自控复习(整理)

1、第一章1、自动控制：是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和（或）工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按一定的规律变化。2、自动控制系统：是为实现某一控制目标所需要的所有物理量的有机组合体。3、按结构分类：开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统。按包含的信号形式分类：连续控制系统、采样控制系统、数字控制系统。4、开环系统：只有输入量对输出量产生控制作用，而没有输出量参与对系统的控制；当出现扰动时，如果没有人工干预，给定量与输出量之间的对应关系将被改变，即系统的输出量（实际输出）将偏离给定量所要求的数值（理想输出）。不具备抗干扰的能力，只能用于控制精度要求不高的场合。

2、从控制结构上看，只有正向通道。5、闭环系统：输入量直接或间接地反馈到输入端形成闭环，使得输出量参与系统的控制，对干扰具有抑制能力。从控制结构上看，由正向通道和反向通道组成。6、开环控制优点 :结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和扰动能预先知道时，控制效果较好。缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。7、闭环控制优点：由于引入了反馈，具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精度高。缺点：结构复杂，使用设备多，出现了稳定性问题。8、举例：a.炉温控制系统：炉温的给定量由电位器滑动端位置对应的电压值U

3、g给出，炉温的实际值由热电偶检测出来，并转换成电压Uf，再把Uf反馈到系统的输入端与给定值Ug相比较。由于扰动影响，炉温偏离了给定值，其偏差电压经过放大，控制可逆伺服电动机M，带动自耦变压器的滑动端，改变电压uc，使炉温保持给定温度值。b.速度闭环控制系统：用测速发电机将输出量检测出来，并转换成与给定电压物理量相同的反馈电压，然后反馈到输入端，与给定电压相比较。其偏差经过运算放大器放大后，用来控制功率放大器输出电压和电动机的转速。当电位器滑动端在某一个位置时，电动机就以一个指定的转速运转。由于外部或内部扰动，使电动机转速降低，这一变化由测速发电机检测出来，此时反馈电压相应降低，与给定电压比较后

4、，偏差电压增大，再经过放大器放大后，将使功率放大器输出电压升高，从而减小或者消除电动机的转速偏差。c.液位自动控制系统工作原理：闭环控制方式。当电位器滑动端位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量和流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。当进水量或出水量发生变化，例如液面下降，通过浮子和杠杆检测出来，使电位器滑动端从中点位置上移，从而给发电机提供一定的控制电压，驱动电动机减速器增大阀门开度，使液位上升，回到希望高度。电位器滑动端回到中点，电动机停止。被控对象是水箱，被控量是水箱液位，给定量是电位器设定位置（液位的希望值），扰动量是流出水量。9、闭环控制系统基本环节：给

5、定环节设定被控量的给定值的装置，如电位器。控制器（比较环节将所检测的被控制量与给定值进行比较，确定两者之间的偏差。放大装置将偏差信号变换成适合于控制执行机构工作的信号。校正环节按某种规律对偏差信号进行运算，用运算的结果控制执行机构，以改善被控制量的稳态和暂态性能。）执行机构直接作用于控制对象，使控制量达到所要求的数值。被控对象指要进行控制的设备或者过程。检测装置（反馈环节）用来检测被控制量，并将其转换为与给定量相同的物理量。10、自动控制系统的性能指标稳定性当扰动作用（或给定值发生变化）时，输出量将偏离原来的稳定值，这时由于反馈的作用，通过系统内部的自动调节，系统可能回到（或接近）原来的稳定值

6、稳定下来。稳态性能稳态误差暂态性能由于系统的对象和元件通常都有一定的惯性，并且也由于能源功率的限制，系统中各种变量值的变化不可能是突变的。因此，系统从一个稳态过渡到新的稳态都需要经历一段时间，即过渡过程。最大超调量%：指响应的最大偏离量与终值之差的百分比。上升时间tr：响应曲线从稳态值的10%上升到90% (或者从稳态值的0%变到100%)所需的时间。峰值时间tm：响应曲线达到过调量的第一个峰值所需要的时间。调节时间ts：响应曲线达到并永远保持在一个允许误差范围内所需的最短时间.振荡次数：在调节时间内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。11、对自动控制系统的性能指标要求稳定性、快速性（动态品质

7、）、准确性（稳态误差）。第二章1、数学模型：微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图、信号流图等。2、传递函数定义：线性系统，在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。它表达了系统把输入量转换成输出量的传递关系。它只和系统本身的特性参数有关，而与输入量怎么变化无关。3、典型环节：比例环节，惯性环节，积分环节，微分环节，振荡环节，时滞环节。4、开环传函：闭环系统反馈信号的拉氏变换与偏差信号的拉氏变换之比。闭环传函：在初始条件为零时，系统的输出量与输入量的拉氏变换之比。第三章1、时域分析法，包括简单系统的动态性能以及高阶系统运动特性、系统的稳定性、稳态误差的近似分析等。时

8、域分析是同归直接求解系统在典型输入信号作用下的时域响应来分析系统性能的。通常是以系统阶跃响应的超调量、调整时间和稳态误差等性能指标来评价系统性能的优劣。2、典型输入信号：阶跃函数、斜坡函数、抛物线函数、脉冲函数、正弦函数。3、典型二阶系统的动态响应，特征根的分布。过阻尼（动态特性为单调变化曲线，没有超调和振荡，但调节时间较长，系统反应迟缓。）欠阻尼 阻尼振荡角频率 阻尼角临界阻尼无阻尼（为了限制超调量，并使调节时间较短，阻尼比一般在0.4-0.8之间，这是阶跃响应的超调量将在1.5-25之间。）4、二阶系统动态性能指标：上升时间最大超调量峰值时间调节时间振荡次数5、二阶工程最佳参数阻尼比开环传

9、递函数最大超调量上升时间调节时间6、主导极点（对动态响应起主导作用的闭环极点）：高阶系统中距离虚轴最近的极点，其实部小于其他极点的实部的1/5，并且附近不存在零点，可以认为系统的动态响应主要由这一点决定。如果有一对共轭复数主导极点，高阶系统可以近似地当做二阶系统来分析。7、为了减小系统的给定或扰动稳态误差，一般采用的方法是提高开环传递函数中的串联积分环节的阶次N，或增大系统的开环放大系数Kk。但是N值一般不超过2，Kk值也不能仁义在增大，否则系统不稳定。进一步减小误差可以采用补偿的方法。8、系统的稳定性取决于系统本身固有的特性而与扰动信号无关，它决定于瞬时扰动消失后暂态分量的衰减与否。（线性系

10、统的稳定性完全取决于特征方程的根。）暂态分量的衰减与否决定于系统闭环传递函数的极点在s平面的分布。影响稳态误差的因素有：系统的结构、系统的参数以及输入量的形式等。可分为扰动稳态误差和给定稳态误差。在扰动作用点之前串联积分环节可以消除阶跃扰动的稳态误差。第四章1、根轨迹是以开环传递函数中的某个参数（一般是根轨迹增益）为参考量而画出的闭环特征方程式的根轨迹图。它根据基本绘制法则，利用系统的开环零点、极点的分布，绘出系统闭环极点的运动轨迹，形象且直观得反映出系统参数的变化对根的分布位置的影响，还可以用它求出制定参变量或者指定阻尼比相对应的闭环极点。根据确定的闭环极点和已知的闭环零点，就能计算出系统的

11、输出响应及其性能指标，从而避免了求解高阶微分方程的麻烦。2、一般法则：起点终点分支数和对称性实轴上的根轨迹分离点和会合点渐近线出射角和入射角与虚轴的交点走向3、增加开环零点将使系统的根轨迹向左弯曲，并在趋向于附加零点的方向发生变形。增加开环极点使系统的阶次增高，新极点在s平面的任一点上都要产生一个负相角，原来的极点产生的相角必须改变以满足相角条件，于是根轨迹向右弯曲，使对应同一个Kg值得复数极点的实数部分和虚数部分数值减小，因而系统的调节时间加长，振荡频率减小。附加开环偶极子（一对非常接近坐标原点的零点和极点，且极点位于零点右边）可以在基本保持系统的稳定性和动态响应性能不变的情况下显著改善系统

12、的动态性能。第五章1、频率特性是线性系统在正弦输入信号作用下的稳态输出和输入之比。2、频率法：根据系统的频率特性能间接地揭示系统的动态特性和稳态特性，可以简单迅速地判断某些环节或者参数对系统的动态特性和稳态特性的影响，并能指明改进系统的方向。3、幅相频特性奈氏图对数幅相频特性伯德图4、典型环节的频率特性比例环节惯性环节积分环节微分环节振荡环节时滞环节5、最小相位系统：传递函数的极点和零点均在s左半平面的系统。6、系统开环幅相频特性的绘制（P223）系统开环对数幅相频特性的绘制（P224-225）7、奈氏稳定判据（P233）8、相位裕度（穿越频率）：一般要求在30°60°范围

13、内。增益裕度（截止频率）9、超调量和调节时间与相位裕度有关。如果两个系统的相位裕度相同，则超调量大致相同，但是调节时间与穿越频率成反比。第六章1、控制系统：被控对象，控制器，检测环节。2、基本校正方法：串联校正，反馈校正，前馈校正。3、串联校正串联超前校正通常用来提高系统的动态响应，到不减小其稳态精度。原理：加入相位超前的校正装置，使之在穿越频率处相位超前，以增加相位裕度，这样既能使开环增益足够大，又能提高系统的稳定性。一般步骤：1）根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数，并绘制出未校正系统的伯德图，由伯德图确定未校正系统的相位裕度和增益裕度。2）根据给定相位裕度，估计需要附加的相角位移。3）

14、根据要求的附加相角位移，计算校正装置的d值。4）d确定后，要确定校正装置的交接频率1/T和d/T。这时应使校正后特性中频段（穿过零分贝线）的斜率为-20dB/dec，并且使校正装置的最大相角位移max出现在穿越频率c的位置上。5）计算校正后频率特性的相位裕度是否满足给定要求，如果不满足必须重新计算。6）计算校正装置参数。优点：1）在c附近对数幅频特性斜率减小，增大系统相位裕度和增益裕度。2)频带宽增加。3)由于稳定裕度增加，单位阶跃响应的超调量减小。4)不影响稳态误差。缺点：1)由于BW加宽，为抑制高频干扰，对放大器或电路的其他组成部分提出更高要求。2)常常需要增大幅值。3)因c被增大，导致高

15、频段斜率的增大，使c处所引起的相位滞后更加严重，往往更难满足于所要求的相位裕度（c）。适用范围：1)靠近c，随变化，相位滞后缓慢增加的情况。2)要求有大的BW和快的动态响应。3）高频干扰不是主要问题的情况。串联滞后校正目的：提高系统的无差度，以消除或减少稳态误差，从而使系统的稳态性能得以提高。提高低频段增益，降低穿越频率并衰减高频段。步骤：1）根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数，再用这一放大系数绘制原系统的伯德图。由伯德图确定校正未校正系统的相位裕度和增益裕度。2）根据给定的相位裕度，找出伯德图上符合这一相位裕度的频率。在这一频率的基础上，再考虑到校正装置特性所引起的滞后影响，适当增加（5

16、°15°）的补偿裕度，以符合比要求的频率作为校正后系统的开环对数幅频特性的穿越频率c'。3）确定出原系统频率特性在c'处幅值下降到零分贝时所需要的衰减量。使这一衰减量等于-20lgi，从而确定i的值。4）选择交接频率21/T低于c'一倍到十倍频程，则另一交接频率可以由11/（iT），从而确定i的值。5）校验相位裕度和其他性能指标。6）确定校正装置的传递函数。优点：1）在相对稳定性不变情况下，增大速度误差系数，提高稳态精度。2）降低开环穿越频率c，而且闭环频带也减小。3）对于给定开环放大系数，由于在c附近幅值衰减使相位裕度、增益裕度及谐振峰值均得到改善。缺点：1）频带宽减小，使动态响应时间增长。2）需要大的RC元件。适用范围：1）在c附近，随增