂排列的传递函数 P=roots(den) %求出系统的极点 eig(sys1) % 由状态空间模型得到系统的特征值 syms t1 expm(A*t1) %求系统状态转移矩阵 x0=[2;1;2] %系统的初始状态 t=[0:0.1:20]'; %定义时间t u(1,1:201)=1*ones(1,201); %输入单位阶跃 [y t x]=lsim(sys1,u,t,x0); %计算系统的单位阶跃响应 figure(1) plot(t,x(:,1),'-',t,x(:,2),'-',t,x(:,3),'-') %绘制系统单位输入响应状态曲线 xlabel('t/秒');ylabel('x(t)');title('单位阶跃输入响应状态曲线') grid text(6,0.3,'x_1(t)') text(6,-1.5,'x_2(t)') text(6,1.8,'x_3(t)') figure(2) plot(t,y);grid; %绘制系统单位输入响应输出曲线 xlabel('t/秒');ylabel('y(t)');title('系统单位输入响应输出曲线') s=ctrb(A,B) %计算可控性矩阵S f=rank(s) %通过rank 命令求可控矩阵的秩 n=length(A) %计算矩阵A 的维数

状态空间设计与分析

状态空间分析及设计 姓名：周海波 学号：200740297(15) 班级：自控实验0701班 日期：2010-5-2

目录 一．系统能控性和能观性判定 二．主导极点法进行状态反馈极点配置 三．对称根轨迹法（SRL）进行状态反馈极点配置 四．主导极点法和SRL状态反馈极点配置对比 五．全维观测器设计和分析 1.观测器设计 2.分离定理验证 六．带全维观测器的状态反馈与直接状态反馈对比 七．降阶观测器和带降阶观测器的状态反馈系统的设计和分析八．全维观测器的状态反馈与降阶观测器的状态反馈对比 1.抗过程干扰能力 2.抗测量噪声能力 九．采用内模原则设计状态反馈系统 1.跟踪性能分析 2.抗干扰性能分析

状态空间分析及设计 有以下系统 122201101011x x μ ???????????=?+?????????????i []100y x =要求：对系统设计状态反馈使得系统闭环阶跃响应的超调量小于5%，且在稳态误差值为1%范围内的调节时间小于4.6s. 一．系统能控性和能观性判定 由系统能控性判别矩阵： 224001013115rank B AB A B rank ???????==????????? 由系统能观性判别矩阵：21001223142C rank CA rank CA ????????=???=????????????? 所以系统既是能控的又是能观的。 二．主导极点法进行状态反馈极点配置1.当 4.61% 4.6s n t s ζω?== <%5%e πζσ?=<解得：0.691n ζζω>??>?取0.75 2n ζω==则：2222340 n n s s s s ζωω++=++=所以1,2 1.5 1.323s j =?±，取非主导极点38s =?，则期望特征多项式为： 232(34)(8)112832 s s s s s s +++=+++设[]123K k k k =又

华南理工大学 历年大学物理(II)期末试卷及解答汇编

2003级大学物理（II ）期末考试试卷 院系： 班级:_____________ 姓名:___________ 学号:_____________ 日期: 2005 年 1 月 12 日 一 选择题（共30分） 1.（本题3分） 如图所示，在坐标(a ，0)处放置一点电荷＋q ，在坐标(－a ，0)处放置另一点电荷－q ．P 点是y 轴上的一点，坐标为(0，y )．当y >>a 时，该点场强的大小为： (A) 2 04y q επ． (B) 2 02y q επ． (C) 302y qa επ． (D) 3 04y qa επ． [ ] 2.（本题3分） 半径为R 的均匀带电球面的静电场中各点的电场强度的大小E 与距球 心的距离r 之间的关系曲线为： ［ ］ 3.（本题3分） 如图所示，边长为a 的等边三角形的三个顶点上，分别放置着三个正的点电荷q 、2q 、3q ．若将另一正点电荷Q 从无穷远处移到三角形的中心O 处，外力所作的功为： (A) a qQ 02 3επ ． (B) a qQ 03επ． (C) a qQ 0233επ． (D) a qQ 032επ． ［ ］ E O r (D) E ∝1/r 2 q 2q

4.（本题3分） 图中实线为某电场中的电场线，虚线表示等势（位）面，由图可看出： (A) E A ＞E B ＞E C ，U A ＞U B ＞U C ． (B) E A ＜E B ＜E C ，U A ＜U B ＜U C ． (C) E A ＞E B ＞E C ，U A ＜U B ＜U C ． (D) E A ＜E B ＜E C ，U A ＞U B ＞U C ． ［ ］ 5.（本题3分） 如图，两根直导线ab 和cd 沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上，稳恒电流I 从a 端流入而从d 端流出， 则磁感强度B ? 沿图中闭合路径L 的积分??L l B ??d 等于 (A) I 0μ． (B) I 031 μ． (C) 4/0I μ． (D) 3/20I μ． ［ ］ 6.（本题3分） 如图，匀强磁场中有一矩形通电线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下，线圈发生转动，其方向是 (A) ab 边转入纸内，cd 边转出纸外． (B) ab 边转出纸外，cd 边转入纸内． (C) ad 边转入纸内，bc 边转出纸外． (D) ad 边转出纸外，bc 边转入纸内． ［ ］ 7.（本题3分） 无限长直导线在P 处弯成半径为R 的圆，当通以电流I 时，则在圆心O 点的磁感强度大小等于 (A) R I π20μ． (B) R I 40μ． (C) 0． (D) )1 1(20π-R I μ． (E) )1 1(40π +R I μ． ［ ］ C B A I I a b c d 120° a b c d O R I