02240机械工程控制基础

02240机械工程控制基础
第一章绪论
1.1控制理论的发展简史（了解）
1.2机械工程控制论的研究对象
1）机械工程控制理论主要是研究机械工程技术为对象的控制论问题。

2）当系统已经确定，且输出已知而输入未知时，要求确定系统的输入以使输出并根据输出来分析和研究该控制系统的性能，此类问题称为系统分析°
3）最优控制制：当系统已经确定，且输出已知而输入已施加但未知时，要求识别系统的输入以使输出尽可能满足给定的最佳要求。

4）滤波与预测问题当系统已经确定，且输出已知，输入已施加当未知时，要求识别系统的
输入（控制）或输入中的有关信
5）当输入与输出已知而系统结构参数未知时，要求确定系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此类问题及系统辨识。

6）当输入与输出已知而系统尚未构建时，要求设计系统使系统在该输入条件下尽可能符合给定的最佳要求，此类问题即最优设计。

1.3控制系统的系统的基本概念
1）信息传递是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递的过程。

2）系统是指完成一定任务的一些部件的组合。

3）制制系统是指系统的可变输出能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的系统。

4）系统分类：按照控制系统的微分方程进行分类分为线性系统、非线性系统。

按照微分方程系数是否随时间变化分为定常系统和时变系统。

按照控制系统传递信号的性质分类分为连续、离散系统。

按照系统中是否存在反馈将系统分为开环控制、闭环控制系统。

5）对控制系统的基本要求有稳定性、快速性、准确性
第二章拉普拉斯变换的数学方法
2.3典型时间函数的拉式变换（必须牢记）
1）单位阶跃函数为，
2）单位脉冲函数为，单位脉冲函数具有以下性质
3）单位斜坡函数为，L（t）?
第三章系统的数学模型....
3.1概述
1）数学模型概念在控制系统中为研
究系统的动态特性而建立的一种模
型。

2）建立数学模型的方法有分析法和
实验法。

3）线性系统最重要的特性是叠加原
理,具体内容是系统在几个外加作用下
所产生的响应等于各个外
加作用单独作用下的响应之和。

4）本课程中主要研究线性定常系
统。

5）对于非线性系统如何处理线性
化、忽略非线性因素、用非线性系统
的分析方法来处理。

6）在时域中用微分方程描述系统动
态特性，在复数域或频域中用传递函
数或频率特性来描述系统的动态特
性。

3.2系统微分方程的建立
1）机械系统通常根据达朗贝尔原理
列写微分方程，该原理具体内容
为作用于每一个支点上的合力，同质
点惯性力形成平衡力，直线运动应用
该原理可列写平衡状态下的微分方
程。

转动的运动微分方程为。

2）液压系统应用流体的质量守恒
定律，内容为系统的总流入流量与总
流出流量之差与系统中流体受压产产
生的流量变化及系统容积变化率产生
的流量变化之和相平衡。

3）电网络系统采用基尔霍夫电流定
律和基尔霍夫电压定律，具体内容
分别为若电路由分支就有节点，汇聚
到某节点的所有电流的代数和应等于
0,即所有流出节点的电流之和等于所
有流进节点的电流之
和、电网络的闭合回路中电势的代数
和等于沿回路的电压降的代数和。

3.3传递函数
传递函数的定义对于单输入单输出线
性定常系统，在初始条件为零的条件
下，系统输出量的拉氏变换与输入量
的拉氏变换之比。

传递函数的特征方程是传递函数的分
母多项式A（s）=0。

1）传递函数主要特点：1、传递函数
只适用于线性定常系统，它只反映在
零初始条件下的动态性能，2、系统的
传递函数只与系统本身的参数有关，
与外界输入无关。

3、对于物理可实现
系统4、一个传递函数只能表示一对
输入、输出之间的关
系，5、传递函数不能说明被描述的系
统的物理结构
2）传递函数
当S=Zi （i=1,2，…，mi）时，
的零点是
极点是。

3）传递函数的典型环节有
比例环节、积分环节、微分环
节、惯性环节、一阶微分环
节、震荡环节、二阶微分环
节、延时环节。

3.4框图
1）框图的定义系统中各个环节的
功能和信号流向的图解表示方法。

2）框图的组成元素有方块、信号线、
分支点、相加点。

3）动态系统构成有串联、并联、反馈
三种形式。

4）请分别画出三种结构图并写出总传
递函数。

5）根据4）中所画的框图请写出闭环
传函为，前向传函为反馈传函
为。

6）框图的等效变换及化简规则：
分支点的前移规则后移规则、相加点
的前移规则相加点的后移规则、分支
点和相加点之间的移动规则O
3.5机电系统的传递函数（P89能列写
表3-2、表3-3的机械网络图的传函）
第四章控制系统的时域分析
4.1时间响应
时间响应的概念机械系统在外加作用
激励下，其输出随时间变化的函数关
系称之为系统
的时间相应。

1）瞬态响应当系统受到外加作用激
励后，从初始状态到最后状态的响应
过程
稳态响应当时间趋于无穷大时，系统
的输出状态
瞬态响应反应了系统的动态性能稳态
响应反应了系统的精确程度
2）脉冲响应函数当一个系统受到一
个单位脉冲激励时，它所产生的反映
或者是响应。

线性定常系统的重要特性（P103）系
统对输入信号积分的响应等于系统对
该输入信号响应的积分，同样系统对
输入信号倒数的响应，等于系统对该
输入信号响应的导数。

4.2 一阶系统的时间响应
3）一阶系统的传递函数的一般形式
为
4）一阶系统的单位阶跃响应、脉冲
响应、单位斜坡响应（注意看图形变
化趋势）
4.3二阶系统的时间响应
4）指数函数为，。

5）正弦函数为，
6）余弦函数为，
7）籍函数为
8）几种常用的拉式变换公式
2.4拉氏变换的性质
1）线性性质L[2sin3t?5]?2 ）实数域
的位移定理。

3）复数域的位移定理。

4）微分定理,L[f
（解微分方程时使用最多）
5）积分定理,L[...f（t）（dt）]?。

6）初值定理。

7）终值定理。

8）卷积定理。

2.5拉式反变换的数学方法
2.6用拉式变换求解常微分方程
1）思路：常微分方程----> 利用微
分定理进行拉式变换求F（s）---->拉
式反变换求解f（t）。

2）如：求微分方程
5）二阶系统的传递函数的一般形式（震荡环节）。

6）二阶系统的欠阻尼情况是
7）二阶系统的零阻尼情况是
8）二阶系统的临界阻尼情况是
9）二阶系统的过阻尼情况是
4.4高阶系统的时间响应
10）高阶系统的传递函数的一般形
闭环主导极点概念是指在系统的所有闭环主导极点中，距离虚轴最近且周围没有闭环零点的极点，而素有其他极点都远离虚轴。

闭环主导极点对系统的影响距离虚轴较远的非主导极点，对应的动态响应分量衰减较快,
对系统的国度过程影响不大；而距离虚轴最近的主导极点，对应的动态响应分量衰减的最慢，在决定过渡过程形式方面起主导作用。

4.5瞬态响应的性能指标
1）瞬态响应性能指标是在单位阶跃信号作用下和零初始条件下定义的。

2）延迟时间单位阶跃响应第一次达到为太值的50潮需的时间。

3）上升时间单位阶跃响应第一次从稳态值的10壮升到90%或从0 上升到100%所需的时间。

4）峰值时间单位阶跃响超过其稳态值而达到第一个峰值所需的时间。

5）超调量单位阶跃响应第一次越
过稳态值到达峰值时，对稳态值的偏差与稳态值之比的百分数o
6）调整时间单位阶跃响应与稳态值之差进入允许的误差范围所需的时间。

7）请列写二阶系统的瞬态响应指标公式
8）闭环零点对二阶系统响应的影响主要有零点的加入使系统超调量增大，而上升时间，峰值时间减小、当附加零点越靠近虚轴，其对系统
响应的影响越大、当附加零点与虚轴的距离较大时，其影响可以忽略。

4.6系统的误差分析
1）系统的误差分为瞬态误差和稳态误差。

2）系统的开环传函为G（s）H（s）=K（s z1）（s z）...（s z）s （s p1）（s
p2）...（s pn），言时，
系统为I型系统，当时，系统为U型系统，当时，系统为皿型系统。

3）静态位置误差系数公式
位置误差为。

4）静态速度误差系数公式
速度误差为5）静态加速度误差系数公式
加速度误差为
（熟记表4-1 p127 ）
第五章系统的频率特性
5.1频率特性
1）频率特性是指系统对正弦输入的
稳定响应，计算过程中令G（s）中的
s=jw得到G（j?）即为系统的频率特
性的表达式。

2）频率特性包括相频特性、幅频特
性。

3）机械系统的频率特征G （jw）的
倒数称为动刚度，即
机械系统的频率特征G（jw）表示的
是机械系统的动柔度，即
4）频率特性的图形表示中常用的有
三种，有对数坐标图（伯德图）、极
坐标图（奈奎斯特图）、对数幅-相图
（尼柯尔斯图）
5.2频率特性的对数坐标图
5）典型环节的伯德图
比例环节K
微分环节1/jw
一阶微分环节1+jwT
二阶微分环节
积分环节一阶惯性环节震荡环节延时
环节
6）系统类型与对数幅频特性曲线之
间的关系（特别重要，能根据图形分
析数据P148）
5.3频率特性的极坐标图
1）正相位角从正实轴开始以逆时
针方向旋转定义，负相位角从正实轴
开始以顺时针方向旋转定义。

2）典型环节的极坐标图
比例环节积分环节
微分环节一阶惯性环节
一阶微分环节震荡环节
二阶微分环节延时环节
3）奈奎斯特图具有的特点（P156）
5.4最小相位系统的概念
最小相位系统的概念若系统的开环传
递函数的所有零点和极点均在
【s】的左半平面时成为最小相位系
统。

1）由伯德图估计最小相位系统的传递
函数（P161要会）
5.5开环频率特性与系统时域性能的关
系（要知道，自己整理知识点）
5.6闭环频率特性与频域性能指标（注
意区分一阶和二阶系统）
1）谐振峰值Mr,谐振频率？r2）截止
频率？b?，频宽定义。

第六章系统的稳定性
6.1稳定性
1）稳定性的定义系统在受到外界干扰
作用时，其被控制量将偏离原平衡位
置，当这个干扰作用取出后，若系统
在足够长的时间内能够恢复到原来的
平衡状态或者是趋于一个给定的新的
平衡状态，则系统是稳定的。

2）一个系统稳定的充要条件是特
征方程的所有根必须有负实部。

6.2劳斯判据
3s3?12s2?17s?201）传递函数为
F（s）?5 ,用劳斯判据判断其稳定性。

432s?2s?14s?88s?200s?800
3s3 12s2 17s 202 ）传递函数为F
（s）,用劳斯判据判断其稳定性。

3s3?12s2?17s?203）传递函数为
F（s）?6 ,用劳斯判据判断其稳定性，
5432s?2s?8s?12s?20s?16s?16
若系统不稳定求不稳定根的个数。

3s3?12s2?17s?204）传递函数为F
（s）?4 ,用胡尔维茨判据判断其稳定
性。

s?8s3?18s2?16s?5
6.3奈奎斯特稳定性判据
1） z?p?N, z表示闭环特征方程的在
右半平面的根个数，p表示开环
特征方程在右半平面的根的个数，
N表示逆时针包围（-1 , j0 ）点的圈
数。

6.4系统的相对稳定性
1）相位裕量在乃奎斯特图上，从原
点到乃奎斯特图与单位圆的交点连一
直线，该直线与负实轴的夹角r。

当r>0°时，系统稳定
当r<0。

时，系统稳定
2）幅值裕量在奈奎斯特图上，奈奎
斯特图与负实轴交点处幅值的倒数
Kg。

3）根据相位裕量和幅值裕量判断系
统稳定性
4）该判断方法需要注意的两点
（1）（2）
5）条件稳定
第七章控制系统的校正与设计
7.1控制系统的性能指标与校正方
1）时域性能指标包括瞬态性能指标和
稳态性能指标。

2）瞬态性能指标包括延迟时间、上升
时间、峰值时间、最大超调量、调整
时间。

3）稳态性能指标是稳态误差。

4）频域性能指标反应动态性能，主要
指标有谐振频率和谐振峰
值、截止频率和频宽、幅值裕量、相
位裕量。

5）校正的概念校正又称为补偿, 就是
在控制对象已知、性能指标已定的情
况下，在系统中增加新的环节或改变
某些参数以改变原系统性能，使其满
足所定性能指标要求的一种方法。

6）校正的方式串联校正（增益调
整、相位超前校正、相位滞后校正、
相位滞后-超前校正）、并联校正（反
馈校正、顺快校正和前馈校正）、PID
校正（PI、PD、PID）。

7.2控制系统的串联校正
1）串联校正中增益校正的作用减
少系统的开环增益可以使相位裕量增
加，从而使系统的稳定性得到提高，
但它降低了系统的稳态精度和
响应速度。

2）相位超前校正的作用提高了系统
的响应速度，使得原系统的相位裕量
增加，提高了系统相对稳定
性。

3）相位滞后校正的作用减小系统的
稳态误差而又不影响其稳定性和
响应的快速性相位滞后-超前校正环节
的作用同时该晒哦系统的瞬态响应和
稳态响应。

4）反馈校正有比例（位置反馈）
和速度反馈，作用分别有一般的比例
负反馈可以削弱被包围环节的时间常
数，从而扩展该环节带宽、
速度反馈既保持了系统的快速性，
又改善了系统的稳定性。

5）顺馈与前馈校正有按输入校正、
按扰动校正。

7.4 PID校正器的设计
1） PID校正器有那几个环节？作用分
别为？比例环节：成比例的反映控制
系统的误差信号，误差一旦产生，校
正器立即产生控制作用，以减小误差
积分环节：主要作用是消除静态误
差，提高系统的无差度。

积分环节系
数K越大，积分时间常数T越小，积
分作用越强
微分环节：反映误差信号的变化趋势
（变化速率）,并能在误差信号变得太
大之前在系统中引入一个有效的早期
修正信号，从而加快系统的动作速
度，减少调节时间
2） PID有哪几种形式？作用分别为？
（1）PI控制：提高响应速度，减
小稳态误差
（2）PD控制：提高相应速度，减
小超调量
（3）PID控制：系统快速性，稳定
性，准确性的综合调制，但也不能达
到最优
一、填空题类
1. 一单位反馈系统的开环伯德图已
知，其幅频特性在低频段是一条斜率
为的渐近直线，且延长线与0dB 线的
交点频率为，则此系统的传递函数为
2. 判断系统的稳定性，时常用乃奎
斯特判据，z=p-N中的z表示闭环特征
方程的根在S右半平面的个数。

3. 一单位反馈系统的开环传递函数
为，则该系统稳定的K值范围为无论K取何值，系统都不稳定。

4. 开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用
5. 已知,其
6. 线性系统满足叠加原理，非线性系统不满足叠加原理面关于线性系统与非线性
7. 瞬态响应指标中上升时间的定义
为单位阶跃响应从稳态值的10%k升
到90潮需的时间
8. 系统型次入越高，开环增益K越大，系统稳态误差越小
9. 瞬态响应的性能指标是根据下列单位阶跃函数作用下，零初始条件前提来定义的
10. 二阶系统的传递函数为，当a 减小时，无阻尼自然频率增大，阻尼比E 增大
11. 一系统的传递函数为，则其相位角可表达为
12. 一个系统的传递函数为,当输入时，则其稳态输出的幅值为4
13. 开环频率特性的低频段的增益应
充分大,以保证稳态误差的要求
14. 某系统的传递函数为,零点s
=—2 , s = 5 ;极点 s = — 0.
2 , s = 4
15. 正弦函数的拉氏变换是
16. 函数的拉氏变换为
17. 系统的传递函数，则系统的增益为0.3
18. 复数s=1 +j的三角表示形式为
19. 串联校正环节，若为PD校正环节，则B=0, A>0。

20. 函数，（a为常数）的拉氏变换为
21. 已知函数？（t ）的拉氏变换
为，则当时？（t）的值为2
22. 若，则=2
23. 标准二阶振荡系统的超调量和
E有关
24. 传递函数的极点是一2, - 3
25. 一阶系统的单位阶跃响应曲线在t=0处的斜率为
26. 设系统的特征方程为，则此系统稳定的K值范围为0<K<4
27. 调整系统的增益对系统的稳定精
度响和瞬态响应都有影响
28. 单位反馈控制系统的开环传递函
数为，则系统在输入作用下，其稳态误差为0
29. 某环节的传递函数为，则它是惯性环节30. 系统的传递函数为，则其单位阶
跃响应函数为
31. 单位负反馈系统的开环传递函
数，其乃奎斯特图在处的相位角是
32. 单位负反馈系统的开环传递函数
为，则其对数幅频特性曲线在处
的斜率为
33. 设系统微分方程为，则该系统的
传递函数为。

34. 极坐标图上的负实轴对应于伯德
图上的线。

35. 系统辨识是指输入输出已知，求
出系统的结构和参数，既建立系统的
数学模型。

36. n型系统的对数幅频特性低频渐近
线斜率为。

37. 线性系统是否稳定，是系统本身
的一个特性，而与系统的输入量或扰
动无关。

38. 一单位负反馈控制系统的开环传
递函数为，则使该闭环系统稳定的K值
范围是K>0 . 5
39. 某控制器的传递函数为，若将此
控制器作为相位超前环节使用,
则a应符合a > 1
40. 若需要使系统带宽增加，则选择
串联校正装置为相位超前校正闭环控
制系统中有反馈回路
41. 传递函数的极坐标图为单位圆
42. 二阶系统的单位阶跃响应的欠阻
尼情况是在条件下发生的
43. 串联相位滞后校正通常用于提高
系统的稳态精度
44. 若线性定常系统输入端作用一个
正弦波，经过充分长的时间后，则系
统的输出为同频率的正弦波。

45. 系统中各环节的传递函数一个个
顺序连接，称为串联。

46. 在系统辨识时，应给系统施加一
种激励信号，测量系统的输入和输出
响应，然后对输入数据和输出数据进
行数学处理并获得系统的数学模型。

47. PD调节器可以有效地改善系统瞬
态性能，但对稳定性能的改善却很有限。

48. 频域性能指标是根据闭环控制系统
的性能要求制定的。

49. 若，对任何一正实数a,则
50. 传递函数反映了系统的动态性能，
它与系统的结构参数有关
51. 瞬态响应的性能指标是在单位阶跃
函数输入信号的作用下定义的
52. 一阶系统的单位脉冲响应曲线在
t=0处的值为
53. 某系统微分方程为它是线性时变
系统
54. 设开环传递函数，a >0,K >0, 随着
K减小，则闭环系统相对稳定性变好，
快速性不变
55. 频率响应是系统对正弦输入的稳
态响应。

56. 并联校正按校正环节的并联方式，
可分为反馈校正和顺馈校正。

57. 机械工程控制论是研究以机械工
程技术为对象的控制论问题。

58. 机械工程控制论是研究以机械工
程技术为对象的控制论问题。

传递函数
的量纲是根据一输入量和输出量来决定
的。

59.II型系统的对数幅频特性低频渐近线
斜率为
60. 对于线性系统，当在其输入端加一
个正弦信号时，输出端得到的稳态响应
的幅值和相位要改变，而频率不发生变
化。

61. 建立系统的数学模型有两种方法即
分析法和实验法。

62. 二阶振荡环节的标准传递函数是
63. 反馈是将系统或某一环节的输出量，
全部或部分地通过传递函数回输到输入
端，又重新输入到系统中去。

64. 稳态误差与开环传递函数的结构和
输入信号的形式有关。

65. 在频域中，系统的类型决定了系
统对数幅频曲线低频段的斜率，即静态
误差系数描述了系统的低频性能。

66. 对于线性定常系统，在初始条件为
零的条件下，系统输出量的拉氏变换与
输入量的拉氏变换之比，我们称之传递
函数。

67. I型系统在单位加速度输入下，稳
态误差为。

68. 瞬态响应是系统受到外加作用激励
后，从初始状态到最终状态的响应过程。

69. 主导极点的概念更多地用于一般高
阶系统的动态响应分析之中。

70. 系统的特征根必须全部在复平面的
左平面是系统稳定的充要条件。

71. 判别系统稳定性的出发点是系统
特征方程的根必须为负实根或具有负
实部的复数根。

72. 一单位负反馈控制系统的开环传
递函数为，当有一单位阶跃信号作用
于系统时，系统的最大超调量 =
73. 二阶微分环节的传递函数为。

74. 某比列环节K对数幅频特性为
20dB,则K=10。

75. 一个单位反馈系统的前向传递函
数为，则该闭环系统的特征为
76. 传递函数是经典控制论中对线性
系统进行分析、研究与综合的重要数
学模型形式，它通过输入与输出之间
信息的传递关系，来描述系统本身的
动态特性。

77. 极坐标图（乃奎斯特图）是在复
平面内用不同频率的矢量之端点轨迹
来表示系统的频率特性。

78. 某系统脉冲响应函数为，则该系
统的传递函数为。

79. 对于一阶、二阶系统来说，系统
特征方程的系统都是正数是系统稳定
的充分必要条件
80. 主导极点的特点是距离虚轴很近
81. 一阶微分环节，当频率时，则相
频特性为
82. 微分环节s的相频特性和幅频的
特性的变化规律是
83. 用频域法分析控制系统时，最常
用的典型输入信号是正弦函数
84. 在伯德图中决定闭环系统动态性
能好坏的主要参数可以通过开环性能
的中频段求得。

85. PID校正器中I代表积分
35. 机械工程控制论是研究该领域中
系统的动力学问题。

36. 一个环
节的传递函数为，则该
环节是微分环节。

37. 表征二阶系统的性能指标中超调
量仅与阻尼有关，阻尼越小则该指标
越大。

38. 两线性系统及其拉氏变换，有常
数，则
39. 系统的波德图如下，则该系统是
一阶惯性系统，其转折频率为1, 在转
折频率处的相位角是-45,超过转折频率
处曲线的斜率是- 20dB/dec，该系统具
有低通特点。

40. 线性系统最显著的特征是满足叠
加性。

41. 一阶系统的时间常数越小，系统
瞬态响应过程越短，对斜坡输入的稳
态误差是无穷大。

42. 线性系统输入为正弦信号时，该
系统的输出也是同频率的正弦信号。

43. 系统的稳态精度由系统的开环增
益决定，而相对^定性由相位裕量和幅
值裕量来决定。

44. 工业中常用的PID校正是指比例、
积分、微分校正。

45. 对自动控制系统的基本要求是稳
定性、快速性、准确性。

46. 系统时间响应由稳态响应和瞬态
响应组成。

47. 系统的稳态误差表达了系统的精
度和抗干扰能力，是系统的性能之一。

48. 系统稳定的必要和充分条件是特
征方程的所有根都为负实数或者具有负
实部的复数。

49. 开环频率特性的低频段表征了闭
环系统的稳态特性，中频段表征了闭环
系统的动态特性，高频段表征了闭环系
统的复杂性。

50. 系统的传递函数反映系统本身的
动态特性，决定于系统本身的参数，与
外界输入无关。

51. 对一个线性系统，当输入是正弦信号时，该系统的稳态输出也是同频率的正弦信号。

52. 系统特征方程为则系统稳定或不
稳定。

53. 系统的瞬态响应反映了系统本身的动态特性，表征系统的相对稳定性和灵敏度。

54. 振荡环节在转折频率处的相位角是-90 ,大于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为- 40dB ,小于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为0dB。

55. 二阶系统的无阻尼固有频率由系统本身的刚度和质量决定。

56. 函数及其一阶导数都可拉氏变换，则的初值可表示为。

57. 单
位阶跃输入的拉氏变换为。

58. 开环频率特性的低频段表征了闭
环系统的稳态特性，中频段表征了闭环系统的动态特性，高频段表征了闭环系统的复杂性。

59. 增加系统的开环增益可以提高系统的稳态精度和响应速度，但又会使相位裕量或者幅值裕量减小，从而使系统的稳定性下降。

60. 单位斜坡函数的拉普拉斯变换是1/S2
61. 一阶微分环节的传递函数。

62. 一阶惯性环节在转折频率时的相位角是-45 ,大于转折频率时的对数幅频特性曲线的渐近线斜率为20Db/dec
63. 下图中的符号分别表示哪些性能指标
表示最大超调量，表示上升时间，表示峰值时间，表示调整时
间
64. 对I型系统输入阶跃信号，则其稳
态误差为零。

65. 典
型延时环节的传递函数为.
二、名词解释
1. 控制系统一一输出能按照要求的参
考输入或控制输入进行调节的系统。

2. 稳态响应一一系统受到外加作用激
励后，时间趋于无穷大时，系统的输
出状态称为稳态响应。

3. 叠加原理一一系统在几个外加作用
下所产生的响应，等于各个外加作用
单独作用的响应之和。

4. 串联校正一一将校正装置串联在原
传递函数方框图的前向通道中, 来改变
系统的结构，以达到改善系统性能的
方法。

5. 时间响应一一机械工程系统在外加
作用激励下，其输出量随时间变化的
函数关系称之为系统的时间响应。

6. 方块图一一系统中各环节的功能和信号流向的图解表示方法。

7. 稳定性自动控制系统在受到扰动作
用使平衡状态破坏后，经过调节能重
新达到平衡状态的性能。

8. 相位裕量一一在乃奎斯特图上，从
原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连
一直线，该直线与负实轴的夹角。

9. 闭环控制系统一一设有反馈环节的
自动控制系统，系统的输出量对系统
有控制作用。

10. 数学模型一一系统动态特性的数学
表达式，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。

11. 叠加原理——系统在几个外加作用
下所产生的响应，等于各个外加作用
单独作用的响应之和。

12. 复合控制一一把顺馈补偿和反馈控
制结合起来的控制方式称为复合控
制。

13. 反馈一一把一个系统的的输出信号
不断直接地或经过中间变换或部分地
返回，再输入到系统中去。

14. 脉冲响应函数一一当一个系统受到
一个单位脉冲激励时，它所产生的响
应称为脉冲响应函数。

15. 频率特性一一不断改变系统的入正
弦信号的频率（由0变化到无穷大）
时，输出信号与输入信号的幅值比和
相位差的变化情况。

16. 幅频特性一一输出信号与输入信号
的幅值比。

反馈控制原理：用反馈检查到偏差再
去校正消除偏差。

控制系统基本要求：稳定性，快速
性，准确性。

频率特性：对于线性定
常系统，若输入为谐波函数，则其稳
态输出一定是同频率的谐波函数，将
输出的幅值与输入的幅值之比定义为
系统的幅频特性。

将输出的相位与输
入的相位之差定义为系统的相频特
性。

两者统称为系统的频率特性。

闭环控制系统：有反馈。

输出会通过适
当的测量装置将信号全部或部分反回输
入端。

与输入量比较，得出偏差，实现
再控制。

例：导弹发射，是闭环控制系
统。

导弹控制系统会根据对目标的偏差
纠正偏差以力争命中目标。

开环控制系统：不对输出进行检测和反
馈，输出与输入之间没有形成反馈环路
的控制系统。

例：大炮发射，开炮前瞄
准控制，炮弹一旦出了膛就不再管了。

传递函数：在线性定常系统中，当初始
条件为零时，系统的输出与输入的拉普
拉斯变换之比。

按给定信号分类自动控制系统可分为：
恒值控制系统、随动控制系统和程序控
制系统。

系统的稳定性：系统在初始状态作用下，
有它引起的系统时间响应随时间的推移，
逐渐衰减并趋向于零的能力。

充要条件：
所有特征根实
部全小于零或传函所有极点分布在S 平
面左半面。

数学模型：据对研究对象所观察到的现
象及实践经验，归结成的一套反映其内
部因素数量关系的数学公式、逻辑准则
和具体算法。

用以描述和研究客观现象
的运动规律。

1
瞬态响应：指系统在某一典型信号输入
作用下，其系统输出量从初始状态到稳
定状态的变化过程。

稳态响应：在某一
输入信号的作用后，时间趋于无穷大时
系统的输出状态。

三、简答题
1. 传递函数的主要特点有哪些？
答：（1）传递函数反映系统本身的动
态特性，只与本身参数和结构有关，
与外界输入无关；
（2）对于物理可实现系统，传递函
数分母中s的阶数必不少于分子中s 的
阶数；
（3）传递函数不说明系统的物理结
构，不同的物理结构系统，只要他们
的动态特性相同,其传递函数相同。

2. 反馈校正与串联校正相比，所具有
的优点有哪些？
答：反馈校正与串联校正更有其突出的
优点：利用反馈能有效地改变被包围环
节的动态结构参数，甚至在一定条件下
能用反馈校正完全取代包围环节，从而
大大减弱这部分环节由于特性参数变化
及各种干扰给系统带来的不利影响。

3. 在系统校正中，常用的性能指标有
哪些？
答：在系统校正中，常用的性能指标按
其类型可分为：
（1）时域性能指标，它包括瞬态性
能指标（即上升时间、峰值时间、最
大超调量、调整时间等）和稳定性能
指标（即稳定误差）
（2）频域性能指标，它包括相位裕
量、幅值裕量、频宽等。

4. 简述相位裕量的定义、计算公式，
并在极坐标上表示出来。

答：相位裕量的定义：是开环频率特性
幅值为1时对负实轴的相位差值。

即从
原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负
实轴的夹角。

计算公式：
5. 什么是数学模型？
答：数学模型是系统动态特性的数学表
达式。

建立数学模型是分析、研究一个
动态系统特性的前提。

一个合理的数学
模型应以最简化的形式，准确地描述系
统的动态特性。

6. 简述串联超前校正环节的作用。

串联超前校正环节的作用是：串联超前
校正环节增大了相位裕量，加大了带宽，
这就意味着提高了系统的相对稳定性，
加快了系统的响应速度，使过渡过程得
到显著改善。

但由于系统的增益和型次
都末变化，所以稳态精度变化不大。

7. 简述系统时间响应的概念。

答：机械工程系统在外加作用激励下，
其输出量随时间变化的函数关系称之为
系统的时间响应，通过时间响应的分析
可以揭示系统本身的动态特性。

8. 传递函数的典型环节有哪几种？
答：传递函数的典型环节有：（1）比
例环节（2）积分环节（3）微分环节
（4）惯性环节（5）一阶微分环节
（6）振荡环节（7）二阶微分环节
（8）延时环节
9. 判断定常系统是否稳定的方法有哪
几种？
答：判断定常系统是否稳定的方法有：
（1）劳斯判据（2）胡尔维茨判据（3）
乃奎斯特稳定性判据
（4）根轨迹法。

10. 影响系统稳态误差的因素有哪些
答：影响系统稳态误差的因素有系统的
类型、开环增益和输入信号。

11. 机械控制工程主要研究并解决哪几
方面的问题？
答：机械控制工程主要研究并解决以下
问题：（1）系统分析（2）系统的最优
控制（3）系统的最优设计
（4）系统识别或系统辨识（5）滤液
与预测P2
12. 简述拉氏反变换中部分分式法的
步骤。

答：部分分式法是通过代数运算，先
将一个复杂的象函数化为数个简单的
部分分式之和，再分别求出各个分式
的原函数，总的原函数即可求得。