自動控制原理知識點總結

1、自動控制原理知識點總結第一章1 .什么是自動控制？（填空）自動控制：是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，是被控量等于給定值或按給定信號的變化規(guī)律去變化的過程。2 .自動控制系統(tǒng)的兩種常用控制方式是什么？（填空）開環(huán)控制和閉環(huán)控制3 .開環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念？開環(huán)控制：控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系特點：開環(huán)控制實施起來簡單，但抗擾動能力較差，控制精度也不高。閉環(huán)控制：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，既有被控量對被控過程的影響。主要特點：抗擾動能力強，控制精度高，但存在能否正常工作，即穩(wěn)定與否的問題。掌握典型閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構。開環(huán)控

2、制和閉環(huán)控制各自的優(yōu)缺點？（分析題：對一個實際的控制系統(tǒng)，能夠參照下圖畫出其閉環(huán)控制方框圖。）4 .控制系統(tǒng)的性能指標主要表現(xiàn)在哪三個方面？各自的定義？（填空或判斷）（1）、穩(wěn)定性：系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力（2）、快速性：通過動態(tài)過程時間長短來表征的（3）、準確性：有輸入給定值與輸入響應的終值之間的差值ess來表征的第二章1 .控制系統(tǒng)的數(shù)學模型有什么？（填空）微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結構圖、頻率特性2 .了解微分方程的建立？1 1）、確定系統(tǒng)的輸入變量和輸入變量2 2）、建立初始微分方程組。即根據(jù)各環(huán)節(jié)所遵循的基本物理規(guī)律，分別列寫出相應的微分方程，并建立微

3、分方程組3 3）、消除中間變量，將式子標準化。將與輸入量有關的項寫在方程式等號的右邊，與輸出量有關的項寫在等號的左邊4 .傳遞函數(shù)定義和性質？認真理解。（填空或選擇）傳遞函數(shù)：在零初始條件下，線性定常系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換域系統(tǒng)輸入量的拉普拉斯變換之比5 .七個典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（必須掌握）。了解其特點。（簡答）典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)特點比例環(huán)節(jié)輸出不失真、不延遲、成比例地復現(xiàn)輸入隹T號的變化，即隹T號的傳遞沒有慣性慣性環(huán)節(jié)其輸出量不能瞬時完成與輸入量完全一致的變化積分環(huán)節(jié)輸出量與輸入量對時間的積分成正比。若輸入突變，輸出值要等時間T之后才等于輸入值，故有滯后作用。輸出積累一段時間后，即使輸入為零

4、，輸出也將保持原值不變，即具后記憶功能。只后當輸入反向時，輸出才反向積分而下降。常用積分環(huán)節(jié)來改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能微分環(huán)節(jié)輸出與輸入信號對時間的微分成正比，即輸出反映輸入信號的變化率，而不反映輸入量本身的大小。因此，可由微分環(huán)節(jié)的輸出來反映輸入信號的變化趨勢，加快系統(tǒng)控制作用的實現(xiàn)。常用微分環(huán)節(jié)來改善系統(tǒng)的動態(tài)性能振蕩環(huán)節(jié)若輸入升-階躍信號，則動態(tài)響應應具有振蕩的形式時滯環(huán)節(jié)輸出波形與輸入波形相同，但延遲了時間T。時滯環(huán)節(jié)的存在對系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利6 .動態(tài)結構圖的等效變換與化簡。三種基本形式，尤其是式2-61。主要掌握結構圖的化簡用法，參考P38習題2-9(a)、(e)、(f)。(化簡)等效變換

5、，是指被變換部分的輸入量和輸出量之間的數(shù)學關系，在變換前后保持不變。串聯(lián)，并聯(lián)，反饋連接，綜合點和引出點的移動(P27)7 .系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)(重點是給定作用下)、誤差傳遞函數(shù)(重點是給定作用下)：式2-63、2-64、2-66系統(tǒng)的反饋量B(s)與誤差信號E(s)的比值，稱為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)分為給定信號R(s)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)和擾動信號D(s)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)給定信號R(s)作用，設D(s)=0擾動信號D(s)作用，設R(s)=0系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)給定信號R(s)作用，設D(s)=0擾動信號D(s)作用，設R

6、(s)=0第三章1.P42系統(tǒng)的時域性能指標。各自的定義，各自衡量了什么性能？(填空或選擇)(1)、上升時間trtr指系統(tǒng)響應從零開始，第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時間(2)、峰值時間tptp指系統(tǒng)響應從零開始，第一次到達峰值所需的時間(3)、超調量仃(平穩(wěn)性)指系統(tǒng)響應超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量占穩(wěn)態(tài)值的百分比(4)、調節(jié)時間ts(快速性)ts指系統(tǒng)響應應從零開始，達到并保持在穩(wěn)態(tài)值的士5%(或土2%誤差范圍內，即響應進入并保持在5%(或2%誤差帶之內所需的時間(5)、穩(wěn)態(tài)誤差ess穩(wěn)態(tài)誤差指系統(tǒng)期望值與實際輸出的最終穩(wěn)態(tài)值之間的差值。這是一個穩(wěn)態(tài)性能指標2 .一階系統(tǒng)的單位階躍響應。(填空或選擇)

7、從輸入信號看，單位斜坡信號的導數(shù)為單位階躍信號，而單位階躍信號的導數(shù)為單位脈沖信號。相應的，從輸出信號來看，單位斜坡響應的導數(shù)為單位階躍響應，而單位階躍響應的導數(shù)是單位脈沖響應。由此得出線性定常系統(tǒng)的一個重要性質；某輸入信號的輸出響應，就等于該輸出響應的導數(shù)；同理，某輸入信號積分的輸出響應，就等于該輸入信號輸出響應的積分。3 .二階系統(tǒng)：(1)傳遞函數(shù)、兩個參數(shù)各自的含義；(填空)阻尼比，直越大，系統(tǒng)的平穩(wěn)性越好，超調越??；之值越小，系統(tǒng)響應振蕩越強，振蕩頻率越高。當口為0時，系統(tǒng)輸出為等幅振蕩，不能正常工作，屬不穩(wěn)定。0n為無阻尼振蕩頻率(2)單位階躍響應的分類，不同阻尼比時響應的大致情況(

8、圖3-10);(填空)P(47)(3)欠阻尼情況的單位階躍響應：掌握式3-21、3-233-27;參考P51例3-4的欠阻尼情況、P72習題3-6。欠阻尼二階系統(tǒng)的性能指標：e(1)、上升時間trC(tr)=11一sin儂dtr)=11-由此式可得(2)、峰值時間tp根據(jù)tp的定義，可采用求極值的方法來求取它，得(3)、超調量仃仃=e一加一手父100%(4)、調節(jié)時間tsts=-3-0.68_5%差帶nts0.7之后又有:T八。即U太大或太小，快速性均變差。一般，在控制工程中，巴是由對超調量的要求來確定的由此分析可知，要想獲得較好的快速性，阻尼比不能太大或是太小，而防可盡量選大。一般將之=0.

9、707稱為最佳阻尼比，此時系統(tǒng)不僅響應速度快，而且超調量小(3)、準確性的增加和輻的減小雖然對于系統(tǒng)的平穩(wěn)性有利，但將使得系統(tǒng)跟蹤斜坡信號的穩(wěn)態(tài)誤差增加4 .系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件？系統(tǒng)的所有特征根的實部小于零，其特征方程的根部都在S左半平面勞斯判據(jù)的簡單應用：參考P55例3-5、3-6。(分析題)勞斯穩(wěn)定判據(jù)若特征方程式的各項系數(shù)都大于零(必要條件)，且勞斯表中第一列元素均為正值，則所有的特征根均位于s左半平面，相應的系統(tǒng)是穩(wěn)定的；否則系統(tǒng)不穩(wěn)定,且第一列元素符號改變的次數(shù)等于該特征方程的正實部根的個數(shù)。5 .用誤差系數(shù)法求解給定作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。參考P72習題3-13。(計算題)P(60)系統(tǒng)

10、的穩(wěn)態(tài)誤差既與系統(tǒng)的結構參數(shù)有關，也與輸入有關，設系統(tǒng)的輸入的一般表達式為R(s)=/式中N為輸入的階次mKITi1令系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)一般表達式為G(sH(s)=H(nm)svllTj1ji式中，K為系統(tǒng)的開環(huán)增益，即開環(huán)傳遞函數(shù)中各因式的常數(shù)項為1時的總比例系數(shù)；*、Tj為時間常數(shù)；v為積分環(huán)節(jié)的個數(shù)，由它表征系統(tǒng)的類型，或稱其為系統(tǒng)的無差度。AN系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可表示為essr=lim0sSs)0區(qū)Sv表5-1給定信號作用下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差essr系統(tǒng)型階躍信號輸入速度信號輸入加速度信號輸入號R(s)qsv0R(s)=譚sa0r(s)=Ts穩(wěn)態(tài)誤差靜態(tài)位置誤差系數(shù)Kp靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv靜態(tài)加

11、速度誤差系數(shù)Ka000OOI0OOn00穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)控制精度的性能指標。穩(wěn)態(tài)誤差可分為，由給定信號引起的誤差以及由擾動信號引起的誤差兩種。穩(wěn)態(tài)誤差也可以用誤差系數(shù)來表述。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要是由積分環(huán)節(jié)的個數(shù)和開環(huán)增益來確定的。為了提高精度等級，可增加積分環(huán)節(jié)的數(shù)目；為了減少有限誤差，可增加開環(huán)增益。但這樣一來都會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。而采用補償?shù)姆椒?，則可保證穩(wěn)定性的前提下減小穩(wěn)態(tài)誤差。第四章1 .幅頻特性、相頻特性和頻率特性的概念。系統(tǒng)的幅頻特性：Ae=1Gj.3|系統(tǒng)的相頻特性：%G（j0系統(tǒng)的頻率特性（又稱幅相特性）：Gg=Aej*9=|G3|ej-（j心2 .七個典型環(huán)節(jié)的頻率特性

12、（必須掌握）。了解其伯德圖的形狀。（簡答題）典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性斜率dB/dec特殊點比例環(huán)節(jié)0積分環(huán)節(jié)-20微分環(huán)節(jié)20慣性環(huán)節(jié)-20和0一階微分環(huán)十0和20振蕩環(huán)節(jié)0和-40時滯環(huán)節(jié)非最小相位環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、一階微分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)、(時滯環(huán)節(jié)、)非最小相位環(huán)節(jié)3 .繪制伯德圖的步驟(主要是L(a)1 1)、將開環(huán)傳遞函數(shù)標準化2 2)、找出各環(huán)節(jié)的轉折頻率，且按大小順序在坐標中標出來。(3)、過3=1,L(a)=20lgk這點，作斜率為-20vdB/dec的低頻漸近線。3 4)、從低頻漸近線開始，每到某一環(huán)節(jié)的轉折頻率處，就根據(jù)該環(huán)節(jié)的特性改變一次漸

13、進線的斜率，從而畫出對數(shù)幅特性的近似曲線。4 5)、根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)相頻特性的表達式，畫出對數(shù)相頻特性的近似曲線。5 .根據(jù)伯德圖求傳遞函數(shù)：參考P110習題4-4。(分析題)P906 .奈氏判據(jù)的用法：參考P111習題4-6。(分析題)P947 .相位裕量和幅值裕量的概念、意義及工程中對二者的要求。(填空或判斷)對應于|G(j)H(j)|=1時的頻率6c稱為穿越頻率，或稱剪切頻率，也截止頻率相位裕量不：G(j(o)H(j。)曲線上，模值為1處對應的矢量與負實周之間的夾角，其算式為：?二平(c)+180A(6c)=1t6c幅值裕量Kg：開環(huán)頻率特性的相角中(4)=780時，在對應的頻率6g處，開環(huán)頻率gKg|G j -g H j g | A g特性的幅值|G(j%H(j%),其算式為:gg般，Kg值越大，說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好；反之，當Kg1時，對應的閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。8 .開環(huán)頻率特性與時域指標