(完整word版)自動控制原理復(fù)習(xí)提綱(整理版).doc

1、自動控制原理課程概念性知識 復(fù)習(xí)提綱詳細(xì)版第一章：1.自動控制的任務(wù)（背） ：是在沒有人直接參與下，利用控制裝置操縱被控對象，使被控量等于給定值。2.自動控制基本方式一 .按給定值操縱的開環(huán)控制二 .按干擾補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制三 .按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制3.性能要求： 穩(wěn)快準(zhǔn)第二章：4.微分方程的建立：課后 2.55.傳遞函數(shù)定義（背）線性定常系統(tǒng)（或元件）的傳遞函數(shù)為在零初始條件下，系統(tǒng)（或元件）的輸出變量拉氏變換與輸入變量拉氏變換之比。t= 0這里的零初始條件包含兩方面的意思，一是指輸入作用是在時的值為零。二是指輸入信號作用于系統(tǒng)之間系統(tǒng)是靜止的，即t=0以后才加于系統(tǒng)，因此輸入量及其各階導(dǎo)數(shù)，在

2、t 0 時，系統(tǒng)的輸出量及其各階導(dǎo)數(shù)為零。這是反映控制系統(tǒng)的實(shí)際工作情況的，因?yàn)槭剑?2-38）表示的是平衡工作點(diǎn)附近的增量方程，許多情況下傳遞函數(shù)是能完全反映系統(tǒng)的動態(tài)性能的。6.結(jié)構(gòu)圖化簡：課后 2.14（結(jié)構(gòu)圖化簡一道大題，梅森公式化簡一道大題）復(fù)習(xí)要點(diǎn)7.幾種傳遞函數(shù)（要求：懂得原理）一 .輸入信號 r(t) 作用下的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)二 .干擾信號 n(t)作用下的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)三 .閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)8.階躍響應(yīng)，脈沖響應(yīng)，傳遞函數(shù)之間的關(guān)系階躍響應(yīng)： H(s)= 1單位斜坡響應(yīng)： Ct（ s） =1單位脈沖響應(yīng)： K(s)=(s)ss2H (s)(s) 1K (s) 1Ct

3、( s)( s)1H ( s) 1綜合可得K(s)=sH(s)H(s)=s Ctsss2s第三章：9.階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)有哪些，各個性能指標(biāo)的意義是什么。延遲時間 td：指單位階躍響應(yīng)曲線h(t) 上升到其穩(wěn)態(tài)值的 50%所需要的時間上升時間 tr：指單位階躍響應(yīng)曲線h(t) ，從穩(wěn)態(tài)值的 10%上升到 90%所需要的時間（也有指從零上升到穩(wěn)態(tài)值所需要的時間）峰值時間 t p ：指單位階躍響應(yīng)曲線h(t)，超過其穩(wěn)態(tài)值而達(dá)到第一個峰值所需要的時間。超調(diào)量%：指在響應(yīng)過程中，超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比，即%h(t p )h( )h(100% ，式中： h( t p )是單位階躍響應(yīng)的峰值

4、； h( )是單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值)調(diào)節(jié)時間 ts ：在單位階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取5% （有時也取2% 作為誤差帶，響應(yīng)曲線達(dá)到并不再超出該誤差帶的最小時間，成為調(diào)節(jié)時間（或過渡過程時間）。調(diào)節(jié)時間 t s 標(biāo)志著過渡過程結(jié)束，系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)誤差 ess ：當(dāng)時間t 趨于無窮時，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的實(shí)際值（即穩(wěn)態(tài)值）與期望值 一般為輸入值1（ t） 之差，一般定義為穩(wěn)態(tài)誤差。即ess1h()延遲時間、上升時間、峰值時間 表征 系統(tǒng)響應(yīng)初始段的快慢；調(diào)節(jié)時間，表示系統(tǒng)過渡過程持續(xù)的時間，是系統(tǒng)快速性的一個指標(biāo)，超調(diào)量反映系統(tǒng)響應(yīng)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)態(tài)誤差則反映系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)輸入信號的最終

5、（穩(wěn)態(tài)）精度。10.從平穩(wěn)性，快速性和穩(wěn)態(tài)精度三個方面，簡述典型二階欠阻尼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，n 對階躍相應(yīng)的影響。由于欠阻尼二階系統(tǒng)具有一對實(shí)部為負(fù)的共軛復(fù)特征根，時間響應(yīng)呈衰減振蕩特性，故又稱為振蕩環(huán)節(jié)。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為C(s)2nR(s)s22n s2n由于 01，所以一對共軛復(fù)根為 s1,2nj n 12 jd式中，n ，為特征根實(shí)部之模值，具有角頻率量綱。dn 12 ，稱為阻尼振蕩角頻率，且dn平穩(wěn)性： 阻尼比，超調(diào)量，響應(yīng)振蕩傾向越弱，平穩(wěn)性越好。反之，阻尼比，超調(diào)量，振蕩越強(qiáng)，平穩(wěn)性越差。當(dāng) 0 時，零阻尼響應(yīng)為不衰減（等幅）振蕩。超調(diào)量與阻尼比的關(guān)系：h(t )1cosn

6、t ,t0 ，具有頻率為n 的n 12d阻尼比一定， n， d，平穩(wěn)性越差。快速性 : 0.707 時，超調(diào)量% 5% ，平穩(wěn)性最好。穩(wěn)態(tài)精度：由式 3-25 可看出，瞬態(tài)分量隨時間t 的增長衰減到零，而穩(wěn)態(tài)分量等于 1，因此，上述欠阻尼二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差為零。1）上升時間tr ：，craos2）峰值時間t p ： t p dh(tp )h( )/ 12）超調(diào)量%：%100%e100%3h()4）調(diào)節(jié)時間 ts ： ts 不僅與阻尼比有關(guān)，而且與自然振蕩頻率n 有關(guān)。當(dāng)0.8 時，ts 3.5（取 5%誤差帶）ts 4.5 （取 2%誤差帶）nn11.一階系統(tǒng)性能指標(biāo)：ts1單位階

7、躍響應(yīng)： h(t)=1- e T( t 0 )。 一階系統(tǒng)沒有超調(diào)量，性能指標(biāo)主要是調(diào)節(jié)時間ts ，表征系統(tǒng)過渡過程的快慢。ts=3T ,對應(yīng) 5%誤差帶ts 4 T，對應(yīng) 2%誤差帶12.二階性能指標(biāo)：欠阻尼時定性分析，幾個性能指標(biāo)計算公式：課后3.6， 3.8如第 10點(diǎn)13.改善二階系統(tǒng)響應(yīng)的措施。1.誤差信號的比例 -微分控制C( s)n2 (1Td s)開環(huán)傳函： G(s)s(s2n )E( s)閉環(huán)傳函：(s)C(s)n2 (1 Td s)R(s)2Td2)s2s (2 nnn原理：比例 -微分控制抑制了振蕩，使超調(diào)減弱，可以改善系統(tǒng)的平穩(wěn)性，另外和n 決定了開環(huán)增益，微分作用之所

8、以能改善動態(tài)性能，因?yàn)樗a(chǎn)生一種早期控制（或稱為超前控制），能在實(shí)際超調(diào)量出來之前，就產(chǎn)生了一個修正作用。2.輸出量的速度反饋控制原理： 速度反饋同樣可以加大阻尼， 改善動態(tài)性能。 由于速度反饋系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)沒有零點(diǎn)， 所以其輸出響應(yīng)的平穩(wěn)性與反饋系數(shù) K t 的關(guān)系比較簡單， 易于調(diào)整， 但環(huán)節(jié) Kt s 的加入，會使系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)降低， 因此在設(shè)計速度反饋系統(tǒng)時， 一般可適當(dāng)增大原來系統(tǒng)的開環(huán)增益， 以補(bǔ)償速度反饋控制引起的開環(huán)增益損失，同時適當(dāng)選擇反饋系數(shù)K t ，使阻尼比t 比較合適。14. 什么是系統(tǒng)穩(wěn)定性。簡述穩(wěn)定的數(shù)學(xué)條件。( 背）定義：如果系統(tǒng)受到擾動，偏離了原來的平衡狀態(tài)

9、，產(chǎn)生偏差，而當(dāng)擾動消失之后，系統(tǒng)又能夠逐漸恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，或具有穩(wěn)定性。若擾動消失后，系統(tǒng)不能恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)，甚至偏差越來越大，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，或不具有穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是當(dāng)擾動消失以后，系統(tǒng)自身的一種恢復(fù)能力，是系統(tǒng)的一種固有特性。這種穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)而與初始條件及外作用無關(guān)。穩(wěn)定的數(shù)學(xué)條件： 判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，可以歸結(jié)為判別系統(tǒng)特征根實(shí)部的符號，所有特征根均具有負(fù)實(shí)部，即Resi 001n1a1a3a5.a2n 1a1a3a5行列式： Dna0a2 a4 .a2 n 2， D1a1 ， D2a1a3 ， D3 a0a2a40a1a3.a2 n 3a

10、0a20a1 a3.2.林納德 -奇帕特判據(jù)條件： 1.系統(tǒng)特征方程的各項(xiàng)系數(shù)大于零，即ai 02.奇數(shù)階或偶數(shù)階的赫爾維茨行列式大于零，即D奇 0，或 D偶 03.勞斯判據(jù)第一列所有元素符號相同（但不為零）特殊情況：1.某行的第一列為零， 而其余各項(xiàng)不為零，或不全為零：用（s+a）乘以原特征方程，其中 a 可為任意正數(shù)。在對新的特征方程應(yīng)用勞斯判據(jù)2.某行出現(xiàn)全零行：用全零行的上一行的系數(shù)構(gòu)造一個輔助方程，對其求導(dǎo)，用所得方程的系數(shù)代替全零行。輔助方程的次數(shù)通常為偶數(shù)，它表明數(shù)值相同，符號相反的根數(shù)。16.誤差兩種定義， 什么是穩(wěn)態(tài)誤差。 （背）1） e(t)r (t)c(t) 期望值 -實(shí)

11、際值2） e(t)r (t)b(t) 期望值 -反饋量定義：穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)誤差的終值稱為穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)時間 t 趨于無窮時， e(t)的極限存在，則穩(wěn)態(tài)誤差為lim( )esste t17.穩(wěn)態(tài)誤差的計算：靜態(tài)誤差系數(shù)法課后 3.19第四章：18.根軌跡方程（背）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中某個參數(shù)（如開環(huán)增益 K ）從零變到無窮時，閉環(huán)特征根在 s 平面上移動的軌跡。19.閉環(huán)零極點(diǎn)與開環(huán)零極點(diǎn)關(guān)系（背）閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡增益等于系統(tǒng)前向通道的根軌跡增益，對于H （s） =1 的單位反饋系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡增益就等于開環(huán)系統(tǒng)根軌跡增益。閉環(huán)系統(tǒng)的零點(diǎn)由前向通道的零點(diǎn)和反饋通道的極點(diǎn)組成，對于H(s) 1 的單位

12、反饋系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)的零點(diǎn)就是開環(huán)系統(tǒng)的零點(diǎn)。K* 有關(guān)。閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)與開環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)、零點(diǎn)以及開環(huán)根軌跡增益20.根軌跡的繪制：并利用繪制的根軌跡進(jìn)行系統(tǒng)分析課后 4.3， 4.5簡述閉環(huán)零、 極點(diǎn)分布與階躍相應(yīng)的關(guān)系。 P155（背）要求系統(tǒng)穩(wěn)定， 則必須使所有的閉環(huán)極點(diǎn) si 均位于 s 平面的左半部。要求系統(tǒng)的快速性好，應(yīng)使階躍響應(yīng)式中每個分量衰減得快，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離虛軸。要求系統(tǒng)平穩(wěn)性好，則復(fù)數(shù)極點(diǎn)最好設(shè)置在s 平面中與負(fù)實(shí)軸成45。夾角線附近。要求動態(tài)過程盡快消失，要求系數(shù)Ak 要小，因?yàn)?Ak 小，對應(yīng)的暫態(tài)分量小。從而看出，閉環(huán)極點(diǎn)之間的間距( sk si ) 要大；零點(diǎn) z

13、i 應(yīng)靠近極點(diǎn) sk 。21.什么是主導(dǎo)極點(diǎn)，什么是偶極子p155 （背）主導(dǎo)極點(diǎn)： 離虛軸最近且附近沒有閉環(huán)零點(diǎn)的一些閉環(huán)極點(diǎn)（復(fù)數(shù)極點(diǎn)或?qū)崝?shù)極點(diǎn)）對系統(tǒng)的動態(tài)過程性能影響最大，起著主要的決定的作用的。偶極子：將一對靠得很近的閉環(huán)零、 極點(diǎn)稱為偶極子22. 什么是最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)p162（背）最小相位系統(tǒng)： 系統(tǒng)的所有開環(huán)極點(diǎn)和零點(diǎn)都位于s平面的左半部非最小相位系統(tǒng)：s平面的右半部具有開環(huán)極點(diǎn)或零點(diǎn)的系統(tǒng)第五章：23.頻率特性的定義：（背） 線性定常系統(tǒng)，在正弦信號作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入的復(fù)數(shù)比。稱為系統(tǒng)的頻率特性（即為幅相頻率特性，簡稱幅相特性） 。24.奈氏曲線奈奎斯特

14、圖是對于一個連續(xù)時間的線性非時變系統(tǒng)，將其頻率響應(yīng)的增益及相位以極座標(biāo)的方式繪出，常在控制系統(tǒng)或信號處理中使用，可以用來判斷一個有回授的系統(tǒng)是否穩(wěn)定。奈奎斯特圖上每一點(diǎn)都是對應(yīng)一特定頻率下的頻率響應(yīng)，該點(diǎn)相對于原點(diǎn)的角度表示相位，而和原點(diǎn)之間的距離表示增益，因此奈奎斯特圖將振幅及相位的波德圖綜合在一張圖中。如右圖25.伯德圖（寫傳遞函數(shù)）如下圖26.穩(wěn)定判據(jù)2 個1. 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)2.對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)27.裕度指標(biāo)計算)H ( j ) 曲線上模值等于 1 的矢量與負(fù)實(shí)軸的夾角。相角裕度：在 G ( j在對數(shù)頻率特性曲線上， 相當(dāng)于 L( )20lg G( j) H ( j) 0dB 處的相頻G ( j) H ( j ) 與的差角。G ( j c ) H ( j c )( 180。) 180。+ G ( jc )H ( jc )模 穩(wěn) 定 裕 度 h ： 是 G ( j ) H ( j)曲線與負(fù)實(shí)軸相交點(diǎn)處的模值G( j 1) H ( j 1 ) 的倒數(shù)。（僅對 G( j1) H ( j 1) 1 的情況）h