自动控制原理概念最全整理

在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换值比，定义为线性定常系统的传递函数。传递函数表达了系统内在特性，只与系统的结构、参数有关，而与输入量或输入函数的形式无关。一个一般控制系统由若干个典型环节构成，常用的典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等。构成方框图的基本符号有四种，即信号线、比较点、方框和引出点。环节串联后总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积。环节并联后总的传递函数是所有并联环节传递函数的代数和。在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点和输出节点之间。上升时间tr、峰值时间tp和调整时间ts反应系统的快速性；而最大超调量Mp和振荡次数则反应系统的平稳性。稳定性是控制系统的重要性能，使系统正常工作的首要条件。控制理论用于判别一个线性定常系统是否稳定提供了多种稳定判据有：代数判据（Routh与Hurwitz判据）和Nyquist稳定判据。系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零，或系统的特征根均在跟平面的左半平面。稳态误差与系统输入信号r（t）的形式有关，与系统的结构及参数有关。系统只有在稳定的条件下计算稳态误差才有意义，所以应先判别系统的稳定性。Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力，Kp越大，稳态误差越小；Kv的大小反映了系统跟踪斜坡输入信号的能力，Kv越大，系统稳态误差越小；Ka的大小反映了系统跟踪加速度输入信号的能力，Ka越大，系统跟踪精度越高扰动信号作用下产生的稳态误差essn除了与扰动信号的形式有关外，还与扰动作用点之前（扰动点与误差点之间）的传递函数的结构及参数有关，但与扰动作用点之后的传递函数无关。超调量仅与阻尼比E有关，E越大，Mp则越小，相应的平稳性越好。反之，阻尼比E越小，振荡越强，平稳性越差。当E=0，系统为具有频率为Wn的等幅震荡。过阻尼E状态下，系统相应迟缓，过渡过程时间长，系统快速性差；E过小，相应的起始速度较快，但因震荡强烈，衰减缓慢，所以调整时间ts亦长，快速性差。当；二时，系统的超调量Mp<5%，，调整时间ts也最短，即平稳性和快速性均最佳，故称；二位最佳阻尼比。当阻尼比E为常数时，Wn越大，调节时间ts就越短，快速性越好。系统的超调量Mp和振荡次数N仅仅有阻尼比E决定，他们反映了系统的平稳性。系统引入速度反馈控制后，其无阻尼自然振荡频率Wn不变，而阻尼比E加大，系统阶跃响应的超调量减小。系统中增加一个闭环左实极点，系统的过渡过程将变慢，超调量将减小，系统的反应变得较为滞呆。根轨迹的规律是相角条件和幅值条件。K的变动只影响幅值条件不影响相角条件，也就是说，跟轨迹上的所有点满足同一个相角条件，K变动相角条件是不变的。跟轨迹图揭示了稳定性、阻尼系数、振型等动态性能与系统参数的关系，用跟轨迹图设计控制系统的关键是配置合适的闭环主导极点。系统的开环对数幅频特性L(w)等于各个串联环节对数幅频特性之和，系统的开环相频特性①(w)等于各个环节相频特性之和。在s右半平面上既无极点有无零点的传递函数，称为最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统，称为最小相位系统最小相位系统的L(w)曲线的斜率增大或减小时，对应相频特性的相角也增大或减小，二者变化趋势是一致的。对最小相位系统，幅频特性和相频特性之间存在着唯一的对应关系。对于最小相位系统，当|G(jw)H(jw)|<1或20lg|G(jw)H(jw)|<0时，闭环系统稳定。当Y〉0时闭环系统稳定。时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能指标；频域性能指标，包括开环频域指标和闭环频域指标。校正方式可以分为串联校正、反馈(并联)校正、前置校正和扰动补偿等。串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式。根据校正装置的特性，校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后超前校正装置。校正装置中最常用的是PID控制规律。PID控制是比例积分微分控制的简称，可描述为Gc(s)=Kp+KI/s+KDsPD控制器是一高通滤波器，属超前校正装置；PI控制器是一低通滤波器，属滞后校正装置；而PID控制器是由其参数决定的带通滤波器。非线性系统分析的基础知识，主要包括相平面法和描述函数法。只有在WsN2Wmax的条件下，采样后的离散信号才有可能无失真的恢复原来的连续信号。这里2Wmax为连续信号的有限频率。这就是香农采样定理。由于它给出了无失真的恢复原有连续信号的条件，所以成为设计采样系统的一条重要依据。在z域中采样系统稳定的充要条件是：当且仅当采样特征方程的全部特征跟均分布在z平面上的单位园内，后者所有特征跟的模均小于1，相应的线性定常系统是稳定的。1、 控制系统的基本控制方式有哪些2、 什么是开环控制系统3、 什么是自动控制4、 控制系统的基本任务是什么5、 什么是反馈控制原理6、 什么是线性定常控制系统7、 什么是线性时变控制系统8、 什么是离散控制系统9、 什么是闭环控制系统10、 将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成11、 组成控制系统的元件按职能分类有哪几种12、 典型控制环节有哪几个13、 典型控制信号有哪几种14、 控制系统的动态性能指标通常是指15、 对控制系统的基本要求是哪几项16、 在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成17、 什么是控制系统时间响应的动态过程18、 什么是控制系统时间响应的稳态过程19、 控制系统的动态性能指标有哪几个20、 控制系统的稳态性能指标是什么21、 什么是控制系统的数学模型22、 控制系统的数学模型有：23、 什么是控制系统的传递函数24、 建立数学模型的方法有25、 经典控制理论中，控制系统的数学模型有26、 系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗为什么27、 控制系统的分析法有哪些28、 系统信号流图是由哪二个元素构成29、 系统结构图是由哪四个元素组成30、 系统结构图基本连接方式有几种31、 二个结构图串联连接，其总的传递函数等于32、 二个结构图并联连接，其总的传递函数等于33、 对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状34、 二阶系统的阻尼比0V&V1，其单位阶跃响应是什么状态35、 二阶系统阻尼比&减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小36、 二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点37、 设系统有二个闭环极点，其实部分别为：6=—2；6=—30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大38、二阶系统开环增益K增大，则系统的阻尼比&减小还是增大39、 一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差不存在稳态误差。40、 一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡信号（有稳态误差）41、 控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点42、 改善二阶系统性能的控制方式有哪些43、 什么是二阶系统什么是II型系统44、 恒值控制系统45、 谐振频率46、 随动控制系统47、 稳态速度误差系数KV48、 谐振峰值49、 采用比例一微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数。50、 什么是控制系统的根轨迹51、 什么是常规根轨迹什么是参数根轨迹52、 根轨迹图是开环系统的极点在s平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s平面上运动轨迹53、 根轨迹的起点在什么地方根轨迹的终点在什么地方54、 常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点55、 试述采样定理。56、 米样器的功能是57、 保持器的功能是二、填空题:1、经典控制理论中，控制系统的分析法有:2、控制系统的动态性能指标有哪几个、、、、。3、改善二阶系统的性能常用和二种控制方法。4、二阶系统中阻尼系数E=0,则系统的特征根是；系统的单位阶跃响应为。5、根据描述控制系统的变量不同，控制系统的数学模型有：、、。6、 对控制系统的被控量变化全过程提出的共同基本要求归纳为：、—、—。7、 采用比例一微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的。8、 设系统有二个闭环极点，实部分别为：8=—2；6=—30，哪一个极点系统动态过程的影响大9、反馈控制系统的基本组成元件有元件、元件、元件、—元件、元件。10、 经典控制理论中，针对建立数学模型时所取的变量不同而将系统的数学模型分为：模型、模型、模型。11、控制系统的分析法有：、、12、 、和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。13、二阶振荡环节的标准传递函数是。14、一阶系统二的单位阶跃响应为 。Ts115、二阶系统的阻尼比E在范围时，响应曲线为非周期过程。16、 在单位斜坡输入信号作用下，11型系统的稳态误差e=。17、 单位斜坡函数t的拉氏变换为。18、在单位斜坡输入信号作用下，I型系统的稳态误差ess=。19、当且仅当闭环控制系统传递函数的全部极点都具有时，系统是稳定的。20、 线性定常系统的传递函数，是在条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。21、控制系统的校正方式有：;;;。22、反馈控制系统是根据给定值和的偏差进行调节的控制系统。23、在某系统特征方程的劳斯表中，若第一列元素有负数，那么此系统。24、根据根轨迹绘制法则，根轨迹的起点起始于，根轨迹的终点终止于。25、 若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间，则这两个极点之间必定存在点。26、 线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为。27、设系统的频率特性为G(j®)=R(j®)+jI(®)，^2(少)称为。28、在小迟延及低频情况下，迟延环节的频率特性近似于的频率特性。29、I型系统极坐标图的奈氏曲线的起点是在相角为的无限远处。30、 根据幅相曲线与对数幅频、相频曲线的对应关系，幅相曲线单位园上一点对应对数幅频特性的线，幅相曲线单位圆外对应对数幅频特性的范围。31、 用频率校正法校正系统，在不影响系统稳定性的前提下，为了保证稳态误差要求，低频段要充分大，为保证系统的动态性能，中频段的斜率为—，为削弱噪声影响，高频段增益要。32、 利用滞后网络进行串联校正的基本原理是：利用校正网络对高频信号幅值的特性，使己校正系统的下降，从而使系统获得足够的。33、超前校正是将超前网络的交接频率1/aT和1/T选择在待校正系统的两边，可以使校正后系统的和满足性能指标要求。34、 根据对数频率稳定判据判断系统的的稳定性，当幅频特性穿越0db线时，对应的相角裕度YV0，这时系统是;当相频特性穿越一180。线时，对应的幅频特性hV0，这时系统是。35、在频域设计中，一般地说，开环频率特性的低频段表征了闭环系统的;开环频率特性的中频段表征了闭环系统的—;开环频率特性的高频段表征了闭环系统的;36、滞后校正装置最大滞后角的频率om=。37、0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为dB/dec，高度为20lgKp。38、串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和。39、积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为dB/dec。40、 在离散控制系统中有二个特殊的环节，它们是和。自动控制原理填空题复习(一)对于一个自动控制的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性、准确性。反馈控制系统的工作原理是按偏差_进行控制，控制作用使偏差消除或减小，保证系统的输出量按给定输入的要求变化。系统的传递函数只与系统本身有关，而与系统的输入无关。自动控制系统按控制方式分，基本控制方式有：开环控制系统、闭环控制系统、混合控制系统三种。

传递函数G(S)的拉氏反变换是系统的单位阶跃响应。线性连续系统的数学模型有电机转速自动控制系统。★系统开环频率特性的低频段，主要是由旗性环节和一阶微分环节来确定。稳定系统的开环幅相频率特性靠近(-1，j0)点的程度表征了系统的相对稳定性，它距离(-1，j0)点越远_，闭环系统相对稳定性就越高。频域的相对稳定性常用相角裕度和幅值裕度表示，工程上常用这里两个量来估算系统的时域性能指标。兀平(①)=-tan-10.2o-—兀平(①)=-tan-10.2o-—2，开环幅频特性是A(o)=. 2 ，开环对数频率\：'25①2+4o4特性曲线的转折频率为。 2 单位负反馈系统开环传递函数为G(S)= ，在输入信号r(t)=sint作用下，，s(s+5).,系统的稳态误差系统的稳态输出css(t)=.,系统的稳态误差ess(t)=-开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。开环系统的低频段表征闭环系统的 稳定性—开环系统的中频段表征闭环系统的 动态性能开环系统的高频段表征闭环系统的 抗干扰能力。自动控制原理填空题复习(二)1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 输入量与反馈量的差值进行的。2、 复合控制有两种基本形式：即按参考输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。3、 两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G(s)，则g⑸为G1(s)+G2(s)(用G1(s)与G2(s)表示)。5、若某系统的单位脉冲响应为g°)=10e-0-22+5e-0-5f，则该系统的传递函数G(s)为10+一5一。s+0.2ss+0.5s6、根轨迹起始于开环极点，终止于 开环零点或无穷远7、 设某最小相位系统的相频特性为平(①)=圾-1(TO)—900-2g-1(r°)，则该系统的开环传递函数为 KP(1+TS)s(Ts+1)

8、PI控制器的输入一输出关系的时域表达式是m(t)=Ke(t)+—j*e(t)dt , i 其相应的传递函数为G(s)=K(1+上)，由于积分环节的引入，可以改善系cpTsi统的稳定性能。自动控制原理填空题复习(三)1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 逃温 。2、 自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。3、 稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。4、 传递函数是指在Q初始条件下、线性定常控制系统的输入拉氏变换与输出拉氏变换之比。5、 设系统的开环传递函数为K(T 在经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。 控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数,与外作用及初始条件无关。5 在经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。 控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数,与外作用及初始条件无关。5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lgA(w)，横坐标为虹w)。S2(Ts+1) ①2、；T2①2+1频特性为arctantw-180-arctanT①。6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率wc对应时域性能指标调整时间t‘_，它们反映了系统动态过程的快速性。自动控制原理填空题复习(四)1、 对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，艮即稳定性、快速性和准确性。2、 控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。一阶系统传函标准形式是G(s)=L，二阶系统传函标准形式是Ts+1G(s)=W2 n s2+2。①s+W2

G(s)=6、 奈奎斯特稳定判据中，Z=P-R，其中P是指右半S平面的开环极点个数Z是指 右半S平面的闭环极点个数，R指奈氏曲线逆时针方向包围(-1,j0)整圈数。7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，七定义为 调整时间。a%是超调K8、PI控制规律的时域表达式是m(t)=Ke(t)+iJ'e(t)dt。PID控制规律的pT0i传递函数表达式是G(s)=K(1+-!-)。一cpTs-i9、设系统的开环传递函数为sT+1)(Ts+1)'则其开环幅频特性为1 2A(®A(®)=K①\：'(T①)2+1•((T①)2+1相频特性为平(①)=-900一tg-1(T①)-tg-1(T①)_。1 2 —自动控制原理填空题复习(五)1、 对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，艮即稳定性、准确性和. 快速性，其中最基本的要求是稳定性。2、 若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为G(s)，则该系统的开环传递函数为G(s)。3、思表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用劳斯判据、根轨迹奈奎斯特判据等方法。5、设系统的开环传递函数为K ，5、设系统的开环传递函数为K ，s(Ts+1)(Ts+1)12则其开环幅频特性为A(®)=K①顼(T①)2+1•顼(T①)2+1相频特性为—俱①)=-900-tg-1(〈①)-tg-1(T2o)。6、PID控制器的输入一输出关系的时域表达式是m(t)=Ke(t)+LJte(t)dt+Kt空也，pT0 pdt i 1其相应的传递函数为—Gc(s)=Kp(1+不+ts)。i7、最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点自动控制原理填空题复习(六)1某典型环节的传递函数是'一mi，则系统的时间常数是。延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发生变化。若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据才相位裕量和幅值裕量来做出判断。一般讲系统的加速度误差指输入是阶跃信号所引起的输出位置上的误差。输入相同时，系统型次越高，稳态误差越小—。系统主反馈回路中最常见的校正形式是串联校正和反馈校正。G(s)_2s+1.已知超前校正装置的传递函数为 一°・32s+1，其最大超前角所对应的频率O_m。若系统的传递函数在右半S平面上没有开环零点和开环极点，则该系统称作最小相位系统。9、对控制系统性能的基本要求有三个方面：稳定性、 快速性、准确性 O10、传递函数的定义：在0初始条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与系统输入量的拉氏变换变换之比。11、控制系统稳定的充分必要条件是：系统的全部闭环极点都在复平面的左半平面上。12、 增加系统开环传递函数中的积分环节的个数，即提高系统的型别，可改善其稳态精度。13、 频率特性法主要是通过系统的开环频率特性来分析闭环系统性能的，可避免繁杂的求解运算，计算量较小。自