控制工程基础课程内容总结

控制工程基础课程内容总结

一．控制、控制系统的一般概念

1.反馈（闭环）控制原理

概念：基于负反馈基础上的检测偏差用以纠正偏差的控制原理(P4) 控制系统的工作原理：(P4)

a.通过测量元件检测输出信号的实际值

b.将实际值与输入信号进行比较得出偏差信号。

c.利用偏差信号产生的控制调节作用去消除偏差。

控制系统的基本组成和术语

控制目标、控制系统、控制结果三部分组成；（P2）

信号、反馈、控制是控制工程的三个要素。（P5）

反馈是把取出输出信号送回到输入端，并与出入信号进行比较产生偏差信号的过程。（P4）

负反馈：反馈的信号是与输入信号相减，时产生的偏差越来越小。

正反馈：反之即得

控制过程的物理本质：任何控制系统的控制过程都是一种信息处理使能量（或物质、或信息）按预定的规律转移、传递的过程。（P6）

2．基本控制策略：开环控制、闭环控制、复合控制（P6—P7）

如果系统只是根据输入信号和干扰信号进行控制，而输入端和输出端之间不存在反馈回路，输出信号在整个控制过程中对系统的控制不产生任何影响，这样的控制方式称为开环控制。（数控机床的进给运动）

如果系统的输入端和输出端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生直接影响，这种系统称为闭环控制系统。

同时采用闭环控制和开环控制的控制方式称为复合控制。

3．线性系统的重要性质：叠加原理（P10）

控制系统的基本要求：稳定，快速，精确，健壮。（P11）

4.瞬态响应和稳态响应；零输入响应、零状态响应（P70）

二．系统数学模型及其建模

何谓数学建模?（P15）何谓负载效应？（P21）何谓线性化？（P19）如何线性化？（P19—P20）

（一）.传递函数

1.传递函数的概念（P35）与性质（P36）零点、极点、特征多项式和特征方程（P36）

2.典型环节的传递函数（P38—P46）

3.控制系统的传递函数

开环传递函数（P56），开环增益（P57），系统型号(P96)

主令输入、扰动输入下的闭环传递函数（P57）

主令输入、扰动输入下的偏差、误差传递函数（P57—P58）

4.函数方块图的绘制、等效变换和简化运算（P46—P55）

三．系统的结构特性和性能分析

（一）.线性系统的稳定性分析

1.稳定性概念和定义（P75）

2．系统稳定的必要充分条件（P76）

3.时域判据（劳斯）和频域判据（乃氏、对数）及其应用（P76—P81）（二）.系统稳态误差分析

1.偏差与误差的关系（P94）：稳态误差的概念与定义（P94）

2.稳态误差与系统结构、出入信号性质的关系（P95）

3.稳态误差的计算方法、稳态误差系数概念（P95）

4.扰动作用下的稳态误差（P100）

5.减小稳态误差的措施（P102）

(三）. 频率特性

1.频率特性的概念（P110）、求取方法（P112）、物理意义（P111）和图解方法（P112—P117重点）

2.正弦输入下系统稳态响应（频率响应）的求取（P110）

3.幅频特性、相频特性的物理意义（P109）

4.典型环节、开环频率特性的图解方法（P117—P129）

（四）.系统动态性能分析

1.无阻尼自然振动频率、阻尼比与动态性能的关系（P84—P88）

2.时域性能指标与性能评价（P88—P89）

3.开环频域性能指标（P154）、闭环频域性能指标（P151）与性能评价

4.时域指标与频域指标的关系（P150）

在系统分析中，要紧紧抓住系统结构及其参数与极点之间，极点与系统性能之间的关系！

四．系统综合与校正

1.系统校正的物理实质

实质是改变系统闭环极点的数量或极点位置的配置

2.开环增益校正、局部反馈校正对系统性能的影响

开环增益校正：提高增益改善了系统的稳态性能和快速性

局部反馈校正：用反馈校正装置包围未校正系统中对系统动态特性有不利影响的环节，形成一个局部反馈系统，消弱了元件特性的不稳定性对整个系统的影响。

3.前馈校正对系统性能的影响

前馈校正：消除稳态误差，又能保证系统的动态性能

4.PID校正中比例、积分、微分环节的主要作用

比例环节：即时成比例的反应偏差信号e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。

积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度，（简言之，改善系统稳

态性能）

微分环节：能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的响应速度，减少调整时间。（简言之，改善系统的稳定性和快速性，即系统的动态性能）

5.串联相位超前、串联相位滞后校正的特点

超前校正主要是利用其相位超前的特性来改善系统的动态特性。

滞后校正主要是利用其高频幅值的衰减特性来改善系统的稳态特性。