2016自动控制原理知识点总结

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1、 1 / 7自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。掌握典型闭环控制系统的结构。

2、开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。 ）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1） 、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2） 、快速性：通过动态过程时间长短来表征的（3） 、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 来表征的se第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1） 、确定系统的输入变量和输入变量（2） 、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，

3、并建立微分方程组（3） 、 消除中间变量，将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。 （填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯 2 / 7变换之比4.七个典型环节的传递函数（必须掌握） 。了解其特点。 （简答）典型环节传递函数 特点比例环节KsRCG输出不失真、不延迟、成比例地复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性惯性环节1Ts其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致的变化积分环节sGRCs输出量与输入量对时间的积分成正比。若输入突变，输出值要等时间 T 之后才等于输

4、入值，故有滞后作用。输出积累一段时间后，即使输入为零，输出也将保持原值不变，即具有记忆功能。只有当输入反向时，输出才反向积分而下降。常用积分环节来改善系统的稳态性能微分环节Tss输出与输入信号对时间的微分成正比，即输出反映输入信号的变化率，而不反映输入量本身的大小。因此，可由微分环节的输出来反映输入信号的变化趋势，加快系统控制作用的实现。常用微分环节来改善系统的动态性能振荡环节12GTssRC若输入为一阶跃信号，则动态响应应具有振荡的形式时滞环节ses输出波形与输入波形相同，但延迟了时间 。时滞环节的存在对系统的稳定性不利5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式，尤其是式 2-61。主要掌

5、握结构图的化简用法，参考 P38 习题 2-9（a ） 、 （ e） 、 （f ） 。 （化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。串联，并联，反馈连接，综合点和引出点的移动（P27）6.系统的开环传递函数、闭环传递函数（重点是给定作用下） 、误差传递函数（重点是给定作用下）：式 2-63、2-64、2-66系统的反馈量 B（s）与误差信号 E（s）的比值，称为闭环系统的开环传递函数系统的闭环传递函数分为给定信号 R（s）作用下的闭环传递函数和扰动信号 D（s）作用下的闭环传递函数系统的开环传递函数 HGssG21kB系统的闭环传递函数给定信号R（s）作

6、用，设 D（s）=0ssS1RCs21 3 / 7扰动信号D（s）作用，设 R（s）=0sHGsSsGsd 11DC22给定信号R（s）作用，设 D（s）=0erRE21系统的误差传递函数扰动信号D（s）作用，设 R（s）=0 sHGsSsGsed 1D221第三章1.P42 系统的时域性能指标。各自的定义，各自衡量了什么性能？（填空或选择）（1） 、上升时间 rt指系统响应从零开始，第一次上升到稳态值所需的时间rt（2） 、峰值时间 p指系统响应从零开始，第一次到达峰值所需的时间p（3） 、超调量 (平稳性)%指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比（4） 、调节时间 （快速性）st

7、指系统响应应从零开始，达到并保持在稳态值的 5%（或 2%）误差范围内，即响应st 进入并保持在 5%（或 2%）误差带之内所需的时间（5） 、稳态误差 se稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值。这是一个稳态性能指标2.一阶系统的单位阶跃响应。 （填空或选择）从输入信号看，单位斜坡信号的导数为单位阶跃信号，而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号。相应的 ，从输出信号来看，单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应，而单位阶跃响应的导数是单位脉冲响应。由此得出 线性定常系统的一个重要性质;某输入信号的输出响应，就等于该输出响应的导数；同理，某输入信号积分的输出响应，就等于该输入信号输出响应的积

8、分。3.二阶系统：（1）传递函数、两个参数各自的含义；（填空）阻尼比， 值越大，系统的平稳性越好，超调越小； 值越小，系统响应振荡越强，振荡频 率越高。当 为 0 时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不稳定。为无阻尼振荡频率n（2）单位阶跃响应的分类，不同阻尼比时响应的大致情况（图 3-10） ； （填空）P（47）（3）欠阻尼情况的单位阶跃响应：掌握式 3-21、3-233-27；参考 P51 例 3-4 的欠阻尼情况、P72 习题 3-6。欠阻尼二阶系统的性能指标：（1） 、上升时间 rt1sin1t2r rdtteCr 4 / 7由此式可得 其中21ndrt 21arctn（2） 、

9、峰值时间 pt根据 的定义，可采用求极值的方法来求取它，得pt2d1npt（3） 、超调量 %102/e（4） 、调节时间 5%误差带st68.3ns 2%误差带76.03nst当 大于上述值时，可采用近似公式计算 7.145.6nst（5） 、稳态误差 sens2在系统稳定的前提下，主要分析系统的动态性能和稳态性能。动态性能包括平稳性和快速性，稳态性能是指准确性。（1） 、平稳性主要有 决定， 平稳性越好。当 =0 时，系统等幅振荡，不能稳定工作。%一定时， ，系统平稳性变差。 （ ）dn2d1n（2） 、快速性当 n 一定时，若 较小，则 ，而当 0.7 之后又有 。即 太大或太小，sts

10、t快速性均变差。一般，在控制工程中， 是由对超调量的要求来确定的.。 一定时， snt由此分析可知，要想获得较好的快速性，阻尼比 不能太大或是太小，而 可尽量选大。一般将 =0.707 称为最佳阻尼比，此时系统不仅响应速度快，而且超调量小。（3） 、准确性的增加和 的减小虽然对于系统的平稳性有利，但将使得系统跟踪斜坡信号的稳态误差增n加4.系统稳定的充要条件？ 5 / 7系统的所有特征根的实部小于零，其特征方程的根部都在 S 左半平面劳斯判据的简单应用：参考 P55 例 3-5、3-6。 （分析题）劳斯稳定判据若特征方程式的各项系数都大于零（必要条件） ，且劳斯表中第一列元素均为正值，则所有的

11、特征根均位于 s 左半平面，相应的系统是稳定的；否则系统不稳定，且第一列元素符号改变的次数等于该特征方程的正实部根的个数。5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考 P72 习题 3-13。 （计算题）P(60)系统的稳态误差既与系统的结构参数有关，也与输入有关，设系统的输入的一般表达式为式中 N 为输入的阶次nSAsR令系统的开环传递函数一般表达式为 mnTsKHGvnjjmii1式中，K 为系统的开环增益，即开环传递函数中各因式的常数项为 1 时的总比例系数； 、 为ijT时间常数 ；v 为积分环节的个数，由它表征系统的类型，或称其为系统的无差度。系统的稳态误差可表示为 vNsrSKA

12、e1lim0表 5-1 给定信号作用下系统稳态误差 sre系统型号 阶跃信号输入 0Rs速度信号输入 02vR加速度信号输入 03aRs稳态误差 pK1e0sr v0sreKa0sreK静态位置误差系数 静态速度误差系数 静态加速度误差系数 avsS0plim10vlimvsS20alimvsS0 1pRK 0 0vK 0 0 0aK稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标。稳态误差可分为，由给定信号引起的误差以及由扰 6 / 7动信号引起的误差两种。稳态误差也可以用误差系数来表述。系统的稳态误差主要是由积分环节的个数和开环增益来确定的。为了提高精度等级，可增加积分环节的数目；为了减少有限误差，可

13、增加开环增益。但这样一来都会使系统的稳定性变差。而采用补偿的方法，则可保证稳定性的前提下减小稳态误差。第四章1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。系统的幅频特性： =| |）（ A）（ jG系统的相频特性： =）（系统的频率特性（又称幅相特性）： = =| |）（ j）（A）（ je）（ jG）（ je2.七个典型环节的频率特性（必须掌握） 。了解其伯德图的形状。 （简答题）典型环节 传递函数 幅频特性 相频特性 斜率dB/dec特殊点比例环节 KsGKA00 20lgk)L(,1 积分环节 11 9-20 dB0L,1 微分环节 sG A9020 dB2,惯性环节 1Ts21T Tarct

14、n-20 和0一阶微分环节GArt0 和 2020lgA)L(1, 2,n振荡环节 s22n 221nn2arctn0 和-40 0L 时滞环节 seGA 非最小相位环节 1T21T1arctnT 7 / 7比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、一阶微分环节、振荡环节、 （时滞环节、 ）非最小相位环节3.绘制伯德图的步骤（主要是 L()）（1） 、将开环传递函数标准化（2） 、找出各环节的转折频率，且按大小顺序在坐标中标出来。（3） 、过 =1，L()=20lgk 这点，作斜率为 -20vdB/dec 的低频渐近线。（4） 、从低频渐近线开始，每到某一环节的转折频率处，就根据该环节的特性改变

15、一次渐进线的斜率，从而画出对数幅特性的近似曲线。（5） 、根据系统的开环对数相频特性的表达式，画出对数相频特性的近似曲线。4.根据伯德图求传递函数：参考 P110 习题 4-4。 （分析题）P90v0K5.奈氏判据的用法：参考 P111 习题 4-6。 （分析题）P946.相位裕量和幅值裕量的概念、意义及工程中对二者的要求。 （填空或判断）对应于| |=1 时的频率 称为穿越频率，或称剪切频率，也截止频率jGHc相位裕量 ： 曲线上，模值为 1 处对应的矢量与负实周之间的夹角，其算式为：j= （ ）+c180ccA 幅值裕量 ：开环频率特性的相角 时，在对应的频率 处，开环频率特性的幅值gK80gg,其算式为：|jHG| gA1|jHG|1gg一般， 值越大，说明系统的相对稳定性越好；反之，当 1 时，对应的闭环系统不稳定。g K7.开环频率特性与时域指标的关系中低频段、中频段、高频段各自影响什么性能？稳态性能、动态性