胡寿松《自动控制原理》(第六版)配套题库【章节题库】(上册)(第1~2章)【圣才出品】
自动控制原理考前训练试卷及答案(胡寿松版)
《自动控制原理》考前复习试题及答案课程类别：必修课 适用专业：自动化 试卷编号：A系 别 专业及班级 学号 姓名题目 一 二 三 四 五 六 总分 满分 20 15 10 15 10 30 100 得分一、选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个或多个正确答案，并将其代号写在题干后面的括号内。
答案选错或未选全者，该题不得分。
共10题，每小题2分，共20分）1．正弦函数sin t ω的拉氏变换是（ ）。
A.ω+s 1B.22s ω+ωC.22s s ω+D. 22s 1ω+ 2．下列判别系统稳定性的方法中，哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据（ ）。
A.劳斯判据B.赫尔维茨判据C.奈奎斯特稳定判据D.对数频率稳定判据 3．采样控制系统中的二个特殊环节是（ ）。
A.采样器 B.保持器 C.滤波器 D.以上答案都不对 4．下面哪一个不是主导极点的特点（ ）。
A.距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近 5．设积分环节的传递函数为G(s)=sK，则其频率特性幅值M(ω)=（ ）。
A.ωK B.2K ω C.ω1D.21ω6． 是（ ）环节？A.振荡环节B.二阶微分环节C.积分环节D.惯性环节7．由电子线路构成的控制器如图1，它是（ ）。
A.PI 控制器 B.PD 控制器 C.PID 控制器 D.P 控制器 8．确定根轨迹的起始点，根轨迹起于( ) 。
A ．闭环零点B ．闭环极点C ．开环零点D ．开环极点 9．常用的频率特性曲线有（ ）A ．幅相频率特性曲线B ．对数频率特性曲线C ．对数幅相曲线D ．以上都不对 10．二阶系统当0<ζ<1时，如果增加ζ，则输出响应的最大超调量pσ将（ ）。
得分 阅卷人图12222)()()(nn ns s s R s C s ωξωω++==ΦA.增加B.减小C.不变D.不定二、填空题（共10题，每空1分，共15分）1、超前网络校正使系统的截止频率 ，滞后校正使系统的截止频率 。
自动控制原理(胡寿松)第六版第一章ppt.
自动控制理论
线性代数
大学物理（力学、热力学）
微积分（含微分方程）
经典控制理论(古典控制理论)
以传递函数为基础，研究单输入---单输 出定常控制系统的分析与设计问题：
线性控制系统分析：时域分析、稳定性与 稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。
(2)非线性系统
在系统中只要有一个元器件的特性不能用线性微分方程描述其输 入和输出关系,则称为非线性系统。非线性系统还没有一种完整、成熟、 统一的分析法。通常对于非线性程度不很严重,或做近似分析时,均可用 线性系统理论和方法来处理。
4.定常系统和时变系统
(1)定常系统 如果描述系统特性的微分方程中各项系数都 是与时间无关的常数,则称为定常系统。该类系统 只要输入信号的形式不变,在不同时间输入下的输 出响应形式是相同的。 (2)时变系统 如果描述系统特性的微分方程中只要有一 项系数是时间的函数,此系统称为时变系统。
1-1 自动控制系统的一般概念
• 自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利 用控制装置（称控制器），使整个生产过程或 工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参 数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 • 自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统， 由控制器与控制对象组成。
扰动量 输入量 输出量
控制器
（3）程序控制系统 系统的控制输入信号不是常值,而是事先确 定的运动规律,编成程序装在输入装置中,即控 制输入信号是事先确定的程序信号,控制的目的 是使被控对象的被控量按照要求的程序动作。 如数控车床就属此类系统。
3.线性系统和非线性系统
(1)线性系统
组成系统元器件的特性均为线性的,可用一个或一组线性微分方程 来描述系统输入和输出之间关系。线性系统的主要特征是具有齐次性和 叠加性。
自动控制原理胡寿松第六版第一张
电机拖动考虑：纪录笔有惯性，希望电机速度能按所需位移量进行控制，所 以将电机转速测量出来，用来反馈。
输入量
放大器
伺服电机
传动机构
笔位置
纪录笔
测速电机
位置测量
内反馈可增加 系统的阻尼
第13页，共24页。
•飞机自动驾驶仪系统
第3页，共24页。
•例1：人用手拿物品。
控制目标：手拿到物品。
相关部件：1．手。抓取物品。功能：受控对象、执行部 件。 2．大脑。协调眼、手工作。功能：比较物品与手 之间的接近程度（比较元件）；控制手的动作（控制部 件）。3 ．眼睛。观察物品与手的位置。功能：检测元 件。
物品
位置
眼睛
大脑
手 手臂、手
较，若液位降低，则加大阀门开度，反之则减小。
设定水位
调节器
阀门
干扰
水位
锅炉
液位测量
第16页，共24页。
§1-3 自动控制系统的分类
1.线性连续控制系统
2.线性定常离散控制系统 3.非线性控制系统
第17页，共24页。
•线性连续控制系统
线性：系统的输入输出满足线性关系。
即有：若a输1u 入1时ua1，2u输输2出出为为 ;输ay入11y1 时，a。u2 输y2 出2为 。则输y入2 为
t
t
4.正弦函数：
u
f(t) 0 Asi nt()
t0 t0
t
第24页，共24页。
不稳定系统
稳定系统
2.快速性：系统稳定快慢程度的性能描述。一般用过渡过程的时间
来描述。
过渡过程：系统从开始运动到回到平衡点稳定下来的过程，也叫动 态过程、动态。
《自动控制原理》+胡寿松+习题答案(附带例题课件)
用电技术专业方向）
先修课程： 高等数学、大学物理、积分变换、电路、数字电子技术、模拟电子技术
一、课程性质、目的和任务
本课程为电气工程及其自动化专业的主要专业基础课程之一，目的是使学生掌握负反馈控制原理、控
制系统数学模型的建立和系统性能分析、设计的基本方法，培养学生分析和设计自动控制系统性能的基本
能力并能满足其它后续专业课程对自动控制理论知识的需要。
制系统的性能。了解开环零、极点对系统性能的影响。
5．熟悉频率分析法分析控制系统性能的方法 熟悉典型环节频率特性的求取以及频率特性曲线，掌握系统开环对数频率特性曲线、极坐标曲线绘制
的基本方法。了解根据开环对数频率特性曲线分析闭环系统性能的方法。熟悉用奈奎斯特稳定判据判断系
1
《自动控制原理》电子教案
统稳定性的方法。掌握稳定裕度的计算方法。 6．熟悉控制系统校正的方法 了解串联超前校正、串联滞后校正的校正装置设计的基本原理和方法。 7．熟悉非线性控制系统的分析方法 了解非线性控制系统的特点和常见非线性特性。熟悉非线性控制系统的描述函数法。
熟悉系统微分方程的建立，拉氏变换及其应用。掌握系统传递函数的定义及求取，系统动态结构图 的建立及其简化以及系统不同传递函数的定义及求取。
1．控制系统微分方程的建立 2．非线性数学模型的线性化 3．控制系统的传递函数 4．典型环节的传递函数 5．控制的动态结构图及变换 6．信号流图及梅逊公式 7．反馈控制系统的传递函数 （三）自动控制系统的时域分析法 熟悉控制系统的时域指标，一阶系统的单位阶跃响应、斜坡响应以及性能指标的求取。掌握典型二阶 系统的单位阶跃响应以及性能指标的求取。掌握劳斯稳定判据分析系统的稳定性方法。熟悉控制系统稳态 误差分析以及稳态误差、误差系数的求取。 1． 控制系统性能指标的定义 2．一阶系统性能分析 3．二阶系统性能分析 4． 欠阻尼二阶系统的时域分析和指标计算 5． 高阶系统的时域分析、闭环主导极点和高阶系统的降阶
胡寿松《自动控制原理》(第6版)笔记和课后习题(含考研真题)详解2
6-2 设单位反馈 统 开环 函 为
试设计 联 前校正装置， 统满
（1） 角裕度r≥45°；
（2） 单位
入下 态 差
下 标：
（3）截止频率ωc≥7.5rad／s。
解： 开环
取
则开环 函 为：
令
，解得校正前
rad/s
则校正前 角裕度为：
不 合题 要求，
前校正。
取
rad/s，可得：
，可得：
则 前校正环节 校正后 统开环 其 角裕度为
统性能得：
3．某 反馈 统开环 函
合要求。
（1）求 统 角裕度 幅 裕度。
（2） 角裕度
联 前校正 联滞后校正 主要特点。为 统
，试分 统应
联 前校正还 联滞后校正?
[
技 2009 ]
解：（1）求截止频率与
裕度：
求幅 裕度：
（2）要 节 校正。
统 角裕度
，
前校正，则需要校正环
不合
前校正，可以
联滞后
为 习重点， 此，本 分也就没
考 题。
第二部分 课后习题
第6章 线性系统的校正方法
6-1 设 单位反馈 火炮
统，其开环 函 为
若要求 统最 2°，试求：
出速度为12°/s， 出位置
许 差小
（1） 满 上 幅 裕度；
标 最小K ，计 该K 下 统
角裕度
（2） 前
前校正网络
计 校正后 统 能影。
角裕度 幅 裕度，
解：（1） 题可
则 统 特征表 式为
统特征 为：
令
，则
则
可得：
所以 统 状态 应为
（2）求 统 出范 最小 刻t
自动控制原理胡寿松第六版
系统结构图：由四个基本单元组成。
(t)
(s)
信号线：带有箭头的线段，箭头方向表示
信号的流向，线段旁边标注信号相应的变
量名。
引出点（或测量点）：信号线中的一个点，表示一个
信号在这地方分成若干路，流向不同的地方，每一路
(s)
的信号完全相同。通常这种情况出现在信号测量处，
所以也称为测量点。
各环节的信号传递关系如下：
比较电路：U1(s) Ui (s) U校 (s) 其中：Ui 衰减器输出，U校 校正电路输出。
双T滤波电路：属无源网络。
UT (s) U1 ( s)
T02 s 2
1 3T0
s
1
其中：UT 滤波器输出。
调制器与交流放大： U~ (s) K~ UT (s) T合点，经过加 （减）运算，形成一个新的信号。流入信号增加使流 ui (t)
e(t )
出信号增加，在线段旁注“+”；流入信号增加使流出 信号减小，在线段旁注“—” 。通常将“+”符号省略。
u f (t)
方框（或环节）：方框表示系统中的环节（可 以是一个元、部件，子系统，但不是必须）。 方框中填入该环节的传递函数。一个方框的输 入输出与传递函数间满足C(s) G(s)U (s) 。
内回路反馈电压： Ut (s) Kt sm (s)
其中K：t 测速电机转换系数， 分压系数。
齿轮系：s (s) m (s) / i ；绳轮：L(s) r(s)
测量电路：U p (s) K1L(s) 微分校正电路：参见例2-13。
U校 (s) s 1
U p (s) Ts 1
u (t )
c(t)
控制原理考研胡寿松《自动控制原理》配套考研真题库
控制原理考研胡寿松《自动控制原理》配套考研真题库一、第一部分真题一、填空题相平面的概念：______。
[燕山大学研]【答案】设一个二阶系统可以用下面的常微分方程来描述。
其中是x和的线性或非线性函数。
在一组非全零初始条件下，系统的运动可以用解析解x（t）和描述。
如果取x和构成坐标平面，则系统的每一个状态均对应于该平面上的一点，这个平面称相平面。
二、问答题1对控制系统进行校正时，在什么情况下，不宜采用串联超前校正？为什么？[华中科技大学研]答：在系统的快速性满足要求而稳定性不满足要求或快速性已经达到要求而希望系统的动态响应超调量不太大时不宜采用超前校正，因为超前校正会改善系统的快速性，同时会使系统的稳态性能变差，有高频噪声信号时亦不宜使用。
2对于超前、滞后、滞后-超前三类校正装置：（1）分别阐述其控制功能；（2）对于PI控制、PID控制、PD控制，分别属于上述二三类校正装置的哪一类？为什么？[武汉大学研]答：（1）超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。
通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性，但会使得系统对高频噪声的抑制能力减小，抗干扰能力下降。
滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。
它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。
缺点是会使系统响应速度变慢。
滞后超前校正装置综合了超前校正装置和滞后校正装置的特点，当系统的动态性能和稳态性能都达不到要求时，可以考虑使用滞后超前校正装置；（2）PI属于滞后校正装置，因为它具有相位滞后作用；PD属于超前校正装置，因为它可以提高超前相角；PID属于滞后超前校正装置，因为其在低频段具有滞后效应，中频段具有超前效应。
自动控制原理胡寿松第六版2-2
H2(s)
R(s)
1
G 1(s)
G2 (s)
H1(s)
G3 (s)
G4 (s)
C ( s)
H ( s ) / G ( s ) 3 2
R(s)
2
G 1(s)
G s ) G ( s ) 2( 3 1 G s ) G ( s )H s ) 2( 3 2(
H ( s ) / G ( s ) 3 2
H1(s)
r (t )
G 1(s)
u (t )
G2 (s)
c (t )
r (t )
G ( s ) G ( s ) 1 2
c (t )
2）并联环节的简化：多个环节并联的作用等于这些环节的传递函 数和的作用。
r (t )
G 1(s)
c (t )
r (t )
G ( s ) G ( s ) 1 2
c (t )
G2 (s)
• 系统结构图的组成和绘制
系统结构图是以结构框图的形式，描述系统的组成、结构、信号传 递关系的图形。它完全表述了一个系统。也称为方框图。 系统结构图：由四个基本单元组成。 (t ) (s) 信号线：带有箭头的线段，箭头方向表示 信号的流向，线段旁边标注信号相应的变 量名。 引出点（或测量点）：信号线中的一个点，表示一个 (s) 信号在这地方分成若干路，流向不同的地方，每一路 的信号完全相同。通常这种情况出现在信号测量处， 所以也称为测量点。 比较点（或综合点）：若干信号的汇合点，经过加 ui (t ) e ( t ) （减）运算，形成一个新的信号。流入信号增加使流 出信号增加，在线段旁注“+”；流入信号增加使流出 u f (t ) 信号减小，在线段旁注“—” 。通常将“+”符号省略。
自动控制原理胡寿松第六版3-1
n
n
1 2 n
e ntd 2 延迟时间：h(td ) 1 sin( 1 ntd ) 0.5 2 1
2 sin( 1 2 ntd ) 可表示为： ntd ln 2 1 2 通过曲线拟合，可近似表示为： ntd 1 0.6 0.2 1
稳定系统：动态过程是衰减的系统。 不稳定系统：动态过程是发散的系统。 临界稳定系统：动态过程是等幅振荡的系统。
• 动态性能与稳态性能
动态性能：动态性能一般用系统的阶跃输入响应来定义。主要对 系统的快速性和“稳定性”方面进行描述。 延迟时间：t d h(t p ) 上升到稳态值的一半 误差带±Δ 所需时间。 h() 0.9h() 上升时间：tr ts 从0.1上升到0.9倍稳态 tp 0 . 5 h ( ) 值所需时间。 td tp 峰值时间： 0.1h() 上升到第一个峰值所需 tr 时间。 ts 调节时间： 超调量： % 响应曲线完全进入给定误差 带的时间。一般误差带 为 5%h() 或 2%h() 。
§3-2 一阶系统的时域分析
1.一阶系统的数学模型 2.一阶系统的单位阶跃响应
3.一阶系统的单位脉冲响应
4.一阶系统的单位单位斜坡响应 5.一阶系统的单位加速度响应
• 一阶系统的数学模型
一阶系统的数学模型可表示为 ( s )
K K Ts 1 s
其中：T是时间常数，K是系统增益，ω是截止频率。 由于是线性系统，K不会影响系统响应的形状，不影响分析过程和 结论，下面都取K=1。 一阶系统可用来描述很多实际系统，如电枢控制的电机，单容水 槽，图3-2的RC网络。 一阶系统描述了速度控制这一类的系统。而实际系统（如质量 块），由于具有惯性，其调节过程主要是克服惯性，改变速度， 因而也将一阶系统称为惯性环节。
胡寿松《自动控制原理》(第六版)配套题库【课后习题】(上册)【圣才出品】
第二部分课后习题第1章自动控制的一般概念1-1图1-1是液体自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-1液体自动控制系统原理图解：当12Q Q 时，液面高度的变化。
例如，c 增加时，浮子升高，使电位器电刷下移，产生控制电压，驱动电动机减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。
反之，当c 减小时，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c 。
方块图如图1-2所示。
图1-2液体自动控制系统方块图1-2图1-3是仓库大门自动控制系统原理图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图。
图1-3仓库大门自动控制系统原理图解：当合上开门开关时，产生偏差电压信号，信号被放大后，驱动伺服电动机转动，使大门向上提起。
同时，电位器电刷上移，测量电路重新达到平衡，电动机停止转动。
反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘转动使大门关闭。
方块图如图1-4所示。
图1-4仓库大门自动控制系统方块图1-3图1-5（a）和（b）均为自动调压系统。
设空载时，图（a）和图（b）的发电机端电压均为110V。
试问带上负载后，图（a）和图（b）中哪个系统能保持110V电压不变?哪个系统的电压会稍低于110V?为什么?图1-5自动调压系统解：图1-5（a）所示系统能够恢复到110V，图1-5（b）所示系统的端电压将稍低于110V，原因如下：图1-5（a）所示系统，当端电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放大使伺服电机SM转动，从而偏差电压减小至零，伺服电机停止转动，因此，图1-5（a）所示系统能够恢复到110V。
图1-5（b）所示系统，当偏差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能工作，因此，图1-5（b）所示系统的端电压将稍低于110V。
1-4图1-6为水温控制系统原理示意图。
冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。
冷水流量变化用流量计测量。
胡寿松《自动控制原理》(第6版)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】(上册)
则超调量为：
峰值时间为：
调节时间为： （3）系统为0型系统，在输入信号作用下稳态误差为：
第4章 线性系统的根轨迹法
1．设负反馈控制系统中
（1）绘制系统根轨迹草图，标明根轨迹起始点、终止点、实轴区 段、渐近线、分离（会合）点、根轨迹大致趋势；并判断系统的稳定 性；
（2）如果改变反馈通路传递函数使
，绘制系统根轨迹草
（2）当 时，求系统中 的值和单位斜坡输入时的稳态误差；
（3）若要使 ，单位斜坡函数输入下的稳态误差
，试确
定系统中 的值，此时放大系数K应为多少？[中国科学院研究生院2012
研]
图3-4
答：（1）当 时，
由系统结构图可得出系统的开环传递函数为
，
单位负反馈的闭环传递函数为
，
得出系统的阻尼比
，固有频率
解：（1）由题图可知
图3-6
因为系统存在稳态，则可知可知系统在干扰输入作用下输出为零， 即
①
由终值定理可得：
②
由
，可得：
③
联立式① ② ③ 可得：
当 时，系统不稳定，故取
。
（2）由（1）可知二阶系统结构参数为：
图2-3 答：由系统的结构图可知： 单独回路有2个：即 没有互不接触的回路，于是信号流图特征式为
从源节点R到阱节点C的前向通路共有2条，其前向通路总增益以及 余子式分别为
， ， 因此由梅森公式求得系统的传递函数为
由于
因此有
3．已知某系统的结构图如图2-4所示，求传递函数 空航天大学2010]研]
。[北京航
第1章 自动控制的一般概念
本章主要是对整个课程的一个总体介绍，基本上没有学校的考研试 题涉及到本章内容，所以读者简单了解即可，不必作为复习重点，因 此，本部分也就没有选用考研真题。
自动控制原理-胡寿松-第六版第二章ppt
03
主要功能
实现航空航天器的导航、姿态控 制、推进控制等功能，确保航空
航天器的安全和稳定运行。
02
应用领域
包括飞机、导弹、卫星、火箭等 。
04
技术组成
包括导航系统、控制系统、推进 系统等。
智能家居控制系统
01
02
03
04
定义
智能家居控制系统是用于家庭 居住环境的各种智能化控制系
统的总称。
应用领域
性质
传递函数具有多项式函数的形式，且在复平面上有极点和 零点。
应用
传递函数广泛应用于控制系统分析和设计中，如稳定性分 析、频率响应分析等。
方框图
定义
方框图是一种用方框和信号线组成的图形表示控制系统的方法。
组成
方框图由信号线、输入端、输出端、环节和连接线组成。
应用
方框图直观易懂，便于对控制系统进行分析和设计。在自动控制原 理课程中，学生需要掌握方框图的绘制和解读方法。
包括智能照明、智能安防、智 能家电、智能环境等。
主要功能
实现家庭居住环境的智能化控 制，提高居住的舒适度和便利
性，降低能耗。
技术组成
包括传感器、执行器、控制器 、网络通信等。
THANKS
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分类
根据不同的分类标准，可以将自动控制系统分为多种类型，如开环控制系统和 闭环控制系统、定值控制系统和程序控制系统、线性控制系统和非线性控制系 统等。
自动控制系统的重要性
提高生产效率和产品质量
自动控制系统能够实现自动化生产， 提高生产效率，减少人为因素对产品 质量的干扰，从而提高产品质量。
节能减排
性能。
常用的串联校正装置包括：滞 后环节、超前环节、相位滞后-
《自动控制原理》考研胡寿松版2021考研真题库
《自动控制原理》考研胡寿松版2021考研真题库第一部分考研真题精选一、填空题相平面的概念：______。
[燕山大学研]【答案】设一个二阶系统可以用下面的常微分方程来描述。
其中是x和的线性或非线性函数。
在一组非全零初始条件下，系统的运动可以用解析解x（t）和描述。
如果取x和构成坐标平面，则系统的每一个状态均对应于该平面上的一点，这个平面称相平面。
二、问答题1对控制系统进行校正时，在什么情况下，不宜采用串联超前校正？为什么？[华中科技大学研]答：在系统的快速性满足要求而稳定性不满足要求或快速性已经达到要求而希望系统的动态响应超调量不太大时不宜采用超前校正，因为超前校正会改善系统的快速性，同时会使系统的稳态性能变差，有高频噪声信号时亦不宜使用。
2对于超前、滞后、滞后-超前三类校正装置：（1）分别阐述其控制功能；（2）对于PI控制、PID控制、PD控制，分别属于上述二三类校正装置的哪一类？为什么？[武汉大学研]答：（1）超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。
通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性，但会使得系统对高频噪声的抑制能力减小，抗干扰能力下降。
滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。
它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。
缺点是会使系统响应速度变慢。
滞后超前校正装置综合了超前校正装置和滞后校正装置的特点，当系统的动态性能和稳态性能都达不到要求时，可以考虑使用滞后超前校正装置；（2）PI属于滞后校正装置，因为它具有相位滞后作用；PD属于超前校正装置，因为它可以提高超前相角；PID属于滞后超前校正装置，因为其在低频段具有滞后效应，中频段具有超前效应。
自动控制原理(胡寿松)第六版第一章
现代控制理论在工业过程控制方面遭遇 滑铁卢，促使了智能控制技术的诞生
• 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 但由于工业过程控制中普遍存在的不确定 性和干扰，难以取得预期的效果。模拟人 的控制技术——智能控制，虽然不能实现 精确的控制，但对各种复杂系统能够做到 比较满意的控制。
精品课件
17
➢（线性系统、自适应控制、最优控制、鲁 棒控制、最佳估计、容错控制、系统辨识、 集散控制、大系统复杂系统）
• 麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制
理论的开端。
精品课件
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 13
经典控制理论的孕育
• 1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。 • 1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。 • 1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义
和两个稳定判据。 • 1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。 • 二战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系
经典控制理论(古典控制理论)
➢以传递函数为基础，研究单输入---单输 出定常控制系统的分析与设计问题：
➢线性控制系统分析：时域分析、稳定性与 稳态误差分析、根轨迹分析、频域分析。
➢非线性控制系统分析：相平面分析、描述 函数分析。
（连续控制系统、离散控制系统）
现代控制理论
➢以状态空间法为基础，研究多输入--多输 出时变、非线性、高精度、高效能控制系 统的分析与设计问题：
统的控制研究直接推动了经典控制的发展。
精品课件
14
经典控制理论的形成
● 1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典 控制理论，标志控制学科的诞生。
维纳成为控制论的创始人！
●维纳《控制论》是关于怎样把机械元件和电气元 件组合成稳定的并且具有特定性能的系统的科学。 这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考 虑能量、热量和效率等因素，可是，在其他各门 自然科学中，这些因素是十分重要的。
自动控制原理课件第六版第一章胡寿松
控制系统的性能指标
性能指标
描述控制系统在特定条件下表现出的性能特征的参数或标准。性能指标是控制系统设计和评价的重要 依据，常见的性能指标有超调量、调节时间、稳态误差等。
性能指标的确定
根据实际应用需求和系统要求，选择合适的性能指标，并进行相应的计算和分析。性能指标的选择和 确定需要考虑系统的动态特性和稳态特性，以及系统的抗干扰能力和鲁棒性等。
03
控制系统的数学模型
微分方程
定义
微分方程是描述控制系统动态行为的数学模型，它描述了系统输出 变量对时间的变化率与输入变量之间的关系。
建立方法
通过分析系统的工作原理和物理特性，列出系统各部分之间的物理 量关系，然后转化为微分方程。
求解方法
常用的求解微分方程的方法包括分离变量法、常数变易法、线性化 法等。
02
控制系统的基本概念
开环与闭环控制系统
开环控制系统
系统的输出只受输入信号的控制，系统没有反馈回路，即系统输出对系统没有 控制作用。开环控制系统结构简单，控制精度低，容易实现，但抗干扰能力差。
闭环控制系统
系统的输出量能够直接或间接地反馈到输入端，并构成一个闭合回路。闭环控 制系统具有较好的抗干扰能力，能够实现精确控制，但系统结构复杂，设计和 调试难度较大。
自动控制系统的工作流程
输入信号通过传感器检测 被控对象的输出，并转换 为控制器可以接收的信号。
控制信号通过执行器作用 于被控对象，调节其工作 状态。
ABCD
控制器根据输入信号和设 定值进行比较，根据控制 算法计算出控制信号。
被控对象的输出信号通过 传感器检测并反馈给控制 器，形成一个闭环控制回 路。
传递函数
定义
传递函数是描述线性时不变控 制系统动态特性的数学模型， 它描述了输出变量与输入变量
自动控制原理胡寿松第六版2-2
• 系统结构图的组成和绘制
系统结构图是以结构框图的形式，描述系统的组成、结构、信号传
递关系的图形。它完全表述了一个系统。也称为方框图。
系统结构图：由四个基本单元组成。
(t)
(s)
➢信号线：带有箭头的线段，箭头方向表示
信号的流向，线段旁边标注信号相应的变
量名。
➢引出点（或测量点）：信号线中的一个点，表示一个
各环节的信号传递关系如下：
比较电路：U1(s) Ui (s) U校 (s) 其中： U衰i 减器输出， 校U正校 电路输出。
双T滤波电路：属无源网络。
UT (s) U1 ( s)
T02 s 2
1 3T0
s
1
其中： 滤UT波器输出。
调制器与交流放大：
U~ UT
(s) (s)
K~ T2s 1
其中： 交U~流放大器输出， 放K大~ 器增益， 时T间2 常数。
便于求出其传递函数。 作用：对复杂系统，可以避免解线性方程组求传递函数。
为避免发生错误，在变换过程中应遵循的原则： ➢前向通道各环节传递函数的乘积保持不变； ➢闭合回路各环节传递函数的乘积保持不变； 1）串联环节的简化：多个环节串联的作用等于一个环节的作用。
这个环节的传递函数等于这几个串联环节的乘积。
7）引出点沿信号传递方向移过一个环节：
r (t )
c(t)
r(t) G(s) c(t)
G(s)
r (t )
G(s)
1 r(t) G(s)
8）引出点逆信号传递方向移过一个环节：
r(t) G(s) c(t)
r (t )
c(t)
G(s)
c(t)
c(t) G(s)
9）比较点沿信号传递方向移过一个引出点：
自动控制原理_胡寿松_第六版第二章
R
L
ur(t)
C
uc(t)
2021/5/27
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解：（1）确定输入量
为ur(t)，输出量为uc(t)，中 间变量为i(t)。
i(t) R
ur(t)
L C
（2）网络按线性集中参数考虑且忽略输出端负载效应。 （3）由KVL写原始方程：
di L Riuc ur
章控制系统的数学模型
主要内容:
1.数学模型的概念,建模的原则
2.传递函数 2021/5/27
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2-1 数学模型的概念
2.1.1 什么是数学模型?
所谓的数学模型，是描述系统动态特性及各变量之间关系的数学表达式。控
制系统定量分析的基础。
2.1.2 数学模型的特点
1) 相似性：不同性质的系统，具有相同的数学模型。抽象的变量和系统 2) 简化性和准确性：忽略次要因素，简化之，但不能太简单，结果合理 3) 动态模型：变量各阶导数之间关系的微分方程。性能分析 4) 静态模型：静态条件下，各变量之间的代数方程。放大倍数
令uc=q/C LC dd2u 2tcRC ddcutucur
2021/5/27
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2.2.5 电枢控制的直流电动机
if=常数
ua ia
Ra Ea
M
La
直流电动机是将电能转化为机械能的一种典型的机电转换装置。
在电枢控制的直流电动机中，由输入的电枢电压ua在电枢回路产生 电枢电流ia ，再由电枢电流ia与激磁磁通相互作用产生电磁转矩MD ， 从而使电枢旋转，拖动负载运动。
0 Tm
RaJ kekm
0
1
ke
ua
ua
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图 1-1
（1）将 A，B 与 C，D 用线连接成负反馈系统；
（2）画出系统方框图。
答：（1）A-D 连接，B-C 连接。
（2）系统方框图
给定值 放大器
电动机
转速 负载
测速电机
图 1-2
8．图 1-3 是水位控制系统的示意图，图中 Q1, Q2 分别为进水流量和出水流量。控制的 目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。
6．试判断下列微分方程所描述的系统属何种类型（线性、非线性；定常、时变）。
（1）
d 2c(t) dt 2
3 dc(t) dt
2c(t )
5 dr(t) dt
r(t) ；
（2） t
dc (t ) dt
2c(t )
dr (t ) dt
2r(t) ；
（3）
d
2c(t ) dt 2
2
dc(t) dt
2c2
2．试简述控制理论的基本任务。 答：自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器、设备或 生产过程的某个工作状态或参数自动按照预定的规律运行。控制理论主要是研究自动控制系 统的分析和设计问题，包括经典控制理论和现代控制理论。
3．试述正反馈控制的优缺点。 答：（1）优点：可以提高放大环节的放大系数； （2）缺点：容易使系统不稳定。
【答案】微分方程中没有交叉项，没有高于一次的项，满足线性系统要求，为线性系统。
4．自动控制系统按给定信号的类型可分为 系统和 系统。 【答案】连续；离散。 【解析】针对系统输入和输出信号的类别，系统可分为连续和离散系统。
5．自动控制系统性能好坏的 3 个方面为： 。 【答案】稳定性，快速性，准确性。 【解析】即对控制系统稳、准、快的要求。
二、填空题 1．自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无
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反向联系时，称为 ；当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时， 称为 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。
1．开环控制系统的特点是（ ）。 A．结构简单 B．系统成本低 C．精度高 D．消除偏差能力强 E．工作稳定性好 【答案】AB 【解析】开环控制系统没有自动修正偏差的能力，抗扰动性能差，稳定性不好。正因为 这些不足，有些情况下需要采用闭环控制系统。
2．系统的输出量参与控制作用的是（ ）。 A．开环系统 B．闭环系统 C．反馈系统 D．随机系统 E．单位负反馈系统 【答案】BCE 【解析】B、C、E 项均引入输出量参与控制。
三、分析计算题 1．自动控制系统为什么要采用闭环形式？
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答：对于一个控制系统，可能存在各种内、外扰动影响系统的输出，使被控量偏离期望 值而出现偏差。闭环控制方式是按偏差进行控制的，其特点：是无论什么原因，当使被控量 偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控 量与期望值趋于一致。按闭环控制方式组成的反馈控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被 控量产生影响的能力，有较高的控制精度。
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第 1 章 自动控制的一般概念
一、选择题 1．输出量不影响控制作用的系统，称为（ ）。 A．开环系统 B．闭环系统 C．离散系统 D．采样系统 【答案】A 【解析】开环控制方式的特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。
4．试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
答：
表 1-1
控制系统
优点
缺点
开环控制
简单、造价低、调节速度快
调节精度差、无抗多因素干扰能力
闭环控制 抗多因素干扰能力强、调节精度高
结构较复杂、、题库视频学习平台
5．试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。 答：（1）开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。 工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验， 设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净 度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。 （2）闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位 （反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供 水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比 例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门， 下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再 次处于平衡状态。
(t)
r(t)
；
（4） 5 dc(t) c(t) 3 dr(t) 2r(t) 3 r(t)dt 。
dt
dt
答：（1）线性定常系统；（2）线性时变系统；（3）非线性定常系统；（4）线性定常系
统。
7．根据图 1-1 所示的电动机速度控制系统工作原理图：
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2．下面系统中属于线性系统的是（ ）。 系统 1： y=3μ+2 ；系统 2： y=μsint
A．1 和 2 B．1 C．2 D．都不是 【答案】D 【解析】系统（1）（2）均不满足线性系统叠加原理，都不是线性系统。
二、多项选择题
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【答案】开环控制系统；闭环控制系统；闭环控制系统
2．对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。 【答案】稳定性（或：稳，平稳性）；准确性（或：稳态精度，精度）
3．系统的微分方程是 c t
3r t
6
dr t
dt
t
5r
d
，其中
ct 为输出量，
rt 为
输入量，该系统是 。