自控復(fù)習(xí)(整理)重點(diǎn)

1、第一章1、自動(dòng)控制：是在沒有人的直接干預(yù)下，利用物理裝置對生產(chǎn)設(shè)備和（或）工藝過程進(jìn)行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按一定的規(guī)律變化。2、自動(dòng)控制系統(tǒng)：是為實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的所有物理量的有機(jī)組合體。3、按結(jié)構(gòu)分類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、復(fù)合控制系統(tǒng)。按包含的信號形式分類：連續(xù)控制系統(tǒng)、采樣控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)。4、開環(huán)系統(tǒng)：只有輸入量對輸出量產(chǎn)生控制作用，而沒有輸出量參與對系統(tǒng)的控制；當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，如果沒有人工干預(yù)，給定量與輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系將被改變，即系統(tǒng)的輸出量（實(shí)際輸出）將偏離給定量所要求的數(shù)值（理想輸出）。不具備抗干擾的能力，只能用于控制精度要求不高的場合。

2、從控制結(jié)構(gòu)上看，只有正向通道。5、閉環(huán)系統(tǒng)：輸入量直接或間接地反饋到輸入端形成閉環(huán)，使得輸出量參與系統(tǒng)的控制，對干擾具有抑制能力。從控制結(jié)構(gòu)上看，由正向通道和反向通道組成。6、開環(huán)控制優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號和擾動(dòng)能預(yù)先知道時(shí)，控制效果較好。缺點(diǎn)：不能自動(dòng)修正被控制量的偏離，系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動(dòng)對控制精度影響較大。7、閉環(huán)控制優(yōu)點(diǎn)：由于引入了反饋，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化以及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用設(shè)備多，出現(xiàn)了穩(wěn)定性問題。8、舉例：a.爐溫控制系統(tǒng)：爐溫的給定量由電位器滑動(dòng)端位置對應(yīng)的電壓值U

3、g給出，爐溫的實(shí)際值由熱電偶檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電壓Uf，再把Uf反饋到系統(tǒng)的輸入端與給定值Ug相比較。由于擾動(dòng)影響，爐溫偏離了給定值，其偏差電壓經(jīng)過放大，控制可逆伺服電動(dòng)機(jī)M，帶動(dòng)自耦變壓器的滑動(dòng)端，改變電壓uc，使?fàn)t溫保持給定溫度值。b.速度閉環(huán)控制系統(tǒng)：用測速發(fā)電機(jī)將輸出量檢測出來，并轉(zhuǎn)換成與給定電壓物理量相同的反饋電壓，然后反饋到輸入端，與給定電壓相比較。其偏差經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后，用來控制功率放大器輸出電壓和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電位器滑動(dòng)端在某一個(gè)位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)就以一個(gè)指定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于外部或內(nèi)部擾動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，這一變化由測速發(fā)電機(jī)檢測出來，此時(shí)反饋電壓相應(yīng)降低，與給定電壓比較后

4、，偏差電壓增大，再經(jīng)過放大器放大后，將使功率放大器輸出電壓升高，從而減小或者消除電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。c.液位自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理：閉環(huán)控制方式。當(dāng)電位器滑動(dòng)端位于中點(diǎn)位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，控制閥門有一定的開度，使水箱中流入水量和流出水量相等，從而液面保持在希望高度上。當(dāng)進(jìn)水量或出水量發(fā)生變化，例如液面下降，通過浮子和杠桿檢測出來，使電位器滑動(dòng)端從中點(diǎn)位置上移，從而給發(fā)電機(jī)提供一定的控制電壓，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)減速器增大閥門開度，使液位上升，回到希望高度。電位器滑動(dòng)端回到中點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)停止。被控對象是水箱，被控量是水箱液位，給定量是電位器設(shè)定位置（液位的希望值），擾動(dòng)量是流出水量。9、閉環(huán)控制系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)：給

5、定環(huán)節(jié)設(shè)定被控量的給定值的裝置，如電位器。控制器（比較環(huán)節(jié)將所檢測的被控制量與給定值進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差。放大裝置將偏差信號變換成適合于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的信號。校正環(huán)節(jié)按某種規(guī)律對偏差信號進(jìn)行運(yùn)算，用運(yùn)算的結(jié)果控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以改善被控制量的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。）執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對象，使控制量達(dá)到所要求的數(shù)值。被控對象指要進(jìn)行控制的設(shè)備或者過程。檢測裝置（反饋環(huán)節(jié)）用來檢測被控制量，并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物理量。10、自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)穩(wěn)定性當(dāng)擾動(dòng)作用（或給定值發(fā)生變化）時(shí)，輸出量將偏離原來的穩(wěn)定值，這時(shí)由于反饋的作用，通過系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可能回到（或接近）原來的穩(wěn)定值

6、穩(wěn)定下來。穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)誤差暫態(tài)性能由于系統(tǒng)的對象和元件通常都有一定的慣性，并且也由于能源功率的限制，系統(tǒng)中各種變量值的變化不可能是突變的。因此，系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到新的穩(wěn)態(tài)都需要經(jīng)歷一段時(shí)間，即過渡過程。最大超調(diào)量%：指響應(yīng)的最大偏離量與終值之差的百分比。上升時(shí)間tr：響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90% (或者從穩(wěn)態(tài)值的0%變到100%)所需的時(shí)間。峰值時(shí)間tm：響應(yīng)曲線達(dá)到過調(diào)量的第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。調(diào)節(jié)時(shí)間ts：響應(yīng)曲線達(dá)到并永遠(yuǎn)保持在一個(gè)允許誤差范圍內(nèi)所需的最短時(shí)間.振蕩次數(shù)：在調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值附近上下波動(dòng)的次數(shù)。11、對自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求穩(wěn)定性、快速性（動(dòng)態(tài)品質(zhì)

7、）、準(zhǔn)確性（穩(wěn)態(tài)誤差）。第二章1、數(shù)學(xué)模型：微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程、傳遞矩陣、結(jié)構(gòu)框圖、信號流圖等。2、傳遞函數(shù)定義：線性系統(tǒng)，在零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。它表達(dá)了系統(tǒng)把輸入量轉(zhuǎn)換成輸出量的傳遞關(guān)系。它只和系統(tǒng)本身的特性參數(shù)有關(guān)，而與輸入量怎么變化無關(guān)。3、典型環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)，微分環(huán)節(jié)，振蕩環(huán)節(jié)，時(shí)滯環(huán)節(jié)。4、開環(huán)傳函：閉環(huán)系統(tǒng)反饋信號的拉氏變換與偏差信號的拉氏變換之比。閉環(huán)傳函：在初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)的輸出量與輸入量的拉氏變換之比。第三章1、時(shí)域分析法，包括簡單系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能以及高階系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差的近似分析等。時(shí)

8、域分析是同歸直接求解系統(tǒng)在典型輸入信號作用下的時(shí)域響應(yīng)來分析系統(tǒng)性能的。通常是以系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差等性能指標(biāo)來評價(jià)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。2、典型輸入信號：階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、拋物線函數(shù)、脈沖函數(shù)、正弦函數(shù)。3、典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，特征根的分布。過阻尼（動(dòng)態(tài)特性為單調(diào)變化曲線，沒有超調(diào)和振蕩，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長，系統(tǒng)反應(yīng)遲緩。）欠阻尼 阻尼振蕩角頻率 阻尼角臨界阻尼無阻尼（為了限制超調(diào)量，并使調(diào)節(jié)時(shí)間較短，阻尼比一般在0.4-0.8之間，這是階躍響應(yīng)的超調(diào)量將在1.5-25之間。）4、二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：上升時(shí)間最大超調(diào)量峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間振蕩次數(shù)5、二階工程最佳參數(shù)阻尼比開環(huán)傳

9、遞函數(shù)最大超調(diào)量上升時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間6、主導(dǎo)極點(diǎn)（對動(dòng)態(tài)響應(yīng)起主導(dǎo)作用的閉環(huán)極點(diǎn)）：高階系統(tǒng)中距離虛軸最近的極點(diǎn)，其實(shí)部小于其他極點(diǎn)的實(shí)部的1/5，并且附近不存在零點(diǎn)，可以認(rèn)為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要由這一點(diǎn)決定。如果有一對共軛復(fù)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)，高階系統(tǒng)可以近似地當(dāng)做二階系統(tǒng)來分析。7、為了減小系統(tǒng)的給定或擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差，一般采用的方法是提高開環(huán)傳遞函數(shù)中的串聯(lián)積分環(huán)節(jié)的階次N，或增大系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)Kk。但是N值一般不超過2，Kk值也不能仁義在增大，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。進(jìn)一步減小誤差可以采用補(bǔ)償?shù)姆椒ā?、系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)本身固有的特性而與擾動(dòng)信號無關(guān)，它決定于瞬時(shí)擾動(dòng)消失后暫態(tài)分量的衰減與否。（線性系

10、統(tǒng)的穩(wěn)定性完全取決于特征方程的根。）暫態(tài)分量的衰減與否決定于系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)在s平面的分布。影響穩(wěn)態(tài)誤差的因素有：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的參數(shù)以及輸入量的形式等。可分為擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差和給定穩(wěn)態(tài)誤差。在擾動(dòng)作用點(diǎn)之前串聯(lián)積分環(huán)節(jié)可以消除階躍擾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)誤差。第四章1、根軌跡是以開環(huán)傳遞函數(shù)中的某個(gè)參數(shù)（一般是根軌跡增益）為參考量而畫出的閉環(huán)特征方程式的根軌跡圖。它根據(jù)基本繪制法則，利用系統(tǒng)的開環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)的分布，繪出系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，形象且直觀得反映出系統(tǒng)參數(shù)的變化對根的分布位置的影響，還可以用它求出制定參變量或者指定阻尼比相對應(yīng)的閉環(huán)極點(diǎn)。根據(jù)確定的閉環(huán)極點(diǎn)和已知的閉環(huán)零點(diǎn)，就能計(jì)算出系統(tǒng)的

11、輸出響應(yīng)及其性能指標(biāo)，從而避免了求解高階微分方程的麻煩。2、一般法則：起點(diǎn)終點(diǎn)分支數(shù)和對稱性實(shí)軸上的根軌跡分離點(diǎn)和會合點(diǎn)漸近線出射角和入射角與虛軸的交點(diǎn)走向3、增加開環(huán)零點(diǎn)將使系統(tǒng)的根軌跡向左彎曲，并在趨向于附加零點(diǎn)的方向發(fā)生變形。增加開環(huán)極點(diǎn)使系統(tǒng)的階次增高，新極點(diǎn)在s平面的任一點(diǎn)上都要產(chǎn)生一個(gè)負(fù)相角，原來的極點(diǎn)產(chǎn)生的相角必須改變以滿足相角條件，于是根軌跡向右彎曲，使對應(yīng)同一個(gè)Kg值得復(fù)數(shù)極點(diǎn)的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分?jǐn)?shù)值減小，因而系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間加長，振蕩頻率減小。附加開環(huán)偶極子（一對非常接近坐標(biāo)原點(diǎn)的零點(diǎn)和極點(diǎn)，且極點(diǎn)位于零點(diǎn)右邊）可以在基本保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能不變的情況下顯著改善系統(tǒng)

12、的動(dòng)態(tài)性能。第五章1、頻率特性是線性系統(tǒng)在正弦輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)輸出和輸入之比。2、頻率法：根據(jù)系統(tǒng)的頻率特性能間接地揭示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性，可以簡單迅速地判斷某些環(huán)節(jié)或者參數(shù)對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的影響，并能指明改進(jìn)系統(tǒng)的方向。3、幅相頻特性奈氏圖對數(shù)幅相頻特性伯德圖4、典型環(huán)節(jié)的頻率特性比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)振蕩環(huán)節(jié)時(shí)滯環(huán)節(jié)5、最小相位系統(tǒng)：傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)均在s左半平面的系統(tǒng)。6、系統(tǒng)開環(huán)幅相頻特性的繪制（P223）系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅相頻特性的繪制（P224-225）7、奈氏穩(wěn)定判據(jù)（P233）8、相位裕度（穿越頻率）：一般要求在30°60°范圍

13、內(nèi)。增益裕度（截止頻率）9、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間與相位裕度有關(guān)。如果兩個(gè)系統(tǒng)的相位裕度相同，則超調(diào)量大致相同，但是調(diào)節(jié)時(shí)間與穿越頻率成反比。第六章1、控制系統(tǒng)：被控對象，控制器，檢測環(huán)節(jié)。2、基本校正方法：串聯(lián)校正，反饋校正，前饋校正。3、串聯(lián)校正串聯(lián)超前校正通常用來提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，到不減小其穩(wěn)態(tài)精度。原理：加入相位超前的校正裝置，使之在穿越頻率處相位超前，以增加相位裕度，這樣既能使開環(huán)增益足夠大，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般步驟：1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)，并繪制出未校正系統(tǒng)的伯德圖，由伯德圖確定未校正系統(tǒng)的相位裕度和增益裕度。2）根據(jù)給定相位裕度，估計(jì)需要附加的相角位移。3）

14、根據(jù)要求的附加相角位移，計(jì)算校正裝置的d值。4）d確定后，要確定校正裝置的交接頻率1/T和d/T。這時(shí)應(yīng)使校正后特性中頻段（穿過零分貝線）的斜率為-20dB/dec，并且使校正裝置的最大相角位移max出現(xiàn)在穿越頻率c的位置上。5）計(jì)算校正后頻率特性的相位裕度是否滿足給定要求，如果不滿足必須重新計(jì)算。6）計(jì)算校正裝置參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：1）在c附近對數(shù)幅頻特性斜率減小，增大系統(tǒng)相位裕度和增益裕度。2)頻帶寬增加。3)由于穩(wěn)定裕度增加，單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量減小。4)不影響穩(wěn)態(tài)誤差。缺點(diǎn)：1)由于BW加寬，為抑制高頻干擾，對放大器或電路的其他組成部分提出更高要求。2)常常需要增大幅值。3)因c被增大，導(dǎo)致高

15、頻段斜率的增大，使c處所引起的相位滯后更加嚴(yán)重，往往更難滿足于所要求的相位裕度（c）。適用范圍：1)靠近c(diǎn)，隨變化，相位滯后緩慢增加的情況。2)要求有大的BW和快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。3）高頻干擾不是主要問題的情況。串聯(lián)滯后校正目的：提高系統(tǒng)的無差度，以消除或減少穩(wěn)態(tài)誤差，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得以提高。提高低頻段增益，降低穿越頻率并衰減高頻段。步驟：1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求確定系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)，再用這一放大系數(shù)繪制原系統(tǒng)的伯德圖。由伯德圖確定校正未校正系統(tǒng)的相位裕度和增益裕度。2）根據(jù)給定的相位裕度，找出伯德圖上符合這一相位裕度的頻率。在這一頻率的基礎(chǔ)上，再考慮到校正裝置特性所引起的滯后影響，適當(dāng)增加（5

16、°15°）的補(bǔ)償裕度，以符合比要求的頻率作為校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性的穿越頻率c'。3）確定出原系統(tǒng)頻率特性在c'處幅值下降到零分貝時(shí)所需要的衰減量。使這一衰減量等于-20lgi，從而確定i的值。4）選擇交接頻率21/T低于c'一倍到十倍頻程，則另一交接頻率可以由11/（iT），從而確定i的值。5）校驗(yàn)相位裕度和其他性能指標(biāo)。6）確定校正裝置的傳遞函數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：1）在相對穩(wěn)定性不變情況下，增大速度誤差系數(shù)，提高穩(wěn)態(tài)精度。2）降低開環(huán)穿越頻率c，而且閉環(huán)頻帶也減小。3）對于給定開環(huán)放大系數(shù)，由于在c附近幅值衰減使相位裕度、增益裕度及諧振峰值均得到改善。缺點(diǎn)：1）頻帶寬減小，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間增長。2）需要大的RC元件。適用范圍：1）在c附近，隨增