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1、1 自动控制自动控制：就是应用自动装置自动的、有目的的控制和调节机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。2 扰动扰动：当电源变化、负载变化等将引起转速变化。电动机被称为受控对象。3 自动控制系统的组成自动控制系统的组成：测量变送元件、控制器。4 常规控制器的基本元件常规控制器的基本元件：定制元件，作用是产生给定值信号一般有运行人员设定。比较元件，在该元件中把被控量信号和给定信号进行比较并发出偏差信号 e=r-y.放大元件，把偏差信号放大，并为反馈信号提供信号源。反馈元件，以放大元件的输出制约其输入。5 开环控制系统：开环控制系统：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中
2、不包含受控对象输出端的被控量的反馈信号。 （图）6 控制器的控制规律：控制器的控制规律：控制器的输出变量对其输入变量的因果关系。7 闭环控制系统：闭环控制系统：一个控制系统，如果在其控制器的输入信号中包含来自受控对象输出端的被控量的反馈信号。 （图）偏差信号就是控制器的输入。8 反馈控制系统反馈控制系统：根据被控量和给定值的偏差进行调节的，最后使系统消除偏差，达到被控量等于给定值的目的。反馈控制系统也是闭环控制系统。9 前馈控制系统前馈控制系统：直接根据扰动信号进行调解，扰动量是控制的依据，由于它没有被控量的反馈信号，故不形成闭合回路，所以是一种开环控制系统。 （图）10 前馈前馈反馈复合控制
3、系反馈复合控制系统统:它是在反馈控制系统的基础上增加了对主要扰动d 的前馈补偿作用，即扰动通过补偿环节发出补偿信号到比较元件，使控制器发出控制量信号，影响受控对象的被控量，使之抵消 d 的影响.11 恒值控制系统：恒值控制系统：若自动控制系统的任务是保持被控量恒定不变，也即使被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。例如发电机电压控制、电动机转速控制，电力网的频率控制、各种恒压、恒温、恒液控制。12 随动控制系统随动控制系统:它是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，随动控制系统的任务实在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。13 程序控制系统程序控制系统:被控量的给定值是一
4、个已知的时间函数，控制的目的是要求被控量按确定的给定值的时间函数改变。14 线性控制系统：线性控制系统：当控制系统的各元件的输入输出特性是线性特性，控制系统的动态过程可以用线性微分方程来描述。其特点是：可以应用叠加原理，即系统存在几个输入信号时系统的输出信号等于各个输入信号分别作用于系统时系统输出信号之和，当系统的输入信号按比例增加或减少时，系统的输出也按同样的比例增大或减小。分类：线性定常系统、和、线性时変系统。15 非线性控制系统非线性控制系统：当控制系统中有一个或一个以上的非线性元件时，系统地特性就要用非线性方程来描述，有非线性方程描述的控制系统为非线性控制系统。非线性元件有：饱和非线性
5、、死区非线性、继电器特性非线性、磁滞非线性。16 按控制系统信号的形式按控制系统信号的形式分类分类:连续控制系统：控制系统传递信号都是时间的连续函数。又称模拟量控制系统。离散控制系统:控制系统在某处或几处传递的信号是脉冲系列或数字形式的在时间上是离散的系统。特点：特点：在系统中采用采样开关，将连续信号转变成离散信号。17 对于一个好的自动控制系统，一般要求稳态误差越小越好，最好为零。一般要求稳态误差在被控量额定值的 2%-5%之内。自动控制系统除了要求满足稳态性能之外，还应满足动态过程的性能要求。 18 动态特性：动态特性：单调过程衰减振荡过程 等幅震荡过程渐扩振荡过程。希望控制系统的动态过程
6、不仅是稳定的，并且希望过渡过程时间越短越好，振荡幅度越小越好，衰减的越快越好。综上所述对综上所述对于一个自动控制系统性能要求于一个自动控制系统性能要求为三点：为三点：稳定性、快速性、准确性。19 数学模型：数学模型：描述自动控制系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式。例如微分方程、差分方程、传递函数、状态方程。20 典型环节一般分类典型环节一般分类:比例环节、积分环节、微分环节（又称理想微分环节） 、惯性环节（一阶滞后环节） 、振荡环节、迟延环节。1.同步发电机励磁控制系统，同步发电机励磁控制系统，是电力系统中最重要的自动控制系统之一。2.励磁控制系统励磁控制系统是一个由发电机、
7、功率励磁装置及自动励磁调节器 AVR 等三大部分所组成的一个闭环负反馈控制系统，3.功率励磁装置与自动励磁调节器的组合，称为励磁系统。调称为励磁系统。调节器（又称作控制器）是节器（又称作控制器）是励磁系统的智能部件，而功率励磁装置则相当于调节器的功率执行部件。功率励磁装置输出的励磁电压 Uf,受调节器输出信号u 的控制，所以调节器的输出信号 u 又称之为控制信号。控制信号。4.控制器的作用是控制器的作用是对偏差信号Ue 进行数学用算（控制规律的运算） ，变成所需的控制信号 u后输出到功率励磁装置。5.方框图是方框图是一种图解表示，它表明了系统中各种元件或部件间的相互关系，方框图优于抽象的数学表
8、达式，他可以清楚的表明系统中信号的传递情况。6.方框图的转换应按方框图的转换应按等效的原则进行。所谓等效，进行。所谓等效，就是转换前后有关部分的输入变量和输出变量质监等安息应保持不变。方框图的基本连接方式有串联连接、并联连接和反馈连接。7.目前，绝大部分生产过程自动控系统中采用的控制器，不论它是电气的、气力的、还是液力的，虽然他们的结构有各种各样，但他们生产的控制规律都是比例、积分、微分控制规律，也就是所谓 PID 控制规律。控制规律。8.PID 控制具有以下优点：控制具有以下优点：（1）原理简单，应用方便（2）适应性强（3）鲁棒性强。9.比例控制器的比例系数比例控制器的比例系数 Kp 对对控
9、制系统过渡过程的影响。说控制系统过渡过程的影响。说明明，比例系数 Kp 越小，则被控制量 y(t)的稳态偏差越大，但震荡减小；反之，则稳态偏差减小，震荡则加剧。10.比例积分控制器比例积分控制器:具有比例和积分两种控制作用的控制器称为比例积分控制器。积分控制作用的积分时间 Ti 对控制系统过渡过程的影响。说明，如果说明，如果积分时间积分时间 Ti 取得过大，虽然可取得过大，虽然可以使被控以使被控 y(t)量不产生震荡，但量不产生震荡，但是动态偏差太大。如果积分时是动态偏差太大。如果积分时间间 Ti 取得过小，不但被控量会取得过小，不但被控量会产生激烈震荡，甚至会使被控产生激烈震荡，甚至会使被控
10、量发散而使系统不稳定。量发散而使系统不稳定。11.常用的典型输入信号有以下常用的典型输入信号有以下几种：几种：（1）阶跃函数（2）斜坡函数（3）抛物线函数（4）脉冲函数（5）正弦函数12.衡量控制系统动态响应的性衡量控制系统动态响应的性能指标，能指标，包括动态性能指标和稳态误差。动态性能指标。（1）最大超调量）最大超调量 （2）上升）上升时间时间 tr(3)峰值时间峰值时间 tp（4）调整）调整时间时间 ts。稳态误差稳态误差 ess。控制系统在典型输入信号的作用下，响应的稳态值与希望的给定值之间的偏差，称为稳态偏差。称为稳态偏差。稳态偏差是衡量系统准确性的稳态偏差是衡量系统准确性的重要指标。
11、重要指标。13.一阶系统的单位阶跃响应曲一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始，按指数规线是一条由零开始，按指数规律上升并最终稳定与律上升并最终稳定与 1 的曲线，的曲线，一阶系统的时间一阶系统的时间 T 常数越小，常数越小，调整时间调整时间 ts 就越短，响应过程就越短，响应过程的快速性也越好。的快速性也越好。14.稳态误差：稳态误差：是指系统达到稳定时，输出量的期望值与稳态值之间的差值。稳态误差的大小是衡量系统时域性能的重要指标之一。无差系统：无差系统：没有稳态误差的系统。有差系统：。有差系统：具有稳态误差的系统。15.系统的稳态误差分为两类系统的稳态误差分为两类（1）由参考输入引起的稳
12、态误差称为给定值稳态误差（2）由扰动输入引起的稳态误差称为扰动稳态误差。16.如果闭环极点中距离虚轴最近的极点附近没有闭环零点，而其他的极点均远离虚轴，那么它们所对应的动态分量，无论从衰减速度还是从系数来看，它都在系统的动态应响中起主导作用，故称这样的极点为主主导极点，导极点，而把远离虚轴的极点称为非主导极点。非主导极点。17.系统稳定的充分必要条件是：系统稳定的充分必要条件是：闭环极点全部位于 s 平面的左半平面。18.调差率调差率是反馈控系统对阶跃型参考输入的稳态响应受阶跃型扰动输入影响程度的一个指标，为了减少扰动的影响，希望调差率 越小越好。18 根轨迹法：根轨迹法：系统的某一参数改变是
13、如何影响闭环特性根的变化，从而确定系统是否稳定或是否符合要求的性能指标，如果不能满足要求的性能指标怎样予以改善，这样的方法。19.系统的闭环传递函数：系统的闭环传递函数：闭环特征方程：闭环特征方程：当当 K=0 时，时，S1=0，S2=1=1，这两个极点，这两个极点就是根轨迹的起始点就是根轨迹的起始点. .K 从从 0 增大到增大到 1/4 时，和都时，和都是负实数。是负实数。 即系统处即系统处于临界阻尼或过阻尼状态，于临界阻尼或过阻尼状态，其阶跃响应为非周期动态过其阶跃响应为非周期动态过程。程。K 从从 1/4 增大到增大到 时，时，S1 和和 S2 是复数，他们的实数是复数，他们的实数部分
14、都为部分都为1/2，期虚数部分，期虚数部分则是随着则是随着 K 值的增大而增大。值的增大而增大。其阶跃响应是衰减振荡的。其阶跃响应是衰减振荡的。20.一个一个 n 阶系统的根轨迹应阶系统的根轨迹应有有 n 条分支。系统的开环极条分支。系统的开环极点：点：就是各条根轨迹分支的起点，当 K= 时闭环极点则是根轨迹各条分支的终点。特征方程的重点根：特征方程的重点根：是根轨迹分支的会合点或分离点。21K 从零到时，根轨迹上的从零到时，根轨迹上的点应该满足两个条件：点应该满足两个条件：幅值条件和幅角条件。幅角条幅角条件：件：开环零点到根轨迹上点 s的矢量的幅角 a1 之和减去开环极点到点 s 的矢量的幅
15、角之和，必须为的奇数倍。即：即： 幅值条件：幅值条件：确定根轨迹上某点对应点的 k 值，从而确定系统性能要求的零、极点分布的 K 值。22 绘制根轨迹图的规则和方绘制根轨迹图的规则和方法：法：根轨迹起始于开环极点而终止于开环零点根轨迹的分支数等于特征方程的阶数根轨迹的图必对称于根平面的实轴确定实轴上的根轨迹确定根轨迹的渐近线确定根轨迹的出射角和入射角确定根轨迹的分离点和会合点确定根轨迹与虚轴的交点。计算并在根轨迹上标出一些点所对应的 K 值.其方法其方法有二：有二：利用特征方程来确定根轨迹与虚轴的交点。应用劳斯稳定判据来确定根轨迹与虚轴的交点23 根轨迹的分支数根轨迹的分支数 n 与根轨与根轨
16、迹的起点数相符，但却多于迹的起点数相符，但却多于有限终点数有限终点数 m。说明根轨迹。说明根轨迹的的 m 个分支终止于个分支终止于 m 个有限个有限零点外。零点外。24 闭环零、极点如何分布：闭环零、极点如何分布：如果要求系统稳定，则系统的全部闭环极点均应位于根平面的左半部分要求系统的快速性好，则闭环极点应距离虚轴越远越好二阶系统的分析可知共轭复数极点位于+-45 线上是其对应的阻尼系数为=45=0.707离虚轴最近的闭环极点对系统的动态性能影响最大，起着决定性的主导作用闭环零点的存在，可以抵消或削弱附近闭环极点的作用。25 系统的设计：系统的设计：预先规定了要求满足的性能指标，然后要求设计一个能满足性能指标要求的自动控制系统。26 性能指标的分类：性能指标的分类：
