自動(dòng)控制原理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、精品文檔自動(dòng)控制原理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第一章1什么是自動(dòng)控制？（填空）自動(dòng)控制：是指在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對(duì)象，是被控量等于給定值 或按給定信號(hào)的變化規(guī)律去變化的過(guò)程。2. 自動(dòng)控制系統(tǒng)的兩種常用控制方式是什么？（填空）開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制3. 開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念？開(kāi)環(huán)控制：控制裝置與受控對(duì)象之間只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)控制實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單，但抗擾動(dòng)能力較差，控制精度也不高。閉環(huán)控制：控制裝置與受控對(duì)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(duì)被 控過(guò)程的影響。主要特點(diǎn)：抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，控制精度高，但存在能否正常工作，即穩(wěn)定與否的問(wèn)題。掌握典型閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2、。開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)？（分析題：對(duì)一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)，能夠參照下圖畫(huà)出其閉環(huán)控制方框圖。）給定偵4。-til Uy被控對(duì)彖被控量i11H11測(cè)員變送典型閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖4. 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要表現(xiàn)在哪三個(gè)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(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力（2）、快速性：通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)表征的（3） 、準(zhǔn)確性：有輸入給定值與輸入響應(yīng)的終值之間的差值ess來(lái)表征的第二章1. 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有什么？（填空）微分方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、頻率特性2. 了解微分方程的建立？（1）、確定系統(tǒng)的輸入變量和輸入變量（2）、建

3、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(xiě)出相應(yīng)的微分方 程，并建立微分方程組（3）、消除中間變量，將式子標(biāo)準(zhǔn)化。將與輸入量有關(guān)的項(xiàng)寫(xiě)在方程式等號(hào)的右邊，與輸出量 有關(guān)的項(xiàng)寫(xiě)在等號(hào)的左邊3. 傳遞函數(shù)定義和性質(zhì)？認(rèn)真理解。（填空或選擇）傳遞函數(shù)：在零初始條件下，線(xiàn)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4.七個(gè)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（必須掌握）。了解其特點(diǎn)。（簡(jiǎn)答）典型 環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)特點(diǎn)一例節(jié)一 一|環(huán)一G s C s K R s輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化，即信號(hào)的 傳遞沒(méi)有慣性慣性環(huán)節(jié)C sKG s R s Ts 1其輸出量不能瞬時(shí)完成與

4、輸入量完全一致的變化積分 環(huán)節(jié)G s C s1G s R s Ts輸出量與輸入量對(duì)時(shí)間的積分成正比。右輸入突變，輸出值要等 時(shí)間T之后才等于輸入值，故有滯后作用。輸出積累一段時(shí)間后， 即使輸入為零，輸出也將保持原值不變，即具有記憶功能。只有 當(dāng)輸入反向時(shí)，輸出才反向積分而下降。常用積分環(huán)節(jié)來(lái)改善系 統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能微分 環(huán)節(jié)C s G sTsR s輸出與輸入信號(hào)對(duì)時(shí)間的微分成正比，即輸出反映輸入信號(hào)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(lái)反映輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)，加快系統(tǒng)控制作用的實(shí)現(xiàn)。常用微 分環(huán)節(jié)來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能振蕩 環(huán)節(jié)C s1R sT2s2 2 Ts 1若輸入為一

5、階躍信號(hào)，則動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)具有振蕩的形式時(shí)滯環(huán)節(jié)CC ss1G sesR se輸出波形與輸入波形相同，但延遲了時(shí)間。時(shí)滯環(huán)節(jié)的存在對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利5. 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換與化簡(jiǎn)。三種基本形式，尤其是式2-61。主要掌握結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)用法,參考 P38 習(xí)題 2-9（a）、（e）、（f）。（化簡(jiǎn)）等效變換，是指被變換部分的輸入量和輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，在變換前后保持不變。串聯(lián)，并聯(lián)，反饋連接，綜合點(diǎn)和引出點(diǎn)的移動(dòng)（P27）6. 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)（重點(diǎn)是給定作用下）、誤差傳遞函數(shù)（重點(diǎn)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(hào)E（ s）的比值，稱(chēng)

6、為閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)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(hào)R（ s）作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)和擾動(dòng)信號(hào)D（ s）作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)B sGk sG1 sG2 s H s G s H sE s系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函給疋信號(hào)R （s） 作用，設(shè)D （s）=0C sG1 s G2 sG ssR s 1 G1SG2SHS 1 G s H s數(shù)擾動(dòng)信號(hào)D （s） 作用，設(shè)R （s）=0C sG2 sG2 sd sD s 1 G1SG2SHS 1 G s H s系統(tǒng)的誤 差傳遞函 數(shù)給疋信號(hào)R （s） 作用，設(shè)D （s）=0E s11er sR s 1 G1 s G2 S H s 1 G s H s

7、擾動(dòng)信號(hào)D （s） 作用，設(shè)R （s）=0E sG2 s H sG2 s H sed sD s 1 G1SG2SHS 1 G s H s第三章1. P42系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)。各自的定義，各自衡量了什么性能？（填空或選擇）（1）、上升時(shí)間trtr指系統(tǒng)響應(yīng)從零開(kāi)始，第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間（2）、峰值時(shí)間tptp指系統(tǒng)響應(yīng)從零開(kāi)始，第一次到達(dá)峰值所需的時(shí)間（3）、超調(diào)量 % （平穩(wěn)性）指系統(tǒng)響應(yīng)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(diào)節(jié)時(shí)間ts （快速性）ts指系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)從零開(kāi)始，達(dá)到并保持在穩(wěn)態(tài)值的5% （或 2%）誤差范圍內(nèi)，即響應(yīng)進(jìn)入并保持在 5% （或 2%）誤差帶之內(nèi)所需的

8、時(shí)間（5）、穩(wěn)態(tài)誤差ess穩(wěn)態(tài)誤差指系統(tǒng)期望值與實(shí)際輸出的最終穩(wěn)態(tài)值之間的差值。這是一個(gè)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)2. 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（填空或選擇）從輸入信號(hào)看，單位斜坡信號(hào)的導(dǎo)數(shù)為單位階躍信號(hào)，而單位階躍信號(hào)的導(dǎo)數(shù)為單位脈沖信號(hào)。相應(yīng)的，從輸出信號(hào)來(lái)看，單位斜坡響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)為單位階躍響應(yīng)，而單位階躍響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)是單位脈 沖響應(yīng)。由此得出線(xiàn)性定常系統(tǒng)的一個(gè)重要性質(zhì)；某輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)，就等于該輸出響應(yīng)的導(dǎo) 數(shù)；同理，某輸入信號(hào)積分的輸出響應(yīng)，就等于該輸入信號(hào)輸出響應(yīng)的積分。3. 二階系統(tǒng)：（1）傳遞函數(shù)、兩個(gè)參數(shù)各自的含義；（填空）阻尼比，值越大，系統(tǒng)的平穩(wěn)性越好，超調(diào)越??；值越小，系統(tǒng)響應(yīng)振蕩越強(qiáng)

9、，振蕩頻率越高。當(dāng) 為0時(shí)，系統(tǒng)輸出為等幅振蕩，不能正常工作，屬不穩(wěn)定。為無(wú)阻尼振蕩頻率3-10）；（填空）P（47）（3）欠阻尼情況的單位階躍響應(yīng)：掌握式P72 習(xí)題 3-6。欠阻尼二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)：3-21、3-233-27 ；參考P51例3-4的欠阻尼情況、ntr（1 ）、上升時(shí)間trC trsind tr由此式可得tr其中arcta n（2）單位階躍響應(yīng)的分類(lèi)，不同阻尼比時(shí)響應(yīng)的大致情況（圖(2)、峰值時(shí)間tp根據(jù)tp的定義，可采用求極值的方法來(lái)求取它，得n .1(3)、超調(diào)量 % e / 1 2100%(4)、調(diào)節(jié)時(shí)間tsts0.685%誤差帶ts0.762%誤差帶精品文檔1當(dāng)大于

10、上述值時(shí)，可采用近似公式計(jì)算ts 6.451.7n(5)、穩(wěn)態(tài)誤差ess2essn在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，主要分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。動(dòng)態(tài)性能包括平穩(wěn)性和快速性， 穩(wěn)態(tài)性能是指準(zhǔn)確性。(1) 、平穩(wěn)性主要有 決定，%平穩(wěn)性越好。當(dāng)=0時(shí)，系統(tǒng)等幅振蕩，不能穩(wěn)定工作。-定時(shí)，nd ，系統(tǒng)平穩(wěn)性變差。(d n -.12)(2) 、快速性當(dāng)con一定時(shí)，若 較小，則ts ，而當(dāng) 0.7之后又有ts 。即太大或太小，快速性均變差。般，在控制工程中，是由對(duì)超調(diào)量的要求來(lái)確定的 .。 一定時(shí)，n ts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n可盡量選大。-般將 =0.707稱(chēng)為最佳

11、阻尼比，此時(shí)系統(tǒng)不僅響應(yīng)速度快，而且超調(diào)量小。(3)、準(zhǔn)確性的增加和 n的減小雖然對(duì)于系統(tǒng)的平穩(wěn)性有利，但將使得系統(tǒng)跟蹤斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差增加4. 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件？S左半平面系統(tǒng)的所有特征根的實(shí)部小于零，其特征方程的根部都在 勞斯判據(jù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用：參考P55例3-5、3-6。(分析題)，且勞斯表中第一列元素均為正值，則所有的特勞斯穩(wěn)定判據(jù) 若特征方程式的各項(xiàng)系數(shù)都大于零(必要條件)征根均位于s左半平面，相應(yīng)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(hào)改變的次數(shù)等 于該特征方程的正實(shí)部根的個(gè)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(xí)題3-13。(計(jì)算題)P(60)系統(tǒng)的穩(wěn)

12、態(tài)誤差既與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，也與輸入有關(guān)，設(shè)系統(tǒng)的輸入的一般表達(dá)式為ARs J式中N為輸入的階次mK i1令系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式為G s H snJv n msvTj11時(shí)的總比例系數(shù)；j、Tj為時(shí)j i式中，K為系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，即開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中各因式的常數(shù)項(xiàng)為 間常數(shù)；v為積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)，由它表征系統(tǒng)的類(lèi)型，或稱(chēng)其為系統(tǒng)的無(wú)差度。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可表示為lim s表5-1給定信號(hào)作用下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差essr系統(tǒng)型號(hào)階躍信號(hào)輸入R sRs速度信號(hào)輸入R s-2s加速度信號(hào)輸入R s-a0s穩(wěn)態(tài)誤差e亠1KpevossrKvea0ssrK a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

13、速度誤差系數(shù) K aKKp 1 叫 SvkK v lim v1 s 0 skKa lim v2 s 0S0R01KpooooI0V。Kvoon00a0Ka穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)控制精度的性能指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差可分為，由給定信號(hào)引起的誤差以及由擾 動(dòng)信號(hào)引起的誤差兩種。穩(wěn)態(tài)誤差也可以用誤差系數(shù)來(lái)表述。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要是由積分環(huán)節(jié)的 個(gè)數(shù)和開(kāi)環(huán)增益來(lái)確定的。為了提高精度等級(jí)，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(kāi)環(huán)增益。但這樣一來(lái)都會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。而采用補(bǔ)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：a（）=|G（j）|系統(tǒng)

14、的相頻特性：=G（j）系統(tǒng)的頻率特性（又稱(chēng)幅相特性）：G（j）= A（）ej（）=|G（j）|ej G（j）2.七個(gè)典型環(huán)節(jié)的頻率特性（必須掌握）。了解其伯德圖的形狀。（簡(jiǎn)答題）典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)幅頻特性比例環(huán)節(jié)G s KAK積分環(huán)節(jié)1G s -sA丄微分環(huán)節(jié)G s sA慣性環(huán)節(jié)G sTs 1A1J1 T2一階微分環(huán)節(jié)G s Ts 1AT 2振蕩環(huán)節(jié)G s2A1s22 s222c2! 1 2 ” 1n2n2時(shí)滯環(huán)節(jié)G s e sA1非最小相位環(huán)節(jié)G sTs 1A1J1T 2相頻特性斜率dB/dec特殊點(diǎn)00L( ) 20lgk-90-201,L010,L20dB90201,L010, L20dB

15、arcta n T-20 和 0arcta n T0和20L( ) 20lgAarcta n 22n0 和-400,L1A 1n2L0arctan1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(shí)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（ 3 ）（1）、將開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化(2) 、找出各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率，且按大小順序在坐標(biāo)中標(biāo)出來(lái)。(3) 、過(guò)=1, L( 3)=20lgk這點(diǎn)，作斜率為-20vdB/dec的低頻漸近線(xiàn)。(4) 、從低頻漸近線(xiàn)開(kāi)始，每到某一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率處，就根據(jù)該環(huán)節(jié)的特性改變一次漸進(jìn)線(xiàn) 的斜率，從而畫(huà)出對(duì)數(shù)幅特性的近似曲線(xiàn)。(5) 、根據(jù)系

16、統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)相頻特性的表達(dá)式，畫(huà)出對(duì)數(shù)相頻特性的近似曲線(xiàn)。4. 根據(jù)伯德圖求傳遞函數(shù)：參考P110習(xí)題4-4。(分析題)P900【K5. 奈氏判據(jù)的用法：參考 P111習(xí)題4-6。(分析題)P946. 相位裕量和幅值裕量的概念、意義及工程中對(duì)二者的要求。(填空或判斷)對(duì)應(yīng)于| G j H j |=1時(shí)的頻率 c稱(chēng)為穿越頻率，或稱(chēng)剪切頻率，也截止頻率相位裕量：G j H j曲線(xiàn)上，模值為1處對(duì)應(yīng)的矢量與負(fù)實(shí)周之間的夾角，其算式為:=(c) +180 A c1c幅值裕量Kg :開(kāi)環(huán)頻率特性的相角g180時(shí)，在對(duì)應(yīng)的頻率 g處，開(kāi)環(huán)頻率特性的幅值|G j g H j g |,其算式為：Kg11|GjgHjg| A g一般，Kg值越大，說(shuō)明系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性越好；反之，當(dāng) Kg1時(shí)，對(duì)應(yīng)的閉