自動控制原理知識點總結(jié)

1、自動控制原理知識點總結(jié)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(jié)構(gòu)。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。）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(fù)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(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(yīng)

3、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)的項寫在方程式等號的右邊，與輸出量 有關(guān)的項寫在等號的左邊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)特點一例節(jié)一 一|°環(huán)一G(s)=C(s)= KR(s)輸出不失真、不延遲、成比例地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化，即信號的 傳遞沒有慣性慣性環(huán)節(jié)G(s)=C(sL KR(s) Ts+1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)G(s)=C

4、(s)= 1R(s) Ts輸出量與輸入量對時間的積分成正比。右輸入突變，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，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，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)G(s)_R J-Ts R(s)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)Gf-l C(s)1-R(s ) _T2s2 +2%十1若輸入為一階躍信號，則動

5、態(tài)響應(yīng)應(yīng)具有振蕩的形式時滯環(huán)節(jié)G(s 宀” 1sR(s)es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5. 動態(tài)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖的化簡用法,參考 P38 習(xí)題 2-9（a）、（e）、（f）。（化簡）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，綜合點和引出點的移動（P27）6. 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

6、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)E(s)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函給疋信號R （s） 作用，設(shè)D （s）=0昭)C(s)G1(sG2(s)G(s)s 一 R(s)1 + G(sG2(SH(s)1 + G(sH(s)數(shù)擾動信號D （s） 作用，設(shè)R （s）=0心C(s)=G2(s)= G2(s)D(s) 19(sG2(S H (s) 1+G(s)H(s)系統(tǒng)的誤 差傳遞函 數(shù)給疋信號R （s） 作用，設(shè)D （s）=0不E(s)11 er (s )=R(s) 1+G1(sG2(S)H(s) 1 + G(s)H(

7、s)擾動信號D （s） 作用，設(shè)R （s）=0不E(s)G2(sH(s)G2(sH(s)ed _ D(s) 1 +G1(sG2(S)H(s) 1 + G(sH(s)第三章1. P42系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)。各自的定義，各自衡量了什么性能？（填空或選擇）（1）、上升時間trtr指系統(tǒng)響應(yīng)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(yīng)從零開始，第一次到達(dá)峰值所需的時間（3）、超調(diào)量二% （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)時間ts （快速性）ts指系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)從零開始，達(dá)到并保持在穩(wěn)態(tài)值的_5% （或一 2%）誤差范圍內(nèi)，即響應(yīng)進(jìn)入并保持在-5

8、% （或2% ）誤差帶之內(nèi)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(biāo)2. 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（填空或選擇）號。從輸入信號看，單位斜坡信號的導(dǎo)數(shù)為單位階躍信號，而單位階躍信號的導(dǎo)數(shù)為單位脈沖信且相應(yīng)的，從輸出信號來看，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)。由此得出線性定常系統(tǒng)的一個重要性質(zhì)；某輸入信號的輸出響應(yīng)，就等于該輸出響應(yīng)的導(dǎo) 數(shù)；同理，某輸入信號積分的輸出響應(yīng)，就等于該輸入信號輸出響應(yīng)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，值越大，系統(tǒng)的平穩(wěn)性越好

9、，超調(diào)越??；值越小，系統(tǒng)響應(yīng)振蕩越強，振蕩頻率越高。當(dāng)為0時，系統(tǒng)輸出為等幅振蕩，不能正常工作，屬不穩(wěn)定。-'n為無阻尼振蕩頻率（2）單位階躍響應(yīng)的分類，不同阻尼比時響應(yīng)的大致情況（圖3-10 ）；（填空）P（ 47）（3）欠阻尼情況的單位階躍響應(yīng)：掌握式 3-21、3-233-27 ；參考P51例3-4的欠阻尼情況、 P72 習(xí)題 3-6。欠阻尼二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)：（1 ）、上升時間tr-fetrc(tr )=1 12 sindtr + P )=1v1-2由此式可得tr =一H _p其中 P =arctan（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)、(4

10、)、調(diào)節(jié)時間tsts二5%誤差帶10 / 7:0.76_2%誤差帶當(dāng)大于上述值時，可采用近似公式計算ts11 6.45 -1.7-'n（5）、穩(wěn)態(tài)誤差essn在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，主要分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。動態(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，f平穩(wěn)性越好。當(dāng)=0時，系統(tǒng)等幅振蕩，不能穩(wěn)定工作。定時， F 八'd ，系統(tǒng)平穩(wěn)性變差。r = n -J- 2）（2）、快速性當(dāng)3n 定時，若 較小，則' ts ，而當(dāng) >0.7之后又有： ts y即太大或太小，快 速性均變差。一般，在控制工程中，是由對超調(diào)量的要求來確定的.。

11、一定時， 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，而可盡量選大。一般將 =0.707稱為最佳阻尼比，此時系統(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(yīng)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(yīng)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的；否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，且第一列元素符號改變的次數(shù)

12、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(xí)題3-13。(計算題)P(60)系統(tǒng)的穩(wěn)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AR s n 式中N為輸入的階次SmK 口 也 +1)令系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式為G s H s 呂n msn (Tj +1)j=i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。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可表示為表5-1給定信號作用下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差essr系統(tǒng)型號階躍信號輸入R(s)=邑s速度信號輸

13、入 R(s)=s加速度信號輸入 R(s)二冷s穩(wěn)態(tài)誤差Roessr 1 + Kpessr =-V°Kvessr = -0°-Ka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)加速度誤差系數(shù) Ka“I-KKv - 四Ka=limvdT S0Ro I%ooooI0Vo_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

14、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：A（.）=|G（j）|系統(tǒng)的相頻特性： =ZG（j）系統(tǒng)的頻率特性（又稱幅相特性）：G（j）= A（）ej（）=|G（j）|ejG（j'）2.七個典型環(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)G (s )= KA（）=K申包）=0。0Lg)= 20lgk積分環(huán)節(jié)G(s)=l s1A()=-咋）=-90。-20蛍=1,L® )= 00 =10丄陽=-20dB微分環(huán)節(jié)G(s)=

15、sA (co )=<o咋）=90。20co = 1, L(灼)=0灼=10,L® )=20dB慣性環(huán)節(jié)G(s)T 1Ts +1A )=i 1 屮+ ©T 2)=-arctanooT-20 和 0一階微分環(huán)節(jié)G(s)=Ts+1A ()=J1 + (國 T f咋)=arcta2T0和20L®)= 20lgA® )振蕩環(huán)節(jié)G(s )=2 %A® )=1咋)=2 紜 nCOarcta n 22©n -灼丿0 和-40國=0, L® )= 1B"n,A(小戶2-認(rèn)叫2丿1叫2丿S2 +2 厶 nS+錦2=co L

16、74; )= 0時滯環(huán)節(jié)G(s)= eYA® )=1)= -TO非最小相位環(huán)節(jié)G(s)二丄Ts-1A 倒)=寸1 + 9T 2申)=-arctal-1丿比例環(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（ 3 ）（1）、將開環(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。(3) 、過«=1, L( 3)20lgk這點，作斜率為-20vdB/dec的低頻漸近線。(4) 、從低頻漸近線開始，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 的斜率，從而畫出對數(shù)幅特性的

17、近似曲線。(5) 、根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)相頻特性的表達(dá)式，畫出對數(shù)相頻特性的近似曲線。4. 根據(jù)伯德圖求傳遞函數(shù)：參考P110習(xí)題4-4。(分析題)P90 '0 =v. 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、意義及工程中對二者的要求。(填空或判斷)對應(yīng)于| G H j |=1時的頻率-，c稱為穿越頻率，或稱剪切頻率，也截止頻率相位裕量：G j- H j 曲線上，模值為1處對應(yīng)的矢量與負(fù)實周之間的夾角，其算式為：=;：C 'c) +180 Ac 1=1 - ；%幅值裕量Kg ：開環(huán)頻率特性的相角 J，g二-180時,在對應(yīng)的頻率-'g處，開環(huán)頻率特性的幅值j1|Gj gHj j其算式為:/Gj .gHj .g廣1A gKg<1時，對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。般，Kg值越大，說明系統(tǒng)的相