自动控制原理知识点总结

1/7自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。闭环控制：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，既有被控量对被控过程的影响。主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值sse来表征的第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变2/7换之比4.七个典型环节的传递函数（必须掌握）。了解其特点。（简答）典型环节传递函数特点比例环节KsRsCsG输出不失真、不延迟、成比例地复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性惯性环节1KGTssRsCs其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致的变化积分环节s1GTsRsCs输出量与输入量对时间的积分成正比。若输入突变，输出值要等时间T之后才等于输入值，故有滞后作用。输出积累一段时间后，即使输入为零，输出也将保持原值不变，即具有记忆功能。只有当输入反向时，输出才反向积分而下降。常用积分环节来改善系统的稳态性能微分环节TsGsRsCs输出与输入信号对时间的微分成正比，即输出反映输入信号的变化率，而不反映输入量本身的大小。因此，可由微分环节的输出来反映输入信号的变化趋势，加快系统控制作用的实现。常用微分环节来改善系统的动态性能振荡环节12T1G22TsssRsCs若输入为一阶跃信号，则动态响应应具有振荡的形式时滞环节sesRsCs1eGs输出波形与输入波形相同，但延迟了时间。时滞环节的存在对系统的稳定性不利5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式，尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。串联，并联，反馈连接，综合点和引出点的移动（P27）6.系统的开环传递函数、闭环传递函数（重点是给定作用下）、误差传递函数（重点是给定作用下）：式2-63、2-64、2-66系统的反馈量B（s）与误差信号E（s）的比值，称为闭环系统的开环传递函数系统的闭环传递函数分为给定信号R（s）作用下的闭环传递函数和扰动信号D（s）作用下的闭环传递函数系统的开环传递函数sHsGsHsGsGssG21kEBs系统的闭环传递函给定信号R（s）作用，设D（s）=0sHsGsGsHSGsGsGsGss11RCs21213/7数扰动信号D（s）作用，设R（s）=0sHsGsGsHSGsGsGssd11DCs2212系统的误差传递函数给定信号R（s）作用，设D（s）=0sHsGsHSGsGsser1111REs21扰动信号D（s）作用，设R（s）=0sHsGsHsGsHSGsGsHsGssed11DEs2212第三章1.P42系统的时域性能指标。各自的定义，各自衡量了什么性能？（填空或选择）（1）、上升时间rtrt指系统响应从零开始，第一次上升到稳态值所需的时间（2）、峰值时间ptpt指系统响应从零开始，第一次到达峰值所需的时间（3）、超调量%(平稳性)指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比（4）、调节时间st（快速性）st指系统响应应从零开始，达到并保持在稳态值的5%（或2%）误差范围内，即响应进入并保持在5%（或2%）误差带之内所需的时间（5）、稳态误差sse稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值。这是一个稳态性能指标2.一阶系统的单位阶跃响应。（填空或选择）从输入信号看，单位斜坡信号的导数为单位阶跃信号，而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号。相应的，从输出信号来看，单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应，而单位阶跃响应的导数是单位脉冲响应。由此得出线性定常系统的一个重要性质;某输入信号的输出响应，就等于该输出响应的导数；同理，某输入信号积分的输出响应，就等于该输入信号输出响应的积分。3.二阶系统：（1）传递函数、两个参数各自的含义；（填空）阻尼比，值越大，系统的平稳性越好，超调越小；值越小，系统响应振荡越强，振荡频率越高。当为0时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不稳定。n为无阻尼振荡频率（2）单位阶跃响应的分类，不同阻尼比时响应的大致情况（图3-10）；（填空）P（47）（3）欠阻尼情况的单位阶跃响应：掌握式3-21、3-23~3-27；参考P51例3-4的欠阻尼情况、P72习题3-6。欠阻尼二阶系统的性能指标：（1）、上升时间rt1sin11t2rrdtteCrn由此式可得21ndrt其中21arctan4/7（2）、峰值时间pt根据pt的定义，可采用求极值的方法来求取它，得2d1npt（3）、超调量%%100%21/e（4）、调节时间st68.03nst5%误差带76.03nst2%误差带当大于上述值时，可采用近似公式计算7.145.61nst（5）、稳态误差ssensse2在系统稳定的前提下，主要分析系统的动态性能和稳态性能。动态性能包括平稳性和快速性，稳态性能是指准确性。（1）、平稳性主要有决定，%平稳性越好。当=0时，系统等幅振荡，不能稳定工作。一定时，dn，系统平稳性变差。（2d1n）（2）、快速性当ωn一定时，若较小，则st，而当0.7之后又有st。即太大或太小，快速性均变差。一般，在控制工程中，是由对超调量的要求来确定的.。一定时，snt由此分析可知，要想获得较好的快速性，阻尼比不能太大或是太小，而n可尽量选大。一般将=0.707称为最佳阻尼比，此时系统不仅响应速度快，而且超调量小。（3）、准确性的增加和n的减小虽然对于系统的平稳性有利，但将使得系统跟踪斜坡信号的稳态误差增加4.系统稳定的充要条件？系统的所有特征根的实部小于零，其特征方程的根部都在S左半平面劳斯判据的简单应用：参考P55例3-5、3-6。（分析题）劳斯稳定判据若特征方程式的各项系数都大于零（必要条件），且劳斯表中第一列元素均为正值，则所有的特5/7征根均位于s左半平面，相应的系统是稳定的；否则系统不稳定，且第一列元素符号改变的次数等于该特征方程的正实部根的个数。5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考P72习题3-13。（计算题）P(60)系统的稳态误差既与系统的结构参数有关，也与输入有关，设系统的输入的一般表达式为nSAsR式中N为输入的阶次令系统的开环传递函数一般表达式为mnTsKsHsGvnjjvmii1111式中，K为系统的开环增益，即开环传递函数中各因式的常数项为1时的总比例系数；i、jT为时间常数；v为积分环节的个数，由它表征系统的类型，或称其为系统的无差度。系统的稳态误差可表示为vNsssrSKSAse1lim0表5-1给定信号作用下系统稳态误差ssre系统型号阶跃信号输入0RRss速度信号输入02vRss加速度信号输入03aRss稳态误差pKR1e0ssrv0ssrveKa0ssraeK静态位置误差系数pK静态速度误差系数vK静态加速度误差系数aKvsSK0plimK10vlimKvsSK20alimKvsSK001pRK∞∞Ⅰ00vvK∞Ⅱ000aaK稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标。稳态误差可分为，由给定信号引起的误差以及由扰动信号引起的误差两种。稳态误差也可以用误差系数来表述。系统的稳态误差主要是由积分环节的个数和开环增益来确定的。为了提高精度等级，可增加积分环节的数目；为了减少有限误差，可增加开环增益。但这样一来都会使系统的稳定性变差。而采用补偿的方法，则可保证稳定性的前提下减小稳态误差。6/7第四章1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。系统的幅频特性：）（A=|）（jG|系统的相频特性：=）（jG系统的频率特性（又称幅相特性）：）（jG=）（A）（je=|）（jG|）（jGje2.七个典型环节的频率特性（必须掌握）。了解其伯德图的形状。（简答题）典型环节传递函数幅频特性相频特性斜率dB/dec特殊点比例环节KsGKA0020lgk)L(积分环节s1Gs1A90--200L,1dB20L,10微分环节ssGA90200L,1dB20L,10惯性环节11GTss211ATTarctan-20和0一阶微分环节1GTss21ATTarctan0和2020lgA)L(振荡环节sG222n2nnssA22222211nn222arctannn0和-401L,021A,n0L时滞环节sesG1A非最小相位环节11GTss211AT1arctanT比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、一阶微分环节、振荡环节、（时滞环节、）非最小相位环节3.绘制伯德图的步骤（主要是L(ω)）（1）、将开环传递函数标准化7/7（2）、找出各环节的转折频率，且按大小顺序在坐标中标出来。（3）、过ω=1，L(ω)=20lgk这点，作斜率为-20vdB/dec的低频渐近线。（4）、从低频渐近线开始，每到某一环节的转折频率处，就根据该环节的特性改变一次渐进线的斜率，从而画出对数幅特性的近似曲线。（5）、根据系统的开环对数相频特性的表达式，画出对数相频特性的近似曲线。4.根据伯德图求传递函数：参考P110习题4-4。（分析题）P90v0K5.奈氏判据的用法：参考P111习题4-6。（分析题）P946.相位裕量和幅值裕量的概念、意义及工程中对二者的要求。（填空或判断）对应于|jGjH|=1时的频