自动控制理论知识要点

自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)第一章概论（名词）1、自动控制：应用控制装置自动的、有目的地控制或调节机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。（名词）2、受控对象：指自动控制系统中的机器设备或生产过程。（名词）3、扰动：当电源变化、负载变化等将引起被控量的变化，称之为扰动。（名词）4、自动控制系统：代表被控量变化的反馈信号送至输入端与参考输入信号进行比较，两者的差值（偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制受控对象，这就形成了自动控制系统。（名词）5、反馈：把系统输出端连接到输入端的方式称为反馈。（填空）6、自动控制系统至少包括测量变送元件，控制器等组成的自动控制装置和受控对象。（简答）系统组成方框图？（填空或简答）7、常规控制器的组成：定值元件、比较元件、放大元件和反馈元件。（填空）8、定值元件作用是产生给定值信号，且给定值信号类型与测量变送元件来的信号类型一致；比较元件是把被控量信号和给定值信号进行比较并发出偏差信号；放大元件是把偏差信号放大。（选择或填空）9、自动控制系统分类：（1）按是否形成回路分为开环控制系统和闭环控制系统；（2）按信号结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统和复合控制系统；（3）按给定值信号的特点分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统；（4）按系统元件的特性分为线性控制系统和非线性控制系统；（5）按系统信号的形式分为连续（时间）控制系统和离散（时间）控制系统。自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)2（简答）10、开环控制系统的缺点：易受各种干扰的影响，控制精度较低。优点：结构简单，成本低，容易实现。闭环控制系统的缺点：结构复杂，成本较高，分析和设计较麻烦。优点：较之开环有较高的控制品质，精度较高。（选择）11、闭环系统是在开环基础上增加反馈元件和比较元件。（简答）12、发电机闭环励磁控制系统自动调节过程：设负载发生变化，使机端电压UG下降，则（名词）13、反馈控制系统：根据被控量和给定值的偏差进行调解的，最后使系统消除偏差，达到被控量等于给定值的目的，一定是闭环控制系统。（名词）14、前馈控制系统：直接根据扰动发信号进行调节，扰动量是控制依据，由于他没有被控量的反馈信号，故不能形成闭合回路，是一种开环控制系统。（名词）15、恒值控制系统：若自动控制系统的任务是保持被控量恒定不变，也即使被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。（名词）16、随动控制系统：又简称随动系统，是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，其任务是在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。（名词）17、随动控制系统中常用典型输入信号是斜坡函数和抛物线函数。（名词）18、线性控制系统：当控制系统的各元件的输入/输出特性是线性特性，控制系统的动态过程可以用纤细微分方程来描述，则称这种控制系统为线性控制系统。UG反馈环节Ub比较环节Ue控制器发电机UfUG△UG0自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)3（填空）19、线性控制系统的特点是可以应用叠加原理。（名词）20、线性定常系统：是描述系统的线性微分方程的系数是不随时间变化的常数。（填空）这种系统的响应曲线只取决于输入信号的形状和系统的特性而与输入信号的施加时间无关。（名词）21、非线性控制系统：当控制系统中有一个或一个以上的非线性元件时，系统的特性就就要用非线性方程来描述，由非线性方程描述的控制系统称为非线性控制系统。22、常见的非线性元件有饱和非线性、死区非线性、继电器特性非线性、磁滞非线性。（填空）23、对自动控制系统的性能要求：稳定性，快速性，准确性。（简答）24、自动控制系统被控量变化的动态特性：（1）单调过程（非周期性过程），（2）衰减振荡过程，（3）等幅振荡过程，（4）渐扩振荡过程。【或用单位阶跃响应曲线表示P13】自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)4第二章自动控制系统的数学模型（名词）1、数学模型：描述自动控制系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式称为数学模型。（填空或简答）2、常用数学模型：微分方程、差分方程、传递函数和状态方程。（填空）3、实际的自动控制系统的数学模型应该是非线性的。（计算）3、RLC串联电路微分方程建立【P16】（选择）4、电动机转速控制系统以角位移输出近似成二阶系统；以角速度输出近似成一阶惯性环节。（填空）5、常用函数拉氏变换：【P18表2-1】（简答）6、拉氏变换微分定理：【P19】，终值定理【P20】（计算）7、应用拉氏变换和拉氏反变换求解微分方程【P21-23例1、2、3】（填空）8、在经典控制理论中广泛使用的分析设计方法是频率法和根轨迹法。（名词或选择）9、传递函数：（1）定义：线性定常系统的传递函数，在零初始条件下，系统输出信号拉氏变换与输入信号拉氏变换的比。（2）传递函数的分母多项式等于0称为特征方程。（3）传递函数的分母多项式的根称为传递函数的极点。（4）传递函数的分子多项式的根称为传递函数的零点。（填空或简答）10、传递函数性质：（1）只适用于线性定常系统；（2）完全由系统结构和参数决定，与输入信号无关；（3）在零初始条件下得到；（4）一个传递函数只表示一个输入信号对一个输出信号之间的关系；（5）分子阶次m总是低于分母阶次n；（6）传递函数与微分方程一样，也是一种数学模型（数学表达式），不同的元件或系统，尽管他们的物理构成不同，但可能有相同的传递函数。有相同传递函数的物理系统，其对应的物理量就有相同的动态特性。自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)5（选择）11、自动控制系统尽管组成不同,但从动态特性或数学模型来看,可分为几个基本环节,又称典型环节.只要其数学模型一样,就认为是同一种基本环节.典型环节包括(1)比例环节(2)积分环节(3)微分环节【又分为理想微分环节和实际微分环节】（4）惯性环节【又称为一阶滞后环节】（5）震荡环节（6）迟延环节（填空或简答）12、典型环节的传递函数及其阶跃响应，斜坡响应等，[弹簧质量阻尼器系统的传递函数推导过程P36]（名词）13、负载效应：环节的负载对环节传递函数的影响，称为负载效应。【环节是组成控制系统的基本功能单位】（填空）14、在电网络构成的两个串联环节之间，若存在负载效应，则在其间加装一个隔离放大器就可消除。（选择）15、运算放大器的特点：具有高放大系数，高输入阻抗和低输出阻抗。（应用）16、由运算放大器构成的环节传递函数为G（s）=—Zf(s)/Zi(s)（名词）17、积分器：具有积分控制作用控制器称之为积分器，其传递函数为G(s)=1/Ts。（填空或简答）18、励磁控制系统组成：是一个由发电机、功率励磁装置及自动励磁调节器AVR等三大部分所组成的一个闭环负反馈控制系统。（简答）19、发电机励磁控制系统的励磁方式：（1）直流机励磁：实际上是一台与主轴发电机同轴旋转的直流发电机；（2）交流机励磁：实际上是一台与主发电机同轴的交流发电机，后者发出的交流电流经整流器变换成直流电流以供给励磁；(3)晶闸管静止自励方式：不采用旋转的励磁机，直接从主发电机端获取交流电源，再经晶闸管可控整流器变换成可控的直流励磁电源以供励磁。（名词）20、方框图：是一种图解表示，它表明了系统中各种元件或部件间的自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)6关系，方框图优于抽象的数学表达式，它可以清楚的表明系统中信号的传递情况。（填空）21、方框图的转换应按等效的原则进行。所谓等效，就是转换前后有关部分的输入变量和输出变量之间的关系应保持不变。（简答）22、方框图的基本连接方式：串联连接，并联连接和反馈连接。（填空）23、多个环节串联的等效传递函数等于多个环节传递函数的乘积，多个环节并联的等效传递函数等于多个环节传递函数的代数和。反馈环节的等效传递函数=前向通路传递函数/（1+开环传递函数）。（填空）24、方框图的简化过程应记住以下两条原则：（1）前向通路中传递函数的乘积必须保持不变；（2）回路中传递函数的乘积必须保持不变。（填空）25、信号流图是有节点和支路组成。（名词）26、信号流图：是一种表示线性代数方程组变量间关系的图示方法。（名词）27、混合节点：既有输入支路又有输出支路的节点。[注：节点、输入节点、输出节点]（名词）28、不接触回路：如果一些回路没有任何公共的节点，则称为不接触回路。（名词）29、前向通路：如果从输入节点到输出节点的通路上，经过任一节点不多于一次，则此通路称为前向通路。（填空）30、信号流图的性质：(1)信号只能沿支路的箭头方向传递；（2）节点可以把所有输入支路的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。（计算应用）31、梅森公式：[方框图改为信号流图，再应用梅森公式（4步）求传递函数]自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)7（名词）32、鲁棒性：即其控制的质量对受控对象特性的变换不大敏感。（简答）33、常规控制器的传递函数及其实现电路图【PD、PI、PID】（简答）34、比例系数KP越小，则被控量y(t)的稳态偏差愈大，但振荡减小；反之，则稳态偏差减少，振荡则加剧。（简答）35、如果积分时间Ti取得越大，虽然可以使被控量y(t)不产生振荡，但是动态偏差太大。如果积分时间Ti取得越小，不但被控量会产生激烈震荡，甚至会使被控量发散而使系统不稳定。适当选择Ti可使系统得到较好的衰减震荡过程。（简答）36、微分时间Td太大和太小均不合适，Td太大，虽然动态偏差较小，单震荡加剧，过渡过程拖长；Td太小，则动态偏差加大，过度过程也不太短。采取适当的Td值，可得到较理想的动态响应曲线。（选择）37、PID的控制作用：比例控制作用的特点是能使过程较快的达到稳定；积分控制的作用的特点是能使控制过程为无差控制；微分控制作用的特点是能克服受控对象的迟延和惯性，减少控制过程的动态偏差。（选择）38、PID的控制规律也可由比例组件、积分组件、微分组件并联连成，且三个控制作用可以各自独立整定，互不影响。自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)8第三章时域分析法（填空）1、系统的响应曲线只取决于输入信号的形状和系统的特性，而与输入信号施加的时间无关。（选择或填空或简答）2、典型输入信号：（1）阶跃函数【最常用的典型函数？】（2）斜坡函数和抛物线函数【随动系统中常用的输入信号】（3）脉冲函数【有用但不存在】（4）正弦函数【频域输入信号】（简答）3、由于阶跃函数输入信号在起始时变化十分迅速，因此对系统来说是一种最不利的输入信号形式，故常用来作为试验用输入信号，如果一个控制系统对阶跃输入信号具有满意的性能，则对大多数实际的输入信号来说，控制系统都会具有满意的性能。（简答）4、控制系统中的频率分析法就是采用正弦函数作为典型输入信号，采用不同频率的正弦函数信号输入系统，可以得出控制系统的频率系统，从而可以间接的分析控制系统动态性能和稳态性能。（填空）5、在控制系统的分析和设计中常选用系统在正常工作条件下最常见的和最不利的输入信号形式。（选择）6、时域性能指标：(1)对衰减振荡过程有4个：最大超调量σp、上升时间tr、峰值时间tp、调整时间ts(2)非周期性过程只有2个：上升时间tr、调整时间ts【σp定义式，且表示系统的平稳性；tr、tp、ts表示系统的快速性】7、（填空或名词）最大超调量σp：动态响应曲线偏离稳态值的最大偏差值。σp%=%100)Þ()Þ()(Xyytyp自动控制理论（二）知识要点(仅供参考)9上升时间tr：响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间。【单调过程】响应曲线从零上升到第一次到达稳态值所需的时间。【振荡过程】（填空）峰值时间tp：响应曲线达到过调量的第一个峰值所需要的时间。（名词）调整时间ts：响应曲线达到接近稳态值的±5%（或±2%）之内时所需的时间。8、一阶系统：（1）由一阶微分方程描述的系统称为一阶系统。（填空）（2）传递函数标准型G(s)=Ts11其单位阶跃响应表达式y(t)=1-e-t/T(t≥0)单位斜坡响应表达式y(t)=t-T+Te-t/T(t≥0)脉冲响应表达式y(t)=Te-