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1、自动控制理论复习考试大纲 一、参考教材： 自动控制原理 （第3 版）李友善，国防工业出版；“现代控制理论”于长官主编、哈尔滨工 业大学出版社二、考试内容： 注 ： 按 照 重 要 程 度 将 内 容 分 为 “ *” 、 “ * ” 和 “ * ” 第一部分经典控制理论1、 自动控制的一般概念 （1）自动控制的基本概念* 负反馈原理 * 自动控制系统的输入量和输出量* 自动控制系统的组成 *自动控制系统的种类（2）对自动控制系统的基本要求*瞬态过程与稳态过程 *系统分析 *系统综合与校正* 要求：系统稳定、满足瞬态响应性能指标和稳态性能指标 2、 自动控制系统的数学模型 （1）微分方程 * 元
2、件和系统微分方程的建立 *非线性系统的线性化 （2）传递函数*传递函数的概念 * 系统传递函数的建立方法* 系统传递函数的几种形式及相互转换 * 典型环节及其传递函数 *结构图及其等效变换 （3）方框图 * 方块图的基本概念 * 方框图表示系统结构和数学模型* 方框图的等效变换 （4）闭环系统传递函数* 给定作用下的系统传递函数（输出与给定、偏差与给定信号之间的传递函数） * 扰动作用下的系统传递函数（输出与扰动、偏差与扰动信号之间的传递函数） * 系统总输出与系统总偏差表达式 （5）梅逊公式及其应用*信号流图基本概念* 梅逊公式及其应用 （6）* 脉冲响应函数及其与系统传递函数的关系3、 自
3、动控制理论的时域分析 （1）典型输入作用和时域性能指标 * 典型输入信号*线性微分方程解的组成 * 瞬态过程的时域性能指标 a、衰减振荡型瞬态过程：超调量、峰值时间、上升时间、和振荡次数b、单调衰减型瞬态过程：允许误差范围；调节时间（过渡过程时间）。 * 稳态过程的时域性能指标* 稳态误差(2)一阶系统的瞬态响应 *典型结构及单位阶跃响应的时域表达式 * 时域响应性能指标 a、* 过渡过程时间： b、* 稳态误差： * 一阶系统在其他典型信号作用下的输出 (3) 二阶系统的瞬态响态 * 典型结构及其开环、闭环传递函数、闭环极点位置和单位阶跃响应的时域表达式* 系统参数取值范围不同时二阶系统的响
4、应特点及其与闭环极点的关系 a、* 零阻尼（临界稳定阻尼） b、* 欠阻尼时性能指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、调节时间振荡次数c、* 临界振荡阻尼 d、* 过阻尼 e、* 负阻尼* 具有零点的二阶系统分析 a、* 单独增加一个闭环零点速度反馈时的二阶系统b、* 增加一个闭环零点，同时改变原系统阻尼系数 比例微分顺馈时的二阶系统 (4)高阶系统分析*典型三阶系统在二阶系统基础上单独增加一个闭环极点 * 高阶系统分析a、* 高阶系统的单位阶跃响应；瞬态响应分量的概念 b、* 主导极点概念 * 具有主导极点的高阶系统性能指标的近似计算 (5)稳定性和代数稳定判据 * 线性系统稳定的基本概念与
5、线性系统稳定的充分必要条件 * 劳思 赫尔维兹稳定判据 a、* 劳思判据及其应用 b、* 赫尔维兹判据及其应用 (6)稳态误差分析 * 系统误差、系统偏差、稳态误差的概念与定义 * 稳态误差的一般计算公式（拉氏变换的终值定理） * 给定输入下系统稳态误差分析a、* 系统类别的定义 b、* 静态误差系数及其与系统开环放大系数的关系c、* 复合信号作用下系统稳态误差的计算 *动态误差系数 4、 轨迹法 （1）根轨迹的基本概念* 开环传递函数的零、极点表示 * 绘制系统的根轨迹的基本条件 a、* 幅值条件 b、* 相角条件 (2)* 绘制根轨迹的基本法则 (3)参量根轨迹* 参量根轨迹与常规根轨迹的
6、概念 * 参量根轨迹的绘制要素*根轨迹族的概念 (4)* 系统根轨迹的绘制* 单回路负反馈系统根轨迹的绘制 *多回路系统根轨迹的绘制(5)控制系统的根轨迹法分析 * 给定系统参数，确定闭环零点和极点位置 * 分析参数变化对系统稳定性的影响* 计算系统的暂态性能指标和稳态性能指标 * 根据系统性能要求确定系统的参数等。* 条件稳定系统的分析 *稳态性能的求取 5、 控制系统的频率法分析 (1)频率特性的基本概念 * 频率特性的几种表示法及相互转换 * 频率特性的图示法 a、* 幅频特性曲线和相频特性曲线 b、* 极坐标频率特性曲线（奈氏特性曲线、幅相特性曲线） c、* 对数频率特性曲线（Bode
7、 图）d、*对数幅相特性曲线（尼柯尔斯曲线） (2)* 典型环节的频率特性 (3)* 开环系统频率特性的绘制* 奈氏特性曲线（极坐标图）的绘制 *Bode 图的绘制 a、* 对数幅频特性的绘制 b、* 对数相频特性的绘制步骤 * 最小相位系统的概念及其与非最小相位系统的差异(4)系统稳定性分析奈奎斯特稳定性判据 *幅角原理；* 奈氏稳定判据； a、* 奈氏轨线（开环传递函数在虚轴上有无极点）及其映射；b、* 奈氏判据一 c、* 奈氏判据二 d、* 在 Bode 图上如何利用奈氏判据判断系统的稳定性 (5)稳定裕度 * 稳定裕度的概念 * 幅值稳定裕度与相角穿越频率g * 相位稳定裕度幅值穿越频
8、率c * 稳定裕度应用 a、* 如何改变开环放大系数K 来满足稳定裕度的要求 b、* 根据幅值裕度和相角裕度来判断最小相位系统稳定性 (6)闭环系统频率特性的绘制 *闭环频率特性的图示法a、* 幅频特性和相频特性 b、* 对数幅频特性和对数相频特性* 图解法绘制单位反馈系统的闭环频率特性曲线 * 用等 M 圆和等 N 圆绘制系统闭环频率特性 a、* 等 M 圆及用等M 圆图法确定系统的闭环幅频特性曲线 b、* 等 N 圆及用等N 圆图法绘制系统的闭环相频特性特性 （7）闭环系统性能分析* 稳态特性分析 * 典型一阶系统和二阶系统闭环频率特性与瞬态性能的关系 * 频率域性能指标 * 根据开环系统
9、对数幅频特性分析高阶系统的瞬态性能 * 开环放大系数的确定a、* 奈氏曲线上确定开环放大系数 b、* 从 Bode 图上确定开环放大系数 6、控制系统的校正装置综合 （1）* 校正装置及校正装置的综合的基本概念（2）* 校正装置的特性* 微分校正装置（超前校正装置）* 积分校正装置（滞后校正装置） *积分 -微分校正装置（滞后-超前校正） ： （3）根轨迹的改造及根轨迹法综合* 增加极点和零点对根轨迹的影响 * 串联微分校正装置的综合* 串联积分校正装置的综合 *串联积分 -微分校正装置的综合（滞后-超前校正装置） （4）频率法串联校正装置的综合* 相位超前校正装置的综合 * 相位滞后校正装置
10、的综合 * 相位滞后 -超前校正装置的综合 （5）频率法并联校正装置的综合 *并联校正装置对系统特性的影响 * 并联校正装置的综合7、非线性系统分析 （1）* 非线性控制系统概念 （2）* 描述函数和描述函数法（3）* 用描述函数法研究非线性控制系统的自振荡 （4）相平面分析法*相平面及相平面图 * 用相平面分析法分析二阶非线性控制系统 *利用非线性特性改善系统的控制性能 8、线性离散（时间）控制系统及其分析 （1）* 线性离散（时间）控制系统概念（2）* 采样过程和采样定理 （3）*Z变换及用Z 变换法解差分方程（4）* 脉冲传递函数 （5）* 离散控制系统稳定性分析 （6）* 离散控制系统
11、的稳态误差 （7）* 离散控制系统的动态性能 第二部分现代控制理论1、 线 性 控 制 系 统 的 状 态 空 间 描 述 *状 态 空 间 描 述 的 概 念 * 系 统 的 一 般 时 域 描 述 化 为 状 态 空 间 描 述 * 系 统 的 频 域 描 述 化 为 状 态 空 间 描 述 * 根 据 状 态 变 量 图 列 写 线 性 系 统 的 状 态 空 间 描 述 * 根 据 系 统 方 块 图 导 出 状 态 空 间 描 述 * 将 状 态 方 程 化 为 规 范 形 式2、 线 性 控 制 系 统 的 运 动 与 离 散 化 * 线 性 定 常 系 统 的 自 由 运 动*
12、矩 阵 指 数 eA (t )的 计 算 方 法* 线 性 定 常 系 统 的 受 控 运 动 * 离 散 系 统 的 状 态 空 间 描 述 * 离 散 系 统 状 态 方 程 求 解 * 线 性 连 续 系 统 的 离 散 化 3、 控 制 系 统 的 李 亚 普 诺 夫 稳 定 性 * 李 亚 普 诺 夫 第 二 法 概 述 * 李 亚 普 诺 夫 意 义 下 的 稳 定 性 * 李 亚 普 诺 夫 稳 定 性 定 理 * 线 性 系 统 的 李 亚 普 诺 夫 稳 定 性 分 析* 变 量 梯 度 法 4、 线 性 控 制 系 统 的 能 控 性 与 能 观 测 性* 能 控 性 和 能 观 性 的 概 念 *线 性 定 常 系 统 的 能 控 性 判 据*线 性 定 常 系 统 的 能 观 测 性 判 据 * 线 性 定 常 系 统 的 能 控 能 观 测 判 据* 能 控 规 范 型 和 能 观 测 规 范 型 * 系 统 的 能 控 性 和 能 观 测 性 的 对 偶 原 理 5、 状 态 反 馈 与 状 态 观 测 器* 状 态 反 馈 与 输 出 反 馈 *单 输 入 -单 输 出 状 态 反 馈 系 统 的 极 点 配 置 法* 状 态 重 构 问 题 *观 测 器 的 极 点 配 置
