自动控制原理概念最全整理.

1、自动控制原理概念题131 .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。2 . 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。3 .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。4 .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。5 .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。

2、6 .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。7 .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。8 .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。9 .稳态误差与系统输入信号r的形式有关，与系统的结构及参数有关。10 .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。11 . Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力

3、，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12 .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。13 .超调量仅与阻尼比士有关，己越大，Mp则越小，相应的平稳性越好。反之，阻尼比士越小，振荡越强，平稳性越差。当己=0,系统为具有频率为 Wn的等 幅震荡。14 .过阻尼己状态下，系统相应迟缓，过渡过程时间长，系统快速性差；己过小,相应的起始速度

4、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。15 .当 ”0.707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，故称己=0.707位最佳阻尼比。16 .当阻尼比士为常数时，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仅仅有阻尼比己决定，他们反映了系统的平稳性。17 .系统引入速度反馈控制后，其无阻尼自然振荡频率 WH变，而阻尼比己加大, 系统阶跃响应的超调量减小。18 .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。19 .根轨迹的规律是相角条件和幅值条件。20 .

5、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。21 .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。22 .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(w)等于各个环节相频特性之和。23 .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24 .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

6、位系统，幅频特性和相频特性 之间存在着唯一的对应关系。25 .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。当丫0时闭环系统稳定。26 .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027 .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。28 .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。29 .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

7、为Gc（s尸Kp+KI/s+KDs30 .PD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。31 .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。32 .只有在W殳2WmaX勺条件下，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2Wma讷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。33 .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

8、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？1

9、8、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

10、态过程特性曲线是什么形状？34、二阶系统的阻尼比0上1,其单位阶跃响应是什么状态？35、二阶系统阻尼比1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腕复根时，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，则系统的阻尼比巴减小还 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

11、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R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-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。5

12、6、采样器的功能是？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 七=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：6= 2; 6= 30,哪一个极点 对 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

13、 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 o14、一阶系统目的单位阶跃响应为 o15、二阶系统的阻尼比士在范围时，响应曲线为非周期过程。16、在单位斜坡输入信号作用下，R型系统的稳态误差ess=。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

14、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 025、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 027、设系统的频率特性为G(jo)=R(j+jI(，则R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

15、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，幅相曲线单位因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，使已校正系统的 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。3

16、4、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 的相角裕度丫<0,这时系统是;当相频特性穿越180。线时，对应的幅频特 性h<0,这时系统是 o35、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 际=。37、0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为 dB/deG高度为20lgKp。38、串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和 o39、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

17、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）1 .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 。2 .反馈控制系统的工作原理是按偏差讲行捽制：捽制作用使偏差消除 或减小，保证系统的输出量按给定输入的要求变化。3 .系统的传递函数只与系统 本身有关、而与系统的输入无关闭环4 .自动控制系统按控制方式分，基本控制方式有：开环捽制系统 控制系统、混合控制系统三种。5 .传递函数G(S)的拉氏反变换是系统的单位阶跃 响应。6 .线性连续系统的数学模型有 电机转速自动控制系统。7 . 系统开环频率特性的低频段，主要是由惯性 环节和一阶微分环节来确定。8 .稳定

18、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。9 .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。210 .某单位反馈系统的开环传递函数G(S)=,则其开环频率特性是s(s 5)3T：()-tan10.2 -22 ,开环幅频特性是 A(») ,2=,开环.25 4 对数频率特性曲线的转折频率为 。211 .单位负反馈系统开环传递函数为 G(S)=,在输入信号r(t尸sint作s(s 5)用下，系统的稳态输出Css(t)=,系统的稳态误差e；s(t)=

19、12 .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亚的前馈复合控制。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，具等效传递函数为 G(s),则 G(s)为 G(s)+G2(s)(用 G1(s)与 G2(s)表示)。0.2t L -0.5t5、若某系统的单位脉冲响应为g(t) =10e

20、 5e则该系统的传递函数G(s)为s 0.2s s 0.5s6、根轨迹起始于开环极点 ，终止于开环零点或无穷远。10 i7、设某最小相位系统的相频特性为巴M=tg 90 -tg 皿),则该系统的开环传递函数为KP(1 s)s(Ts - 1)8、 PI控制器的输入一输出关系的时域表达式是Kp tm(t)=Kpe(t)，0e(t)dtTi1 、 . -其相应的传递函数为_Gc(s)=Kp(1+一),由于积分环节的引入，可以改善 Tis'系统的稳定性能。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 ,被控量为丞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

21、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 0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K2("s+1) ,则其开环幅频特性为 勺2.+1 , s2(Ts 1),2.T2 2 1相频特性为 arctan-18

22、0c，-arctanTo 。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0c对应时域性能指标 调整时间ts_,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，即： 稳定性、快速 件和 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)=,二阶系统传函标准形式是Ts 12G(s)=-2。s . 2 .，ns T，n3、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。4、控制系统的数学模型，取决于系统结

23、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201gA ( s),横坐标为lg_(8)_°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，ts定义为调整时间。/%是 超 <t8、PI控制规律的时域表达式是m(t) = Kpe(t)+p J e(t)dt。P I D 控制规Ti-0律的传递函数表达式是_Gc(s)=Kp(1 + ) 一pTis9、设系统的开环传递函数为,则其开环幅频特性为

24、s(T1s 1)(T2s 1)A(o)=-K1, 相 频 特 性 为,.(T )2 1(T2 )2 14(9)= -90O -tg 1(丁便)-tg -(?2«),0 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，即：稳定性、准确性 和 快谏性,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、能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

25、奈奎斯特判据等方法。5、设系统的开环传递函数为K,则其开环幅频特性为s(T1s 1)(T2s 1)A(co) = :/, (T1 )2 1(T2 )2 1相频特性为华=-90° -tg(丁便)tg 什2酊)。6、 PID控制器的输入一输出关系的时域表达式是m(t) =Kpe(t)+Kp °te(t)dt +KpT-de(t) , I idt1其相应的传递函数为 _Gc(s)=Kp (1一 +TS。)Ts7、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)G(s)=1 .某典型环节的传递函数是s + 2 ,则系统的时间常数是0.502 .

26、延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使 相频特性发生变化。3 .若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和幅值裕量 来做出判断。4 . 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。5 .输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 辿。6 .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。7.已知超前校正装置的传递函数为Gc(s)=2s 10.32s 1其最大超前角所对应的频率6 m_1.25。8.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。10、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。自动控制原理填空题复习(七1