自动控制理论复习题

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1、自动控制原理复习内容及基本要求1．自动控制的一般概念主要内容：自动控制的任务基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。基本要求：重点是反馈控制原理与动态过程的概念，以及建立原理方块图的方法。内容提要及小结（1）几个重要概念自动控制：自动控制系统：负反馈原理：自动控制系统把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指

2、以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。（2）控制系统基本控制方式实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。实现自动控制的主要原则有三：主反馈原则——按被控量偏差实行控制。补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。复合控制原则——闭环为主、开环为辅的组合控制。（3）系统分类的重点重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。线性系统非线性系统2．数学模型主要内容：动态方程建立及线性化，传递函数及动态结构图，结构图的等效变换，梅逊公式及应

3、用，典型环节。基本要求：重点是传递函数和动态结构图的概念，以及增量线性化、结构图等效变换的法则。利用复阻抗直接建立电路结构图的方法。典型环节的概念。内容提要及小结本章主要介绍数学模型的建立方法，作为线性系统数学模型的形式，介绍了两种解析式和两种图解法，对于每一种型式的基本概念，基本建立方法及运算，用以下提要方式表示出来。（1）微分方程式(2)传递函数（3）结构图注意几点：①相加点与分支点相邻，一般不能随便交换。③直接应用梅逊公式时，负反馈符号要记入反馈通路中的方框中去。另外对于互不接触回路的区分，特别要注意相加点与分支点相邻处的情况。④结构图

4、可同时表示多个输入与输出的关系，这比其它几种解析式模型方便的多，并可由图直接写出任意个输入下总响应。如：运用叠加原理，当给定输入和扰动输入同时作用时，则有C(s)＝Gr(s)R(s)＋Gd(s)D(s)②（4）信号流图重要公式→梅逊公式注意两点：①搞清公式中各部分含义；②公式只能用于输入节点与输出节点之间的传输，不能用于不含输入节点情况下，任意两混合节点之间的传输。四种模型之间的转换关系可用下图表示微分方程传递函数结构图信号流图3．时域分析法主要内容：典型响应及性能指标。一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯判据。稳态误差的计

5、算及一般规律。基本要求：重点是典型响应，性能指标诸概念及计算指标的方法，也要重视结构参数对系统响应影响的一般规律。典型响应以阶跃响应为主。劳斯判据和结构稳定性的概念。终值定理的应用。内容提要（1）时域分析法是通过直接求解系统在典型输入信号作用下的时间响应，来分析控制系统的稳定性和控制系统的动态性能及稳态性能。工程上常用单位阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等性能指标评价系统的优劣。许多自动控制系统，经过参数整定和调试，其动态特征往往近似于一阶或二阶系统。因此一、二阶系统的理论分析结果，常是高阶系统分析的基础。（2）时域分析法的基本方法是拉氏

6、变换法：结构图C(s)=(s)R(s)c(t)=L-1[C(s)]（3）时域分析（i）一阶系统的时域分析一阶系统的动态特性应用一阶微分方程描述。一阶系统只有一个结构参数，即其时间常数T。时间常数T反应了一阶系统的惯性大小或阻尼程度。一阶系统的性能由其时间常数T唯一决定。一阶系统的时间常数T，也可由实验曲线求出。（ii）二阶系统的时域分析二阶系统的性能分析，在自动控制理论中有着重要的地位。二阶系统含有两个结构参数，即阻尼比ξ和无阻尼振荡频率ωn。阻尼比ξ决定着二阶系统的响应模态。ξ=0时，系统的响应为无阻尼响应；ξ=1时，系统的响应称为临界阻

7、尼响应；ξ>1时，系统的响应是过阻尼的；0<ξ<1时，系统的响应为欠阻尼响应。欠阻尼工作状态下，合理选择阻尼比ξ的取值，可使系统具有令人满意的动态性能指标。其动态性能指标有Mp、tr、td、tp，ts，一是可以从响应曲线上读取；二是它们与ξ、ωn有相应的关系，只要已知ξ、ωn，就能很容易求出动态性能指标。（4）稳定性分析控制系统是否稳定，是决定其能否正常工作的前提条件。任何不稳定的系统，在工程上都是毫无使用价值的。稳定，是指系统受到扰动偏离原来的平衡状态后，去掉扰动，系统仍能恢复到原工作状态的能力。应当特别注意，线性系统的这种稳定性只取决于系

8、统内部的结构及参数，而与初始条件和外作用的大小及形式无关。线性系统稳定的充分必要条件是：系统的所有闭环特征根都具有负的实部，或闭环特征根都分布在左半s平面。判别系统