自动控制原理复习内容及基本要求复习内容及基本要求 1自动控制的一般概念自动控制的一般概念主要内容：自动控制的任务主要内容：自动控制的任务基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。基本要求：重点是反馈控制原理与动态过程的基本要求：重点是反馈控制原理与动态过程的概念，以及建立原理方块图的方法。概念，以及建立原理方块图的方法。内容提要及小结内容提要及小结（1）几个重要概念）几个重要概念自动控制：自动控制：自动控制系统自动控制系统：负反馈原理负反馈原理：自动控制系统自动控制系统把被控量反送到系把被控量反送到系统的输入端与给定量进统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以控制器产生控制量，以减小或消除偏差。减小或消除偏差。 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。控制，有时又泛称为控制器或调节器。 （2）控制系统基本控制方式）控制系统基本控制方式实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。实现自动控制的主要原则有三：实现自动控制的主要原则有三：主反馈原则主反馈原则按被控量偏差实行控制。按被控量偏差实行控制。补偿原则补偿原则按给定或扰动实行硬调或补偿控制。按给定或扰动实行硬调或补偿控制。复合控制原则复合控制原则闭环为主、开环为辅的组合控制。闭环为主、开环为辅的组合控制。（3）系统分类的重点）系统分类的重点重重点点掌掌握握线线性性与与非非线线性性系系统统的的分分类类，特特别别对对线线性性系系统统的定义、性质、判别方法要准确理解。的定义、性质、判别方法要准确理解。线性系统线性系统非线性系统非线性系统2 2数学模型数学模型 主要内容：动态方程建立及线性化，传递主要内容：动态方程建立及线性化，传递函数及动态结构图，结构图的等效变换，梅逊函数及动态结构图，结构图的等效变换，梅逊公式及应用，典型环节。公式及应用，典型环节。 基本要求：重点是传递函数和动态结构图基本要求：重点是传递函数和动态结构图的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的法则。利用复阻抗直接建立电路结构图的方法。法则。利用复阻抗直接建立电路结构图的方法。典型环节的概念。典型环节的概念。 内容提要及小结内容提要及小结 本本章章主主要要介介绍绍数数学学模模型型的的建建立立方方法法，作作为为线线性性系系统统数数学学模模型型的的形形式式，介介绍绍了了两两种种解解析析式式和和两两种种图图解解法法，对对于于每每一一种种型型式式的的基基本本概概念念，基基本本建建立方法及运算，用以下提要方式表示出来。立方法及运算，用以下提要方式表示出来。（1）微分方程式）微分方程式(2)传递函数传递函数（3）结构图）结构图注意几点：注意几点： 相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。直直接接应应用用梅梅逊逊公公式式时时，负负反反馈馈符符号号要要记记入入反反馈馈通通路路中中的的方方框框中中去去。另另外外对对于于互互不不接接触触回回路路的的区区分分，特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。 结构图可同时表示多个输入与输出的关系，这结构图可同时表示多个输入与输出的关系，这比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给定输入和扰动输入同时作用时，则有定输入和扰动输入同时作用时，则有 C C(s)(s)G Gr r(s)(s)R R( (s s) )G Gd d( (s s) )D D( (s s) ) （4）信号流图）信号流图 重要公式重要公式梅逊公式梅逊公式 注意两点：注意两点：搞清公式中各部分含义；搞清公式中各部分含义；公公式式只只能能用用于于输输入入节节点点与与输输出出节节点点之之间间的的传传输输，不不能能用用于于不不含含输输入入节节点点情情况况下下，任任意意两两混混合节点之间的传输。合节点之间的传输。四种模型之间的转换关系可用下图表示四种模型之间的转换关系可用下图表示微分方程传递函数结构图信号流图3 3时域分析法时域分析法 主主要要内内容容：典典型型响响应应及及性性能能指指标标。一一、二二阶阶系系统统的的分分析析与与计计算算。系系统统稳稳定定性性的的分分析析与与计计算：劳斯判据。稳态误差的计算及一般规律。算：劳斯判据。稳态误差的计算及一般规律。 基本要求：重点是典型响应，性能指标诸基本要求：重点是典型响应，性能指标诸概念及计算指标的方法，也要重视结构参数对概念及计算指标的方法，也要重视结构参数对系统响应影响的一般规律。典型响应以阶跃响系统响应影响的一般规律。典型响应以阶跃响应为主。劳斯判据和结构稳定性的概念。终值应为主。劳斯判据和结构稳定性的概念。终值定理的应用。定理的应用。 内容提要内容提要（1）时时域域分分析析法法是是通通过过直直接接求求解解系系统统在在典典型型输输入入信信号号作作用用下下的的时时间间响响应应，来来分分析析控控制制系系统统的的稳稳定定性性和和控控制制系系统统的的动动态态性性能能及及稳稳态态性性能能。工工程程上上常常用用单单位位阶阶跃跃响响应应的的超超调调量量、调调节节时时间间和和稳稳态态误误差差等性能指标评价系统的优劣。等性能指标评价系统的优劣。 许许多多自自动动控控制制系系统统，经经过过参参数数整整定定和和调调试试，其其动动态态特特征征往往往往近近似似于于一一阶阶或或二二阶阶系系统统。因因此此一一、二二阶阶系系统统的的理理论论分分析析结结果果，常常是是高高阶阶系系统统分分析析的的基础。基础。（2）时域分析法的基本方法是拉氏变换法：时域分析法的基本方法是拉氏变换法：结构图结构图C (s)= (s)R(s)c (t)=L-1C (s)（3） 时域分析时域分析（i i）一阶系统的时域分析一阶系统的时域分析 一阶系统的动态特性应用一阶微分方一阶系统的动态特性应用一阶微分方程描述。一阶系统只有一个结构参数，即其程描述。一阶系统只有一个结构参数，即其时间常数时间常数T。时间常数时间常数T反应了一阶系统的反应了一阶系统的惯性大小或阻尼程度。一阶系统的性能由其惯性大小或阻尼程度。一阶系统的性能由其时间常数时间常数T唯一决定。一阶系统的时间常数唯一决定。一阶系统的时间常数T，也可由实验曲线求出。也可由实验曲线求出。（ii）二阶系统的时域分析二阶系统的时域分析 二阶系统的性能分析，在自动控制理论中有二阶系统的性能分析，在自动控制理论中有着重要的地位。二阶系统含有两个结构参数，即着重要的地位。二阶系统含有两个结构参数，即阻尼比阻尼比和无阻尼振荡频率和无阻尼振荡频率n。阻尼比阻尼比决定着二决定着二阶系统的响应模态。阶系统的响应模态。 =0时，系统的响应为无阻时，系统的响应为无阻尼响应；尼响应； =1时，系统的响应称为临界阻尼响应；时，系统的响应称为临界阻尼响应； 1时，系统的响应是过阻尼的；时，系统的响应是过阻尼的；0 01000k 0可得可得0k 0，得使系统稳定的得使系统稳定的K值范围是值范围是0K0。对于二阶线性采样系统，当对于二阶线性采样系统，当K大于某一值，系统将不稳定，可大于某一值，系统将不稳定，可见，加入采样开关，对系统的稳定性不利，如果提高采样频见，加入采样开关，对系统的稳定性不利，如果提高采样频率，稳定性将得到改善。率，稳定性将得到改善。采样系统的稳态误差采样系统的稳态误差采样系统的类型采样系统的类型设采样系统的开环脉冲函数为设采样系统的开环脉冲函数为G(z)，当当G(z)具有具有0个，个，1个，个，2个个z1的极点时，系统分别为的极点时，系统分别为0型，型，I型，型，II型系统。型系统。应用终值定理求给定稳态误差终值应用终值定理求给定稳态误差终值设采样系统是单位负反设采样系统是单位负反馈系统，则给定误差脉馈系统，则给定误差脉冲传递函数为：冲传递函数为：根据终值定理，给定稳态误差终值为：根据终值定理，给定稳态误差终值为：系统的稳态误差取决于系统的稳态误差取决于G(G(z z) )和输入信号和输入信号R(R(z z) )。用静态误差系数求给定稳态误差终值用静态误差系数求给定稳态误差终值静态位置误差系数静态位置误差系数静态速度误差系数静态速度误差系数静态加速度误差系数静态加速度误差系数单位阶跃输入时，采样系统的稳态误差终值为单位阶跃输入时，采样系统的稳态误差终值为单位斜坡输入时，采样系统的稳态误差终值为单位斜坡输入时，采样系统的稳态误差终值为T为采样周期为采样周期单位加速度输入时，采样系统的稳态误差终值为单位加速度输入时，采样系统的稳态误差终值为例：采样系统如图，其中零阶保持器的传递函数为例：采样系统如图，其中零阶保持器的传递函数为被控对象的传递函数为被控对象的传递函数为 ，采样周期，采样周期T=0.25s，确定系统的类型。确定系统的类型。解：解：1、求系统的开环脉冲传递函数、求系统的开环脉冲传递函数2、根据系统的开环脉冲传递函数，系统有一个、根据系统的开环脉冲传递函数，系统有一个Z=1的极点，的极点，为为I型系统。型系统。查表得与上式对应的查表得与上式对应的Z变换。系统的开环脉冲传递函数变换。系统的开环脉冲传递函数自动控制理论复习题自动控制理论复习题一、单项选择题一、单项选择题1正弦函数sint的拉氏变换是A B C D2.实际生产过程的控制系统大部分是 A.一阶系统 B. 二阶系统 . 低阶系统 . 高阶系统3.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量p A.增加 B.减小 C.不变 D.不定【 B 】【 D 】【 B 】4.运算放大器具有 的优点。 A.输入阻抗高，输出阻抗低 B.输入阻抗低，输出阻抗高 C.输入阻抗高，输出阻抗高 D.输入、输出阻抗都低5.若开环传递函数G(s)H(s)不存在复数极点和零点，则 。 . 没有出射角和入射角 . 有出射角和入射角 C.有出射角无入射角落 D.无出射角有入射角6一阶系统G（s） 放大系数K愈小，则系统的输出响应的稳态值 。 A不变B不定 C愈小 D愈大【 A 】【 A 】【 C 】7二阶系统当01时，如果增加；则输出响应的最大超调量p将A增加 B减小 C不变 D不定8.若开环传递函数为 , 此时相位裕量和的关系是 A. 随K增加而增大B.随K增大而减小 C.以上都不是 D.与K值无关9.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是 A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映10.设开环系统频率特性G(j)= ,当=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)= A. B.4 C. D.2 【 B 】【 B 】【 C 】【 C 】11.超前校正装置的最大超前相角 A. B. C. D.12下列判别系统稳定性的方法中，哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据 A劳斯判据 B赫尔维茨判判据 C奈奎斯特判据 D根轨迹法13 设 单 位 负 反 馈 系 统 的 开 环 传 函 为 G（ s） ，那么它的相位裕量的值为 A15 B60 C30 D45【 A 】【 C 】【 D 】14.在工程问题中，常用_数学模型来表达实际的系统。 . 精确的 . 复杂的 C. 简化的 . 类似的15滞后超前校正装置的相角是，随着的增大 A先超前再滞后 B先滞后再超前 C不超前也不滞后 D同时超前滞后16主导极点的特点是 A距离实轴很远 B距离实轴很近 C距离虚轴很远 D距离虚轴很近17.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的 A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件 D.以上都不是 【 C 】【 B 】【 D 】【 C 】18.开环传递函数为G(s)H(s)= ,则实轴上的根轨迹为 A.4,) B.4,0 C.(,4) D. 0,19.二阶振荡环节的对数幅频特性的高频段的渐近线斜率为_dB/dec。 A.40 B. -20 C. -40 D. 020确定根轨迹的分离点和会合点，可用A B幅值条件 C幅角条件 D 21.进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率c与校正后的穿越频率的关系，通常是 A.c= B.c C.c0 B. K40 C. 0K40 D. 0K3024.PID控制规律是_控制规律的英文缩写。 A.比例与微分 B.比例与积分 C.积分与微分 D.比例、积分与微分25.比例环节的频率特性相位移()= A.90 B.90 C.0 D.180【 】【 】【 】【 】CDDB26设积分环节的传递函数为G（s） ，则其频率特性幅值A()= 【 】 A B C D27.设开环系统的频率特性为G(j) = ,则其频率特性的极坐标图的奈氏曲线与负虚轴交点的频率值_rad/s。 【 】 A. 0.1 B. 1 C. 10 D. 228.用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是 【 】 A.脉冲函数 B.斜坡函数 C.阶跃函数 D.正弦函数AB D29由电子线路构成的控制器如图，它是 【 】 API控制器 BPD控制器 CPID控制器 DP控制器 A二、填空题二、填空题 1控制系统的稳态误差一般要求在被控量稳定值的 以内。2.根轨迹全部在根平面的 部分时，系统总是稳定的。3.设系统的频率特性G(j)=R()+JI()，则相频特性G(j)= 。4 、 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。5二阶振荡环节的标准传递函数是 。6采用拉氏变换，可将系统的_ 方程转换成_方程求解。2%或5%左半微分代数快速性稳定性7.随动系统中常用的典型输入信号是 和_。8.超 前 校 正 装 置 的 最 大 超 前 角 处 对 应 的 频 率m=_。9 滞后校正装置最大滞后角的频率m= 。10控制系统的分析和综合方法有_，时域法，根轨迹法，状态空间法等。11一阶系统 的单位阶跃响应为 。12当K0时，0型系统的奈氏图始于_的有限值处。斜坡函数抛物线函数频域法正实轴13比例环节的对数幅频特性L（）= 。14设系统的频率特性为G(j)=R(j)+jI()，则R()称为 。15闭环频率特性的性能指标有 , 和频带宽度b。 16.系统渐近稳定的充分必要条件是闭环控制系统传递函数的_都具有 。20lgk实频特性谐振峰值Mr谐振频率r全部极点负实部17如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环零点之间，那么这两个零点之间必定存在 。18若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间，则这两个极点之间必定存在 。19超前校正装置的奈氏曲线为一个_。20.增加极点对系统的_性能是不利的。21.剪切频率c不仅影响系统的 还影响动态过程的 。会合点分离 点半圆动态相位裕量调整时间