自动控制原理概念 整理

1.在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换
值比，定义为线性定常系统的传递函数。

传递函数表达了系统内在特性，只与系统的结构、参数有关，而与输入量或输入函数的形式无关。

2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成，常用的典型环节有比例环节、惯性环
节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等。

3.构成方框图的基本符号有四种，即信号线、比较点、方框和引出点。

4.环节串联后总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积。

环节并联后总的传递函
数是所有并联环节传递函数的代数和。

5.在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点和输出节点之间。

6.上升时间tr、峰值时间tp和调整时间ts反应系统的快速性；而最大超调量Mp
和振荡次数则反应系统的平稳性。

7.稳定性是控制系统的重要性能，使系统正常工作的首要条件。

控制理论用于判别
一个线性定常系统是否稳定提供了多种稳定判据有：代数判据（Routh与Hurwitz 判据）和Nyquist稳定判据。

8.系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零，或系统的特征根均在跟
平面的左半平面。

9.稳态误差与系统输入信号r(t)的形式有关，与系统的结构及参数有关。

10.系统只有在稳定的条件下计算稳态误差才有意义，所以应先判别系统的稳定性。

11. Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力，Kp越大，稳态误差越小; Kv的大小反映了系统跟踪斜坡输入信号的能力，Kv越大，系统稳态误差越小； Ka的大小反映了系统跟踪加速度输入信号的能力，Ka越大，系统跟踪精度越高
12.扰动信号作用下产生的稳态误差essn除了与扰动信号的形式有关外，还与扰动
作用点之前（扰动点与误差点之间）的传递函数的结构及参数有关，但与扰动作用点之后的传递函数无关。

13.超调量仅与阻尼比ξ有关，ξ越大，Mp则越小，相应的平稳性越好。

反之，阻
尼比ξ越小，振荡越强，平稳性越差。

当ξ=0，系统为具有频率为Wn的等幅震荡。

14.过阻尼ξ状态下，系统相应迟缓，过渡过程时间长，系统快速性差；ξ过小，相
应的起始速度较快，但因震荡强烈，衰减缓慢，所以调整时间 ts亦长，快速性差。

15.当ξ=0.707时，系统的超调量Mp<5%，，调整时间ts也最短，即平稳性和快速性
均最佳，故称ξ=0.707位最佳阻尼比。

16.当阻尼比ξ为常数时，Wn越大，调节时间ts就越短，快速性越好。

系统的超调
量Mp和振荡次数N仅仅有阻尼比ξ决定，他们反映了系统的平稳性。

17.系统引入速度反馈控制后，其无阻尼自然振荡频率Wn不变，而阻尼比ξ加大，
系统阶跃响应的超调量减小。

18.系统中增加一个闭环左实极点，系统的过渡过程将变慢，超调量将减小，系统的
反应变得较为滞呆。

19.根轨迹的规律是相角条件和幅值条件。

20.K的变动只影响幅值条件不影响相角条件，也就是说，跟轨迹上的所有点满足同
一个相角条件，K变动相角条件是不变的。

21.跟轨迹图揭示了稳定性、阻尼系数、振型等动态性能与系统参数的关系，用跟轨
迹图设计控制系统的关键是配置合适的闭环主导极点。

22.系统的开环对数幅频特性L(w)等于各个串联环节对数幅频特性之和，系统的开
环相频特性Ф（w）等于各个环节相频特性之和。

23.在s右半平面上既无极点有无零点的传递函数，称为最小相位传递函数。

具有最
小相位传递函数的系统，称为最小相位系统
24.最小相位系统的L（w）曲线的斜率增大或减小时，对应相频特性的相角也增大
或减小，二者变化趋势是一致的。

对最小相位系统，幅频特性和相频特性之间存在着唯一的对应关系。

25.对于最小相位系统，当|G(jw)H(jw)|<1或20lg|G(jw)H(jw)|<0时，闭环系统稳
定。

当γ〉0时闭环系统稳定。

26.时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能指标；频域性能指标，包括开环频
域指标和闭环频域指标。

27.校正方式可以分为串联校正、反馈（并联）校正、前置校正和扰动补偿等。

串联
校正和并联校正是最常见的两种校正方式。

28.根据校正装置的特性，校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后-超
前校正装置。

29.校正装置中最常用的是PID控制规律。

PID控制是比例积分微分控制的简称，可
描述为
Gc(s)=Kp+KI/s+KDs
30.PD控制器是一高通滤波器，属超前校正装置；PI控制器是一低通滤波器，属滞
后校正装置；而PID控制器是由其参数决定的带通滤波器。

31.非线性系统分析的基础知识，主要包括相平面法和描述函数法。

32.只有在Ws≥2Wmax的条件下，采样后的离散信号才有可能无失真的恢复原来的连
续信号。

这里2Wmax为连续信号的有限频率。

这就是香农采样定理。

由于它给出了无失真的恢复原有连续信号的条件，所以成为设计采样系统的一条重要依据。

33.在z域中采样系统稳定的充要条件是：当且仅当采样特征方程的全部特征跟均分
布在z平面上的单位园内，后者所有特征跟的模均小于1，相应的线性定常系统是稳定的。

1、控制系统的基本控制方式有哪些？
2、什么是开环控制系统？
3、什么是自动控制？
4、控制系统的基本任务是什么？
5、什么是反馈控制原理？
6、什么是线性定常控制系统？
7、什么是线性时变控制系统？
8、什么是离散控制系统？
9、什么是闭环控制系统？
10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？
11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？
12、典型控制环节有哪几个？
13、典型控制信号有哪几种？
14、控制系统的动态性能指标通常是指？
15、对控制系统的基本要求是哪几项？
16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成?
17、什么是控制系统时间响应的动态过程？
18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？
19、控制系统的动态性能指标有哪几个？
20、控制系统的稳态性能指标是什么？
21、什么是控制系统的数学模型？
22、控制系统的数学模型有：
23、什么是控制系统的传递函数？
24、建立数学模型的方法有?
25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有?
26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么?
27、控制系统的分析法有哪些？
28、系统信号流图是由哪二个元素构成？
29、系统结构图是由哪四个元素组成？
30、系统结构图基本连接方式有几种？
31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？
32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？
33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？
34、二阶系统的阻尼比1
<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？
0<
35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？
36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？
37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？38、二阶系统开环增益K增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？
39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。

40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。

一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡信号（有稳态误差）
41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。

应是极点
42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？
43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？
44、恒值控制系统
45、谐振频率
46、随动控制系统
47、稳态速度误差系数K
V
48、谐振峰值
49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。

50、什么是控制系统的根轨迹？
51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？
52、根轨迹图是开环系统的极点在s平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s平面上运动轨迹？
53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？
54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？
55、试述采样定理。

56、采样器的功能是？
57、保持器的功能是？
二、填空题：
1、经典控制理论中，控制系统的分析法有：、、。

2、控制系统的动态性能指标有哪几个？、、、、。

3、改善二阶系统的性能常用和二种控制方法。

4、二阶系统中阻尼系数ξ＝0，则系统的特征根是；系统的单位阶跃响应为。

5、根据描述控制系统的变量不同，控制系统的数学模型有：、、。

6、对控制系统的被控量变化全过程提出的共同基本要求归纳为：、、。

7、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的。

8、设系统有二个闭环极点，实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，哪一个极点对系统动态过程的影响大？
9、反馈控制系统的基本组成元件有元件、元件、元件、元件、元件。

10、经典控制理论中，针对建立数学模型时所取的变量不同而将系统的数学模型分为：
模型、 模型、 模型。

11、控制系统的分析法有： 、 、 。

12、 、 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。

13、二阶振荡环节的标准传递函数是 。

14、一阶系统1
Ts 1 的单位阶跃响应为 。

15、二阶系统的阻尼比ξ在______范围时，响应曲线为非周期过程。

16、在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =______。

17、单位斜坡函数t 的拉氏变换为______。

18、在单位斜坡输入信号作用下，I 型系统的稳态误差e ss =__________。

19、当且仅当闭环控制系统传递函数的全部极点都具有__________时，系统是稳定的。

20、线性定常系统的传递函数，是在________条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。

21、控制系统的校正方式有： ； ； ； 。

22、反馈控制系统是根据给定值和__________的偏差进行调节的控制系统。

23、在某系统特征方程的劳斯表中，若第一列元素有负数，那么此系统______。

24、根据根轨迹绘制法则，根轨迹的起点起始于 ，根轨迹的终点终止
于。

25、若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间，则这两个极点之间必定存在点。

26、线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为_____。

27、设系统的频率特性为)
ω
+
Gω
ω，则)
(
Rω称为。

=
)
(jI
j(
j(
R
)
28、在小迟延及低频情况下，迟延环节的频率特性近似于的频率特性。

29、Ⅰ型系统极坐标图的奈氏曲线的起点是在相角为______的无限远处。

30、根据幅相曲线与对数幅频、相频曲线的对应关系，幅相曲线单位园上一点对应对数幅频特性的线，幅相曲线单位圆外对应对数幅频特性的范围。

31、用频率校正法校正系统，在不影响系统稳定性的前提下，为了保证稳态误差要求，低频段要充分大，为保证系统的动态性能，中频段的斜率为，为削弱噪声影响，高频段增益要。

32、利用滞后网络进行串联校正的基本原理是：利用校正网络对高频信号幅值的特性，使已校正系统的下降，从而使系统获得足够的。

33、超前校正是将超前网络的交接频率1/aT和1/T选择在待校正系统的两边，可以使校正后系统的和满足性能指标要求。

34、根据对数频率稳定判据判断系统的的稳定性，当幅频特性穿越0db线时，对应的相
角裕度γ＜0，这时系统是；当相频特性穿越－180。

线时，对应的幅频特性h＜0，这时系统是。

35、在频域设计中，一般地说，开环频率特性的低频段表征了闭环系统的；开环频率特性的中频段表征了闭环系统的；开环频率特性的高频段表征了闭环系统的；
36、滞后校正装置最大滞后角的频率
= 。

m。

37、0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为______dB/dec，高度为20lgK
p
38、串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和__________。

39、积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__________dB／dec。

40、在离散控制系统中有二个特殊的环节，它们是和。

自动控制原理填空题复习（一）
1.对于一个自动控制的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性、
准确性。

2.反馈控制系统的工作原理是按偏差进行控制，控制作用使偏差消除或
减小，保证系统的输出量按给定输入的要求变化。

3.系统的传递函数只与系统本身有关，而与系统的输入无关。

4.自动控制系统按控制方式分，基本控制方式有：开环控制系统、闭环控制
系统 、混合控制系统 三种。

5. 传递函数G(S)的拉氏反变换是系统的单位 阶跃 响应。

6. 线性连续系统的数学模型有 电机转速自动控制系统。

7. ★系统开环频率特性的低频段，主要是由 惯性 环节和 一阶微分 环节
来确定。

8. 稳定系统的开环幅相频率特性靠近（-1，j0）点的程度表征了系统的相对稳
定性，它距离（-1，j0）点越 远 ，闭环系统相对稳定性就越高。

9. 频域的相对稳定性常用 相角裕度 和 幅值裕度 表示，工程上常用这里
两个量来估算系统的时域性能指标。

10. 某单位反馈系统的开环传递函数2()(5)
G S s s =+，则其开环频率特性是 2-2.0tan -)(1πωωϕ-= ，开环幅频特性是424252
)(A ωωω+=，开环对数频率
特性曲线的转折频率为 。

11. 单位负反馈系统开环传递函数为2()(5)G S s s =
+，在输入信号r(t)=sint 作用下，，系统的稳态输出c ss (t)= , 系统的稳态误差
e ss (t)= .
12. 开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。

开环系统的低频段表征闭
环系统的 稳定性 ；开环系统的中频段表征闭环系统的 动态性能
；开环系统的高频段表征闭环系统的 抗干扰能力 。

自动控制原理填空题复习（二）
1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 输入量 与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式：即按 参考输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。

5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+，
则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s
+++。

6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点或无穷远 。

7、设某最小相位系统的相频特性为
101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 1)
s(Ts s)1(++τP K 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 0()()()t
p
p i K m t K e t e t dt T =+⎰ ， 其相应的传递函数为 ）（s
T s i 11K )(G p c +
= ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳定 性能。

自动控制原理填空题复习（三）
1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 水温 。

2、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反向联系时，称为 开环控制系统 ；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 闭环控制系统 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统 。

3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定 。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用 劳斯判据 ；在频域分析中采用 奈奎斯特判据 。

4、传递函数是指在 0 初始条件下、线性定常控制系统的 输入拉氏变换 与 输出拉氏变换 之比。

5、设系统的开环传递函数为
2(1)(1)K s s Ts τ++， ，相频特性为 arctan 180arctan T τωω--o 。

6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的
快速性 。

自动控制原理填空题复习（四）
1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。

2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。

一阶系统传函标准形式是1()1
G s Ts =
+，二阶系统传函标准形式是222()2n n n G s s s ωζωω=++。

3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据 、根轨迹法或 奈奎斯特判据 等方法判断线性控制系统稳定性。

4、控制系统的数学模型，取决于系统 结构 和 参数 , 与外作用及初始条件无关。

5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 20lgA （） ，横坐标为lg （）。

6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 右半S 平面的开环极点个数 ，Z 是指 右半S 平面的闭环极点个数 ，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数 。

7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。

%σ是 超调 。

8、PI 控制规律的时域表达式是 0()()()t
p
p i K m t K e t e t dt T =+
⎰ 。

P I D 控制规律的传递函数表达式是 ）（s T s i 11K )(G p c += 。

9、设系统的开环传递函数为
12(1)(1)K s T s T s ++，则其开环幅频特性为
()A ω=，相频特性为 01112()90()()tg T tg T ϕωωω--=--- 。

自动控制原理填空题复习（五）
1、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、 准确性 和 快速性，其中最基本的要求是 稳定性 。

2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的开环传递函数为 G （s ） 。

3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。

4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用 劳斯判据 、 根轨迹 、 奈奎斯特判据 等方法。

5、设系统的开环传递函数为
12(1)(1)K s T s T s ++，则其开环幅频特性为
()A ω=，
相频特性为 01112()90()()tg T tg T ϕωωω--=---。

6、PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是
0()()()()t p
p p i K de t m t K e t e t dt K T dt
τ=++⎰，
其相应的传递函数为 1()(1)C p i G s K s T s
τ=++。

7、最小相位系统是指 S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点 。

自动控制原理填空题复习（六）
1. 某典型环节的传递函数是21
)(+=
s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。

2. 延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使 相频特性 发生变化。

3. 若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和 幅值裕量 来做出判断。

4. 一般讲系统的加速度误差指输入是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。

5. 输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 小 。

6. 系统主反馈回路中最常见的校正形式是 串联校正 和反馈校正。

7. .已知超前校正装置的传递函数为
132.01
2)(++=
s s s G c ，其最大超前角所对应的频率=m ω 1.25 。

8. 若系统的传递函数在右半S 平面上没有 开环零点和开环极点 ，则该系统称作最小相位系统。

9、对控制系统性能的基本要求有三个方面： 稳定性 、 快速性 、
准确性 。

10、传递函数的定义：在 0初始 条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与系统输入量的拉氏变换变换之比。

11、控制系统稳定的充分必要条件是： 系统的全部闭环极点都在复平面的左半平面上 。

12、增加系统开环传递函数中的 积分 环节的个数，即提高系统的型别，可改善其稳态精度。

13、频率特性法主要是通过系统的 开环频率特性 来分析闭环系统性能的，可避免繁杂的求解运算，计算量较小。

自动控制原理填空题复习（七）
1.
2. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为 圆。

3. 若系统的开环传递函数为2)(5 10
+s s ，则它的开环增益为 5 。

4. 在信号流图中，只有 方框图单元 不用节点表示。

5. 二阶系统的传递函数()1241
2++=
s s s G ，其阻尼比ζ是 0.5 。

6. 若二阶系统的调整时间长，则说明 系统处于过阻尼状态 。

7. 比例环节的频率特性相位移()=ωϕ 0 。

8. 已知系统为最小相位系统，则一阶惯性环节的幅频变化范围为 0~1 。

9. 为了保证系统稳定，则闭环极点都必须在 复平面的左半平面 上。

自动控制原理填空题复习（八）
1、一阶惯性系统21
)(+=s s G 的转角频率指=ω 2
2、设单位负反馈控制系统的开环传递函数)()(a s s K
s G +=，其中K >0，a >0，则
闭环控制系统的稳定性与 C 有关。

A.K 值的大小有关
B.a 值的大小有关
C.a 和K 值的大小无关
D.a 和K 值的大小有关
3、已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为 0
4、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 充要 条件
5、系统稳态误差与系统的结构和参数 有 （有/无）关
6、当输入为单位加速度且系统为单位反馈时，对于I 型系统其稳态误差为
∞ 。

7、若已知某串联校正装置的传递函数为s s G c 2)(=，则它是一种 微分 调节器
8、在系统校正时，为降低其稳态误差优先选用 超前 校正。

9、根轨迹上的点应满足的幅角条件为()()=∠s H s G ）（1k 2180o +± k=0，1，
2 。

。

10、主导极点的特点是距离 虚 轴很近。

自动控制原理填空题复习（九）
1．在控制系统中,若通过某种装置将反映输出量的信号引回来去影响控制信号，这种作用称为 反馈 。

2．一般情况，降低系统开环增益，系统的快速性和稳态精度将__提高______。

3．.串联环节的对数频率特性为各串联环节对数频率特性的_乘积_。

4．频率特性由_幅频特性__和___相频特性__组成。