自动控制原理复习资料

《自动控制原理》复习提纲（电气工程和自动化11级）基本概念什么是自动控制？控制器？被控对象?自动控制系统？答：自动控制：在没有人的直接参加的状况下，运用控制装置使某种设备、工作机械或生产过程的某些物理量或工作状态能自动地按照预定的规律或数值运行或变化。控制器：普通把控制的装置称为控制器。被控对象：被控制的设备或工作机械。自动控制系统：控制器和被控对象的总体。什么是开环、闭环、复合控制？答：开环控制：指系统输出端与输入端之间不存在反馈回路，或者说系统的输出量不对系统的控制产生任何作用的控制过程。闭环控制：指系统输出端与输入端之间存在反馈回路，或者说系统输出量直接或间接地参加了系统的控制。复合控制：指开环和闭环控制相结合的一种控制方式，它是在闭环控制基础上再引入一条给定输入信号或扰动作用所构成的顺馈通路。闭环控制是按什么原理，按什么进行控制的？答：闭环控制事实上是根据负反馈原理，按偏差量进行控制的。对控制系统的基本规定是什么？答：（1）稳定性；（2）动态特性（快速）；（3）稳态特性（精确）控制系统的分类。答：一，按使用的数学模型分：（1）线性系统和非线性系统；（2）持续系统和离散系统；二，按给定输入信号特性分：（1）恒值系统；（2）随动系统；（3）程序控制系统数学模型1.列写简朴电路的微分方程。例2-1，例2-4。2.什么是系统的传递函数？有什么特点？答：在初始条件为零时，系统（或环节）输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换（象函数）之比，称为系统（或环节）的传递函数。特点：（1）传递函数是一种数学模型，与系统的微分方程相对应。（2）是系统本身的一种属性，与输入量的大小和性质无关。（3）只合用于线性定常系统。（4）传递函数是单变量系统描述，外部描述。（5）传递函数是在零初始条件下定义的，不能反映在非零初始条件下系统的运动状况。（6）普通为复变量S的有理分式，即n≧m。且全部的系数均为实数。（7）如果传递函数已知，则可针对多个不同形式的输入量研究系统的输出或响应。（8）如果传递函数未知，则可通过引入已知输入量并研究系统输出量的实验办法，拟定系统的传递函数。（9）传递函数与脉冲响应函数一一对应，脉冲响应函数是指系统在单位脉冲输入量作用下的输出。3.求电网络的传递函数。图2-12、2-14、2-15，习题2-1。4.有哪几个典型环节？答：（1）比例环节；（2）惯性环节；（3）积分环节；（4）振荡环节；（5）微分环节；（6）延迟环节5.掌握简朴电网络动态构造图的建立、简化与变换法则。答：建立环节：（1）从系统输入端开始，把系统分为若干个基本环节，建立各基本环节的微分方程；（2）对各基本环节的微分方程进行拉氏变换，求出对应环节的传递函数，按绘制构造图的要素规定，建立各环节的构造图；（3）按照系统中的信号的传递次序，依次用信号线将各基本环节的构造图连接起来。变换构造图的原则：变换前后变量数学关系保持不变。普通办法：先通过移动“分支点”或“比较点”，将构造图变换为串联，并联和反馈三种基本连接方式。变换规则：详参考课本P34.6.例2-14，例2-15，习题2-7,2-11。7.什么是开环传递函数？闭环控制系统的典型构造的传递函数。答：开环传递函数：主反馈信号拉氏变换式B（s）与偏差信号拉氏变换式E（s）之比，或者说是前向通道传递函数与反馈通道传递函数的乘积。闭环控制系统的典型构造的传递函数详参考课本P36—P38。时域分析典型输入信号。答：（1）阶跃函数；（2）斜坡函数；（3）抛物线函数；（4）脉冲函数；（5）正弦函数。（详见课本P49—P50）典型时间响应。答：（1）单位阶跃响应；（2）单位斜坡响应；（3）单位抛物线响应；（4）单位脉冲响应。（详见课本P52—P54）控制系统动态性能指标的定义。答：（1）上升时间tᵣ响应曲线从零至第一次达成稳态值所需的时间；（2）峰值时间tᵖ响应曲线从零至第一种峰值所需的时间；（3）调节时间tƽ响应曲线从零至达成并停留在稳态值的正负5%或正负2%误差范畴内所需的时间；（4）超调量σ%在系统响应过程中，输出量的最大值超出稳态值的百分数。4.稳态性能指标。答：用稳态误差eƽƽ描述。稳态误差是系统控制精度或抗干扰能力的一种度量。5.一阶系统的典型构造和性能指标。答：典型构造：详见课本P52；性能指标：6.例3-1，习题3-9。7.二阶系统的原则型。性能指标。例3-2，例3-3，习题3-1，习题3-2。答：典型构造：详见课本P55；性能指标：8.提高二阶系统动态性能指标的两种办法。答：（1）比例—微分（PD）串联校正；（2）输出量微分负反馈的并联校正。9.什么是主导极点？答：指在系统全部的闭环极点中，对动态响应起主导作用。10．线性定常系统稳定的充要条件。劳斯稳定判据。例3-7，例3-8，例3-9，例3-10。答：充要条件：系统特性方程式全部的根，即闭环传递函数的极点，全部为负实数或含有负实部的共轭复数。换句话说，全部的根必须分布于S平面虚轴的左半边。劳斯稳定判据：（1）各项系数均为正；（2）劳斯表的第一列系数均为正。劳斯表详见课本P6711．稳态误差的计算。终值定理。误差系数法。例3-11，例3-12，例3-13。习题3-13，习题3-14。答：稳态误差的计算：详见课本P71—P78终值定理：12．减少稳态误差的三种办法。答：（1）提高系统开环增益即放大系数；（2）增加开环系统中积分环节的个数；（3）复合控制构造（抗干扰赔偿的复合控制和按给定输入赔偿的复合控制结构）控制系统的根轨迹的分析什么是根轨迹？答：根轨迹是开环系统某一参数从零变化到无穷大时，闭环系统特性根在s平面上变化的轨迹。2．根轨迹的幅值条件和相位条件，绘制根轨迹的重要法则。答：第一种形式：第二种形式：重要法则：（1）根轨迹的持续性；（2）根轨迹的对称性；（3）根轨迹的条数（分支数）；（4）根轨迹的起点和终点；（5）实轴上的根轨迹；（6）分离点和汇合点；（7）根轨迹的渐进线；（8）根轨迹与虚轴的交点；（9）根轨迹的出射角与入射角；（10）根轨迹的走向。（具体参考课本P84—P88）3.增加开环零、极点对根轨迹的影响。答：增加开环零点对根轨迹的影响：（1）变化了根轨迹在实轴上的分布；（2）变化了根轨迹渐近线的条数、倾角及截距；（3）若增加的开环零点和某个极点重叠或距离很近，构成开环偶极子，则两者互相抵消。因此，可加入一种零点来抵消有损于系统性能的极点；（4）根轨迹曲线将向左移，有助于改善系统的动态性能，并且，所加的零点越靠近虚轴，影响越大。增加开环极点对根轨迹的影响：（1）变化了根轨迹在实轴上的分布；（2）变化了根轨迹渐近线的条数、倾角及截距；（3）变化了根轨迹的分支数；（4）根轨迹曲线将向右移，不利于改善系统的动态性能，并且，所加的极点越靠近虚轴，影响越大。第5章控制系统的频域特性分析1.什么是频率响应?频率特性？答：频率响应：稳定的线性定常系统，其对正弦函数输入的稳态响应；频率特性：幅频特性及相频特性，或者说，在正弦输入下，线性定常系统或环节，其输出的稳态分量与输入的复数比。2.典型环节的bode图表达。（详见课本P100—P108）3.系统开环频率特性的bode图和幅相特性图即奈氏图的近似绘制。（详见课本P108—P113）4.奈氏稳定判据。对数频率特性的奈氏稳定判据。答：奈氏稳定判据：（1）开环幅频特性相频特性曲线Gk（jw），当w从-∞到+∞时，逆时针包围临界点（-1，j0）的圈数N等于开环传递函数在右半S平面的极点数P；（2）当开环传递函数没有右半S平面上的极点时，即P=0（或称当开环系统是稳定时），闭环系统稳定的充要条件是，系统的开环幅相频率特性曲线Gk（jw），当w从-∞到+∞时，不包围临界点（-1，j0），即N=0.对数频率特性的奈氏稳定判据：（1）如果系统开环传递函数有P个极点在右半S平面，则闭环系统稳定的充要条件是，在对数幅频特性为正的全部频段内，对数相频特性与-180°相位线的正穿越和负穿越次数之差为P/2.若开环传递函数的全部极点在左半S平面，即P=0，在对数幅频特性为正的全部频段内，对数相频特性与-180°相位线的正穿越和负穿越次数之差为0，则闭环系统是稳定的。否则不稳定。5.由最小相位系统的对数幅频特性求G(s)。[由实验曲线反求传递函数]（详见课本P121—P122）6.四个开环频域性能指标。答：（1）截止频率Wc：开环对数幅频特性等于零分贝的频率值L（Wc）=20lgA（Wc）=20lg│Gk（jwc）│=0（dB）（2）相位裕量Y（Wc）：在对数频率特性中相频特性曲线在w=Wc时的相角值ᵠ（Wc）与-180°之差Y（Wc）=ᵠ（Wc）+180°（3）增益裕量G.M.：又称为幅值裕量，指相角为-180°这一频率值wg所对应的幅值倒数的分贝数。G.M.=-20lg│Gk（jwg）│=-20lgA（Wg）（4）中频宽度h：开环对数幅频特性以斜率为-20dB/dec过横轴的线段宽度hh=w2/w17.P132习题5-1,5-2,5-3（1）（2），5-5（1）（2）（3），5-6,5-7，5-8（1）、（2）。8.开环频率特性的三频段的概念，与系统性能的关系。答:9.已知脉冲响应函数，求传递函数。第6章频率法校正1.频率法校正的实质是什么？答：频率校正的实质：就是引入校正装置的特性去变化原系统开环对数幅频特性的形状，使其满足给出的性能指标。串联超前、滞后校正的作用是什么？答：串联超前校正的作用：（1）使校正后系统的截止频率增大，通频带变宽，提高了系统响应的快速性；（2）使校正后系统的相角稳定裕度增大，提高了系统的相对稳定性。串联滞后校正的作用：（1）使新截止频率附近系统的相角裕度增大，提高了系统的相对稳定性；（2）没有变化原系统最低频段的特性，不会影响系统的稳定精度。什么是PID控制器？答：PID控制器（ProportionIntegrationDifferentiation.比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D构成。第8章线性离散控制系统的分析与综合1.线性离散控制系统有那两种类型？答：（1）采样控制系统；（2）数字（计算机）控制系统2.什么是采样定理？答：只要采样频率Wƽ不不大于或等于持续信号f（t）频谱中最高频率Wᵐₐₓ的两倍，就有可能从采样信号f*（t）的频谱中得到原持续信号f（t）的频谱，即规定Wƽ=2Wᵐₐₓ。即为采样定理，也叫香浓定理。3.什么是零阶保持器？答：零阶保护器使采样信号f*（t）在每一种采样瞬时的采样瞬时的采样值f（KTƽ），k=0,1,2，…，始终保持到下一种采样瞬时，这样，离散信号f*（t）变成一阶信号fн（t）在每一种采样区间内的值均为常数，其导数为零，因此称之为零阶保持器。4.掌握用部分分式法求Z变换和Z反变换。（详参考课本P193和P195