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1、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
2、统的结构。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e来表征的ss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
3、方 程，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变 换之比4.七个典型环节的传递函数（必须掌蚩握）。了解其特点。（简答）典型环节传递函数特点比例环节G (s )= KRVs )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G ()虫)KGVs 丿=R(s ) Ts +1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G() cC)1GVs 丿=R
4、Xs) Ts输出量与输入量对时间的积分成正比。右输入突变，输出值要等 时间T之后才等于输入值，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G (s )= C) = TsR()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Gc)_1=RSO = T2 s 2 + 2g Ts +1若输入为一阶跃信号，则动态响应应
5、具有振荡的形式时滞环节G() cC)1GVs 丿=(A = e -ts =R(s 丿es输出波形与输入波形相同，但延迟了时间工。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
6、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G Q= G (s)G (s)H(s)= G(s)H(s)kE (s 丿12系统的闭 环传递函给定信号R （s） 作用，设D （s）=0不()Cs)G (s )G (s)G C)=RO = 1 + G (s)G Is)H()= 1 + G(s)H()1 2数扰动信号D (s) 作用，设R (s)=0木()C(s)G ()G ()dD 1 + G (s )G(S )H (s ) 1 + G (s )H (s )1 2系统的误 差传递函 数
7、给定信号R (s) 作用，设D (s)=0不()E(s)11 er G )R(s)1 + G (s 匕(s)H (s)1 + G (s )h (s)1 2扰动信号D (s) 作用，设R (s)=0不()eC)-G (s)H(s)-G C)HC)ed(S)的1 + G (s)G (S)H(s)1 + d(s)H(s)1 2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trt 指系统响应从零开始，第一次上升到稳态值所需的时间r(2) 、峰值时间 tpt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b % (平稳性)指系统响应
8、超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比(4) 、调节时间 t (快速性)st指系统响应应从零开始，达到并保持在稳态值的土5% (或土2%)误差范围内，即响应s进入并保持在土5% (或土2%)误差带之内所需的时间(5) 、稳态误差ess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
9、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分。3. 二阶系统：( 1 )传递函数、两个参数各自的含义；(填空)E阻尼比，g值越大，系统的平稳性越好，超调越小；E值越小，系统响应振荡越强，振荡频 率越高。当g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 trc(t )= 1 e弋r
10、 V；1 g 2sin( t + B)= 1dr由此式可得tr兀-B vl-g 2n其中 B = arctan(2)、峰值时间t根据tp的定义，可采用求极值的方法来求取它，得(3)、超调量b %b % = e-切八1-2 x 100%(4)、调节时间t t =厶 0.68)土 5%误差带s s gnt = 0.7之后又有gfT t J。即g太大或太小，快nss速性均变差。一般，在控制工程中，g是由对超调量的要求来确定的。g 一定时， Tt t Jns由此分析可知，要想获得较好的快速性，阻尼比g不能太大或是太小，而可尽量选大。n一般将g =0.707称为最佳阻尼比，此时系统不仅响应速度快，而且超
11、调量小。( 3)、准确性g 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加 n4. 系统稳定的充要条件？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，贝所有的特征根均位于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
12、与输入有关，设系统的输入的一般表达式为RC)=丄 式中N为输入的阶次令系统的开环传递函数一般表达式为k n c +1)G(s)H(s)= i(n m)SvH U + 1)jj=1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；工、T为时 ij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。A系统的稳态误差可表示为e = lim s Snssr sto i + K表5-1给定信号作用下系统稳态误差eSv系统型号阶跃信号输入R (s ) = -s速度信号输入R (s ) = fs 2加速度信号输入R (s ) = fs 3稳态误差Re =os
13、sr 1 + Kpve = o-ssrKvae = o- ssrKa静态位置误差系数Kp静态速度误差系数Kv静态加速度误差系数KaK = lim ps to S vK = lim Kvs to SvTK = lim Kas to Sv-20R01 + KpooooI0v-j0vooII00aassr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 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。2.七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F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G(s )= KA(g)= K9(o)= 00L(o) = 20lgk积分环节G (s L1sA (G)=-CD9(o)= -90-20o = 1, L(o)= 0o = 10, L(
