自动控制原理总复习资料完美
自动控制原理总复习
其中
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六 系统函数方块图及其简化
• 方块图变换法则： • （1）各前向通路传递函数的乘积不变； • （2）各回路传递函数的乘积不变。
14
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方块图简化的一般方法:
向前或向后移动相加点或引出点，但是
相加点的移动不要越过引出点，引出点
的移动不要越过相加点，可重复移动，
目的是使各个回路没有交叉点。
由两张图组成: 对数幅频特性和相频特性
L( ) 20lg A( ) 与的关系称为对数幅频特性
()与的关系称为相频特性
作图方法： 先比例积分，然后按照转折频率由小到大的顺 序。（先化为典型环节串联形式——常数为1， 找到开环增益，转折频率为时间常数的倒数） 分型数画图。
33
详细总结一般 型系统伯德图的作图方法如下： m m K j i 1[ k 2 ( j )2 2 k k ( j ) 1] i 1 k 1 G j n n j jTl 1[Tr 2 ( j )2 2 rTr ( j ) 1]
几个中间点； (4)大致勾勒出曲线即可。
35
开环对数幅频特性曲线与动态性能、稳态性能的关系
低频段:L(ω) 曲线在第一个转折频率之前的区段. 低频段反映了系统的稳态性能
xo (t ) X 0 A(1 ) sin[ 1t 0 (1 )]
28
极坐标图
极坐标图:频率特性函数 G j 是输入频率
的复变函数，是一种变换，当 从 0 逐渐
增长至 时，G j 作为一个矢量， 其端点在复平面相应的轨迹。
也叫幅相曲线
又称 Nyquist 图，简称为乃氏图。
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3、典型环节的传递函数
《自动控制原理》复习参考资料
《自动控制原理》复习参考资料一、基本知识11、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、闭环控制系统又称为反馈控制系统。
3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。
4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。
5、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。
6、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。
7、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G1(s)+G2(s)，以串联方式连接，其等效传递函数为G1(s)*G2(s)。
8、系统前向通道传递函数为G（s），其正反馈的传递函数为H（s），则其闭环传递函数为G（s）/(1- G（s）H（s）)。
9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G（s），则闭环传递函数为G（s）/(1+ G（s）)。
10、典型二阶系统中，ξ=0.707时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为4.3%。
11、应用劳斯判据判断系统稳定性，劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳定。
12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面，。
13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。
14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。
15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。
16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。
17、对于典型二阶系统，惯性时间常数T 愈大则系统的快速性愈差。
18、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标t s 越小，即快速性越好 19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。
20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、 补偿校正与复合校正四种。
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(1) 开环极点：p1=0，p2= -1，p3= -2 无开环有限零点。
K* G( s) H ( s) s( s 1)( s 2)
(2) n = 3 ，根轨迹有3条分支； (3) K = 0时 ，根轨迹起始于p1 ， p2 ， p3 K 时，皆趋于无穷远处； (4) 实轴上的根轨迹区段： (-1, 0)，(-, -2)
分支点和相加点的移动规则总结
分支点：前移，“乘”越过的传函； 后移，“除”越过的传函； 相加点：前移，“除”越过的传函； 后移，“乘”越过的传函。
例1
1 [ G1G2 H1 G2G3 H 2 G1G2G3 G4 H 2 G1G4 ]
1 G1G2 H1 G2G3 H 2 G1G2G3 G4 H 2 G1G4
如果劳斯表中某一行各项为零，这说明在S平面内
存在大小相等符号相反的实根和（或）共轭虚根，或
共轭复根。这样的系统也是不稳定的。
例如 ， j， j 等等。显然，系统是不 稳定的。此时，为了确定根的分布情况，可按下 列步骤处理： 利用该行上面一行的系数构造辅助方程。 求辅助方程对s的导数，将其系数代替原全 部为零的行，继续计算劳斯表。 特征方程中大小相等符号相反的根可由辅助方程 求得，且其根的数目总是偶数 。
1 er (s) 1 G( s) H ( s)
ess lim e(t ) lim sE ( s) lim t s0
sR ( s ) s 0 1 G ( s ) H ( s )
2、静态误差系数法
（1）系统的分类（系统类型） 根据开环传递函数中串联的积分个数，将系统分为
二阶系统的时域分析
可用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。典型二 阶系统的结构图如图所示，系统的闭环传递函数为
完整版)自动控制原理知识点汇总
完整版)自动控制原理知识点汇总自动控制原理总结第一章绪论在自动控制中，被控对象是要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，而被控量则是表征被控对象工作状态的物理参量或状态参量，如转速、压力、温度、电压、位移等。
控制器是由控制元件组成的调节器或控制装置，它接受指令信号，并输出控制作用信号于被控对象。
给定值或指令信号r(t)是要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。
干扰信号n(t)又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。
反馈信号b(t)是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。
偏差信号e(t)是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。
闭环控制的主要优点是控制精度高，抗干扰能力强。
但是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。
对控制系统的性能要求包括稳定性、快速性和准确性。
稳定性和快速性反映了系统的过渡过程的性能，而准确性则是衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
第二章控制系统的数学模型拉氏变换是一种将时间域函数转换为复频域函数的数学工具。
单位阶跃函数1(t)、单位斜坡函数、等加速函数、指数函数e-at、正弦函数sinωt、余弦函数cosωt和单位脉冲函数(δ函数)都有其典型的拉氏变换。
拉氏变换的基本法则包括线性法则、微分法则、积分法则、终值定理和位移定理。
传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为系统或元部件的传递函数。
动态结构图及其等效变换包括串联变换法则、并联变换法则、反馈变换法则、比较点前移“加倒数”和比较点后移“加本身”，以及引出点前移“加本身”和引出点后移“加倒数”。
梅森公式是一种求解传递函数的方法，典型环节的传递函数包括比例(放大)环节、积分环节、惯性环节、一阶微分环节、振荡环节和二阶微分环节。
第三章时域分析法时域分析法是一种分析控制系统时域特性的方法。
其中，时域响应包括零状态响应和零输入响应。
《自动控制原理》复习提纲
《自动控制原理》复习提纲自动控制原理复习提纲第一章：自动控制系统基础1.1自动控制的基本概念1.2自动控制系统的组成1.3自动控制系统的性能指标1.4自动控制系统的数学建模第二章：系统传递函数与频率响应2.1一阶惯性系统传递函数及特性2.2二阶惯性系统传递函数及特性2.3高阶惯性系统传递函数及特性2.4惯性环节与纯时延环节的传递函数2.5开环传递函数与闭环传递函数2.6频率响应曲线及其特性第三章：传递函数的绘制和分析3.1 Bode图的绘制3.2 Bode图的分析方法3.3 Nyquist图的绘制和分析3.4极坐标图的应用3.5稳定性分析方法第四章：闭环控制系统及稳定性分析4.1闭环控制系统4.2稳定性的概念和判据4.3 Nyquist稳定性判据4.4 Bode稳定性判据4.5系统的稳态误差分析第五章：比例、积分和微分控制器5.1比例控制器的原理和特性5.2积分控制器的原理和特性5.3微分控制器的原理和特性5.4比例积分(P)控制系统5.5比例积分微分(PID)控制系统第六章：根轨迹法6.1根轨迹的概念和基本性质6.2根轨迹的绘制方法6.3根轨迹法的稳定性判据6.4根轨迹设计法则6.5根轨迹法的应用案例第七章：频域设计方法7.1频域设计基本思想7.2平衡点反馈控制法7.3频域设计法的应用案例7.4系统频率响应的优化设计7.5频域方法的灵敏度设计第八章：状态空间分析和设计8.1状态空间模型的建立8.2状态空间的矩阵表示8.3状态空间系统的特性8.4状态空间系统的稳定性分析8.5状态空间设计方法和案例第九章：模糊控制系统9.1模糊控制的基本概念9.2模糊控制系统的结构9.3模糊控制器设计方法9.4模糊控制系统的应用案例第十章：遗传算法与控制系统优化10.1遗传算法的基本原理10.2遗传算法在控制系统优化中的应用10.3遗传算法设计方法和案例第十一章：神经网络及其应用11.1神经网络的基本概念和结构11.2神经网络训练算法11.3神经网络在控制系统中的应用11.4神经网络控制系统设计和优化方法第十二章：自适应控制系统12.1自适应控制的基本概念12.2自适应控制系统的结构12.3自适应控制器设计方法12.4自适应控制系统的应用案例第十三章：系统辨识与模型预测控制13.1系统辨识的基本概念13.2建模方法及其应用13.3模型预测控制的原理13.4模型预测控制系统设计和优化方法第十四章：多变量控制系统14.1多变量控制系统的基本概念14.2多变量系统建模方法14.3多变量系统稳定性分析14.4多变量系统控制器设计14.5多变量系统优化控制方法以上是《自动控制原理》的复习提纲，内容覆盖了自动控制系统的基本概念、传递函数与频率响应、传递函数的绘制和分析、闭环控制系统及稳定性分析、比例、积分和微分控制器、根轨迹法、频域设计方法、状态空间分析和设计、模糊控制系统、遗传算法与控制系统优化、神经网络及其应用、自适应控制系统、系统辨识与模型预测控制、多变量控制系统等知识点。
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《自动控制原理》复习提纲（电气工程和自动化11级）第1章基本概念1.什么是自动控制？控制器？被控对象?自动控制系统？答：自动控制：在没有人的直接参与的情况下，利用控制装置使某种设备、工作机械或生产过程的某些物理量或工作状态能自动地按照预定的规律或数值运行或变化。
控制器：通常把控制的装置称为控制器。
被控对象：被控制的设备或工作机械。
自动控制系统：控制器和被控对象的总体。
2.什么是开环、闭环、复合控制？答：开环控制：指系统输出端与输入端之间不存在反馈回路，或者说系统的输出量不对系统的控制产生任何作用的控制过程。
闭环控制：指系统输出端与输入端之间存在反馈回路，或者说系统输出量直接或间接地参与了系统的控制。
复合控制：指开环和闭环控制相结合的一种控制方式，它是在闭环控制基础上再引入一条给定输入信号或扰动作用所构成的顺馈通路。
3.闭环控制是按什么原理，按什么进行控制的？答：闭环控制实际上是根据负反馈原理，按偏差量进行控制的。
4.对控制系统的基本要求是什么？答：（1）稳定性；（2）动态特性（快速）；（3）稳态特性（准确）5.控制系统的分类。
答：一，按使用的数学模型分：（1）线性系统和非线性系统；（2）连续系统和离散系统；二，按给定输入信号特征分：（1）恒值系统；（2）随动系统；（3）程序控制系统第2章数学模型1.列写简单电路的微分方程。
例2-1，例2-4。
2.什么是系统的传递函数？有什么特点？答：在初始条件为零时，系统（或环节）输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换（象函数）之比，称为系统（或环节）的传递函数。
特点：（1）传递函数是一种数学模型，与系统的微分方程相对应。
（2）是系统本身的一种属性，与输入量的大小和性质无关。
（3）只适用于线性定常系统。
（4）传递函数是单变量系统描述，外部描述。
（5）传递函数是在零初始条件下定义的，不能反映在非零初始条件下系统的运动情况。
（6）一般为复变量S 的有理分式，即n ≧m。
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第二章 控制系统的数学模型1、传递函数（线性系统在零初始状态，脉冲输入下的响应）2、计算系统的传递函数1）列写常微分方程，得到输入r(t)与c(t)的常微分方程，再使用拉普拉斯变换为频域形式（记得系统初始状态为零），求取)()(s R s C 。
2）一些最基本的拉普拉斯变换公式as A Ae s A At s A At sA A s R s dtt r d s Y s dtt y d atnnnn+⇔⇔⇔⇔⇔⇔-,21,,),()(),()(322 3）进行反拉普拉斯变换时，即将系统的频域表达式转换成为时域表达式，一般采用部分分式分解的方法，求其中的系数时用到了留数法，见p63例2-35。
4）系统的开环传递函数与闭环传递函数的异同，注意开环传递函数和单位负反馈系统闭环传递函数之间的数学关系。
对单位负反馈系统，即H(s)=1,开环和闭环传递函数关系)()(1)(,)(11)(s s s G s G s ΦΦ-=+=Φ。
3、结构图化简和梅逊增益公式 1）理解一些基本概念比较点，引出点，前向通路，回路2）结构图化简的基本原则：保持前向通路传递函数不变，保持回路传递函数不变3）化简规则包括：引出点的前（后）移动，比较点的前（后）移动，并联相加，串联相减，回路等效（见下图）。
4）根据信号流图使用梅逊增益公式计算传递函数步骤：（a ）找出所有回路，并列写回路传递函数i L ；(b)找出所有前向通路，并列写前向通路的传递函数k P ；（c ）判断是否存在互不接触的独立回路，并根据公式 (11)-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=∆∑∑=≠ni n j i j i i L L L 计算分母∆，其中第i 个和第j 个回路互不接触；（d ）利用相同的原理计算（a ）中与第k 条前向通路不接触的回路的k ∆；（e ）根据梅逊增益公式∆∆∑=mk kkP 1计算系统输入到输出的传递函数)()(s R s C 。
第二章 典型习题答案课本的以下典型例题，要认真看一下，最好能试做一下。
自动控制原理总复习
i
此时的原函数f(t)的表达式 f (t ) ci e
i 1
n
si t
第二步：根据根的情况，写出对应的原函数的表达式
2.出现r个重根时 F (s)
c cr cr 1 c1 c + +...+ + 2 +...+ n ( s s1 )r ( s s1 )r 1 ( s s1 ) s s2 s sn
5. 串联校正的分类
1.串联超前校正：
利用超前网络的相角超前特性进行校正
2.串联滞后校正：
利用滞后网络的高频衰减特性进行校正
3.串联超前—滞后校正
第七章
1.为了从采样信号中不失真地复现原连续信号,采样周期T与频 率分量ωm的关系是： 2 T 2m
2.闭环系统脉冲传递函数形式的证明
闭环脉冲传递函数是闭环离散系统输出信号的Z变换与输入信 号的Z变换之比，即 C( z) ( z ) R( z ) P.276表7-3列出了典型的闭环离散系统及其输出的Z变换函数 考试题型参考讲义7.4.3.的例题。
第五章
4.奈奎斯特稳定判据判据公式：Z = P – R，对于有积分环节
从G(j0+)H(j0+)开始，逆时针补画角度为v90°的圆弧； 将这两部分衔接起来得到有积分环节的开环系统的幅相曲线。 如图示。
考试题型参考讲义5.3.3.的例题。
5. 对数频率稳定判据
对数频率稳定判据
Z=P-R=P-2N=P-2(N+-N-)
其中：si为A(s)的根，为F(s)的极点。 第二步：根据根的情况，写出对应的原函数的表达式
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关系。P155（背）
①要求系统稳定，则必须使所有的闭
环极点 si 均位于 s 平面的左半部。
②要求系统的快速性好，应使阶跃响 应式中每个分量衰减得快，则闭环极 点应远离虚轴。要求系统平稳性好， 则复数极点最好设置在 s 平面中与负
实轴成 45。夹角线附近。
③要求动态过程尽快消失，要求系数
6
21. 什 么 是 主 导 极
点，什么是偶极子
p155（背）
主导极点：离虚轴最 近且附近没有闭环 零点的一些闭环极 点（复数极点或实数 极点）对系统的动态 过程性能影响最大， 起着主要的决定的 作用的。 偶极子：将一对靠得 很近的闭环零、极点 称为偶极子 22.什么是最小相位 系统与非最小相位 系统 p162（背） 最小相位系统：系统 的所有开环极点和 零点都位于 s 平面的 左半部 非最小相位系统：s 平面的右半部具有 开环极点或零点的 系统 第五章： 23. 频 率 特 性 的 定 义：（背）线性定常 系统，在正弦信号作 用下，输出的稳态分 量与输入的复数比。 称为系统的频率特 性（即为幅相频率特 性，简称幅相特性）。 24.奈氏曲线 奈奎斯特图是对于一 个连续时间的线性非 时变系统，将其频率 响应的增益及相位以 极座标的方式绘出， 常在控制系统或信号 处理中使用，可以用 来判断一个有回授的 系统是否稳定。奈奎 斯特图上每一点都是 对应一特定频率下的 频率响应，该点相对 于原点的角度表示相 位，而和原点之间的 距离表示增益，因此
线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变 换之比。
这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在 t=0 以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在
（完整word版）自动控制原理复习提纲（整理版）
（完整word版）自动控制原理复习提纲（整理版）《自动控制原理》课程概念性知识复习提纲详细版第一章：1.自动控制的任务（背）：是在没有人直接参与下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值。
2.自动控制基本方式一.按给定值操纵的开环控制二.按干扰补偿的开环控制三.按偏差调节的闭环控制3.性能要求：稳快准第二章：4.微分方程的建立：课后2.55.传递函数定义（背）线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。
这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在t=0以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在t=0-时的值为零。
二是指输入信号作用于系统之间系统是静止的，即t＝0-时，系统的输出量及其各阶导数为零。
这是反映控制系统的实际工作情况的，因为式（2-38）表示的是平衡工作点附近的增量方程，许多情况下传递函数是能完全反映系统的动态性能的。
6.结构图化简：课后2.14（结构图化简一道大题，梅森公式化简一道大题）复习要点7.几种传递函数（要求：懂得原理）一.输入信号r(t)作用下的系统闭环传递函数二.干扰信号n(t)作用下的系统闭环传递函数三.闭环系统的误差传递函数8.阶跃响应，脉冲响应，传递函数之间的关系阶跃响应：H(s)=1s 单位斜坡响应：t C （s ）=21s 单位脉冲响应：K(s)=Φ(s) 11()()()H s s K s s s =Φ?=? 211()()()t C s s H s s s=Φ?=? 综合可得 K(s)=sH(s) H(s)=s t C第三章：9.阶跃响应的性能指标有哪些，各个性能指标的意义是什么。
10.从平稳性，快速性和稳态精度三个方面，简述典型二阶欠阻尼系统结构参数，n对阶跃相应的影响。
由于欠阻尼二阶系统具有一对实部为负的共轭复特征根，时间响应呈衰减振荡特性，故又称为振荡环节。
系统闭环传递函数的一般形式为222()()2n n nC s R s s s ωζωω=++ 由于0<ζ<1，所以一对共轭复根为1,2n s j ζωω=-±d j σω-±式中，n σζω=，为特征根实部之模值，具有角频率量纲。
自动控制原理中及复习试题材料答案解析
自动控制原理中及复习试题材料答案解析(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《自动控制原理》综合复习资料一、简答题1、常见的建立数学模型的方法有哪几种各有什么特点解：分析法（机理建模法）、实验法（系统辨识）和综合法。
机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限综合法：以上两种方法的结合通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点2、常用改善二阶系统得措施有哪些，并对其简介？比例—微分控制；测速反馈控制；解：比例—微分控制：系统同时受误差信号和误差微分信号的双重控制，可改善系统性能而不影响稳态误差；测速反馈控制：将速度信号反馈到系统输入端，并与误差信号比较，可增大系统阻尼，改善系统动态性能3、自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些解：时域分析法、根轨迹法、频率特性法4、减小稳态误差的措施主要有解：增大系统开环增益或扰动作用点前系统的前向通道增益；在系统的前向通道或主反馈通道设置串联校正环节；采用串级控制抑制内回路扰动5、系统的性能指标有哪些？解：控制系统在典型输入信号作用下性能指标由动态性能指标和稳态性能指标组成；系统动态性能指标有：延迟时间；上升时间；峰值时间；调节时间；超调量；系统的稳态性能指标：稳态误差6、判断线性定常系统稳定的方法有哪几种？解：劳斯判据；赫尔维茨判据；根轨迹法；频率稳定判据；柰氏判据二、计算题1、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Ui(s)。
解：列写电路方程：⎪⎩⎪⎨⎧+==+=+=2222111C C C C R C CC i u R i u i i i i u u u 其中，⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨==t uC C C R tuC C d d C i R u i d 222111111化简得：()()i tui t ui c t uc t uc u d dC R R C d d C R C R u d d C R C R R C d d C R C R +++=++++2211222211222111222211由拉氏变换得：1)(1)()()()(22211122211221122211+++++++==s C R C R C R s C R C R s C R C R s C R C R s U s U s G i C2、试简化下图所示系统方框图求其传递函数解：由Mason 公式得闭环传函∆∆=Φ∑=nk kk P s 1)(由方框图得，系统只有一条前向通道，即1=n ， +-+-=∆∑∑∑3211l l l12211H G G G l+-=∑，032===∑∑ l l所以得12211H G G G -+=∆11G P =，121H G =∆所以系统传递函数1221121111)(H G G G H G G P s -+=∆∆=Φ 3、已知二阶系统方框图如图所示如要求：(1）由单位斜坡函数输入所引起的稳态误差为；(2) 系统的暂态调节时间3=s t 秒（%5±误差带）；试求二阶系统闭环传函。
自动控制原理总经典总结
自动控制原理总经典总结《自动控制原理》总复习控制线性非线连续离散描述函相平面建模－时域法串联(频率法)建模－求稳定性负倒描述函数曲线自振点振幅、频绘制相求奇点和极限环求运动校正第一章 自动控制的基本概念一、学习要点1. 自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。
2. 控制系统的基本方式：①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。
3. 自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。
4. 自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。
5. 对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。
6. 典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。
二、基本要求1. 对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。
2. 掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。
3. 了解控制系统的典型输入信号。
4. 掌握由系统工作原理图画方框图的方法。
三、内容结构图自动控制的由系统工作原对控制系统常用术语、基本控反馈控制系控制系控制系四、知识结构图第二章 控制系统的数学模型一、学习要点1．数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。
2．数学模型的图形表示（1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。
二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变 量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。
2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。
3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入 响应、零状态响应等概念有清楚的理解。
自动控制原理复习资料
∑∆∆=i i i s s Q s H )()(1)(第一章：1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用 。
2 典型闭环系统的功能框图。
自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。
自动控制系统 由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。
被控制量 在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。
控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。
反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。
反送到输入端的信号称为反馈信号。
负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差。
将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。
然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。
开环控制系统 系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。
开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
闭环控制系统 凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。
自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。
复合控制系统 复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。
它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。
自动控制系统组成 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。
组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件1．给定元件 给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。
给定元件通常不在闭环回路中。
2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。
自动控制原理期末考试复习资料
《自动控制原理》课程综合复习资料一、单选题1.关于自动控制系统的组成，下列说法正确的是（）。
A.自动控制系统包括比较环节、控制器、执行器、被控对象和传感器五部分。
B.自动控制系统包括控制器、被控对象和传感器三部分。
C.自动控制系统包括控制器、执行器、被控对象和传感器四部分。
D.自动控制系统包括控制系统的输入、控制器、执行器、被控对象和传感器和控制系统输出等。
答案：C2.关于传递函数，下面说法正确的是（）。
A.传递函数与微分方程的相互转化可以不用满足零初始条件。
B.传递函数能反映系统的物理结构。
C.系统传递函数分母的阶次n与分子的阶次m满足关系m>n。
D.传递函数只适合单输入单输出系统，不适合多输入多输出系统。
答案：D3.对复杂的结构图或信号流通图，系统的传递函数可以采用（）直接求出。
A.终值定理B.初值定理C.方框图变换D.梅森增益公式答案：D4.一阶系统的单位阶跃响应曲线中，误差带选2%时，调节时间为（）。
A.TB.2TC.3TD.4T答案：D5.一阶微分环节属于（）类型的校正环节。
A.超前校正B.滞后校正C.先超前后滞后D.先滞后后超前 答案：A6.图中有几条回路（）。
A.2条B.3条C.4条D.5条 答案：B7.信号流图特征式的计算公式为（）。
A. B.C. D.答案：D8.图中有几条前向通道（）。
A.2条B.3条C.4条D.5条 答案：C9.已知系统的闭环特征方程为32310330+++=s s s ，则系统实部为正的特征根个数有（）。
A.0个1a b c d e f a bc defΔL L L L L L =---+∑∑∑1+a b c d e f abc defΔL L L L L L =++∑∑∑1+a b c d e f abcdefΔL L L L L L =-++∑∑∑1a b c d e f abc defΔL L L L L L =-+-+∑∑∑B.1个C.2个D.3个 答案：C10.已知系统的开环传递函数为()(1)(2)=++KG s s s s ，则闭环系统稳定的参数取值范围是（）。
自动控制原理总复习
f(t)(d t)n]t 0
– 延迟定理（t域平移定理）：L [f(t T )1 (t T )] e T sF (s)
– 衰减定理（s域平移定理）： L[f(t)eat]F(sa)
–
终值定理：limf(t)limsF(s)
t
s0
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二、控制系统的数学模型
• 5、传递函数
– 定义：0初始条件下输出与输入的拉氏变换之比 – 传递函数取决于系统或元件的结构和参数，与输入
– 稳态性能指标
• 稳态误差
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三、线性系统的时域分析法
• 2、二阶系统单位阶跃响应
– 自然频率 n – 阻尼振荡频率 d
n
j
d n 12
0
– 阻尼比
n cos
jω ωn s1
0
σ
s1
jω
n
1 2
-ζωn
0
σ
jω
s1=s2
ωn 0
σ
s2
s2
n 1 2
(a)
(b)
(c)
无阻尼
欠阻尼
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二、控制系统的数学模型
• 1、连续控制系统的数学模型
– 微分方程（时域） – 传递函数（复域（s域）） – 频率特性（频域）
• 2、离散控制系统的数学模型
– 差分方程（时域） – 脉冲传递函数（复域（z域））
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二、控制系统的数学模型
• 3、微分方程
– 微分方程的建立
• 基本电路形式
jω
s1 s2 0
σ
jω
n 1 2
0
s1
ζωn σ
jω
0
σ
s1 s2
自动控制原理总复习资料(完美)
自动控制原理总复习资料(完美)总复第一章的概念典型的反馈控制系统基本组成框图如下：输出量串连补偿放大执行元被控对元件元件件象－－反馈补偿元件测量元件自动控制系统有三种基本控制方式：反馈控制方式、开环控制方式和复合控制方式。
基本要求可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求：1.掌握运用拉普拉斯变换解微分方程的方法。
2.牢固掌握传递函数的概念、定义和性质。
3.明确传递函数与微分方程之间的关系。
4.能熟练地进行结构图等效变换。
5.明确结构图与信号流图之间的关系。
6.熟练运用梅森公式求系统的传递函数。
例1：某一个控制系统动态结构图如下，求系统的传递函数。
C1(s)C2(s)C(s)C1(s)G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)R1(s)R2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C1(s) / [1 -G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)]例2：某一个控制系统动态结构图如下，求系统的传递函数。
C(s)C(s)E(s)E(s)R(s)N(s)R(s)N(s)C(s)G1(s)G2(s)-G2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C(s) / [1 + G1(s)G2(s)H(s)N(s)]例3：i1(t)R1 i2(t)R2R(s)+u1(t) c1(t)C1 C2 r(t)I1(s)+U1(s)112+I2(s)将上图汇总得到：R1I1(s)U1(s)C1s r(t)-u(t) = i(t) R U1(s)u(t) = [i(t) - i(t)]dt Cu(t) - c(t) = i(t)Rc(t) = i(t)dtCI2(s)R2KaC(s)1C2s(b)C(s) R(s)+R1C1sR2C2s1Ui(s)1/R11/C1sIC(s)1/R21/C2s10rad/s，试求系统的传递函数、特征方程、极点位置以及阻尼比和固有频率的物理意义。
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第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图：2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：可以归结为稳定性、准确性和快速性。
第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；3、明确传递函数与微分方程之间的关系；4、能熟练地进行结构图等效变换；5、明确结构图与信号流图之间的关系；6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ，)()(,)()(2122S R S C s R s C 。
43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。
例例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。
X r5214323211)()(W W W W W W S X S X r c ++=例5 如图RLC 电路，试列写网络传递函数 U c (s)/U r (s).解: 零初始条件下取拉氏变换：例6某一个控制系统的单位阶跃响应为：t te et C --+-=221)(，试求系统的传递函数、微分方程和脉冲响应。
解：传递函数： )1)(2(23)(+++=s s s s G ，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(22t r dt t dr t c dt t dc dtt c d +=++ 脉冲响应：t te et c 24)(--+-=例7一个控制系统的单位脉冲响应为t te et C ---=24)(，试求系统的传递函数、微分方程、单位阶跃响应。
(t))()()()(22t u t u dtt du RC dt t u d LC r c c c =++11)()()(2++==RCs LCs s U s U s G r c )()()()(2s U s U s RCsU s U LCs r cc c =++=∆k K K P 1解：传递函数： )1)(2(23)(+++=s s s s G ，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(22t r dt t dr t c dt t dc dt t c d +=++ 单位阶跃响应为：t te et C --+-=221)(第三章 本章要求：1、稳定性判断1）正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。
闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均分布在平面的左半部。
2）熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性，并进行分析计算。
2、稳态误差计算1）正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。
2）牢固掌握计算稳态误差的一般方法。
3）牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。
3、动态性能指标计算1）掌握一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的特点。
2）牢固掌握一阶、二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态性能计算。
3）掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态性能的关系。
例3 已知图中T m =0.2，K =5，求系统单位阶跃响应指标。
解3：系统闭环传递函数为化为标准形式Ks T s s G s m ++=+=Φ)1()(1)(2222/)(nm T K s ω==Φ:., )/(40.5, ,1.n 解性能指标试求系统的动态信号时当输入信号为单位阶跃秒弧度其中二阶系统如图所示例==ωξ %3.16%100%100 )(91.0 t)(60.0 t 46.35.0141 )(05.16025.015.0212222p 46.31p 46.305.11r 22d 5.05.011=⨯=⨯========-=-=====----------πξξπσξωωβπξωππξωβπξξe e arctgarctgn n n 秒秒弧度 0.02 )(14.245.05.45.4 t 0.05 )(57.145.05.35.3 t s s =∆=⨯===∆=⨯==秒秒nnξωξω即有 2ζωn =1/T m =5, ωn2=K /T m =25 解得 ωn =5, ζ=0.5例5：设控制系统的开环传递函数系统为 )32(54)(22+++=s s s s s G ，试用劳斯判据判别系统的稳定性，并确定在复平面的右半平面上特征根的数目。
解：特征方程：0542234=++++s s s s 劳斯表控制系统不稳定，右半平面有两个特征根。
例6：一个单位负反馈控制系统的开环传递函数为：G （S ）=)125.0)(11.0(++S S S K，要求系统闭环稳定。
试确定K 的范围(用劳斯判据)。
解：特征方程：0035025.023=+++K s s s劳斯表系统稳定的K 值范围（0，14）例6：系统的特征方程：解：列出劳斯表：0617177234=++++s s s s %3.16%100%21=⨯=--ζπζσe 秒4.15.3==nst ςω秒73.012=-==ςωπωπn dpt 秒486.0=-=dr t ωβπ因为劳斯表中第一列元素无符号变化，说明该系统特征方程没有正实部根，所以：系统稳定。
1、根轨迹方程2、根轨迹绘制的基本法则3、广义根轨迹（1）参数根轨迹 （2）零度根轨迹),2,1,0(1)()()12(11* ± ± = =-=--+==∏∏k e p s z s K k j n i i m j j π,1||||11* =--∏∏==ni i mj j p s z s K π)12()()(11+=-∠--∠∑∑==k p s z s n i i m j j例1: 某单位反馈系统， （1）3条根轨迹的起点为;2,1,0321-=-==p p p(2) 实轴根轨迹 （0，-1）；（-2，-∞） （3）渐近线：3条。
渐近线的夹角：渐近线与实轴的交点：（4）分离点： 得： ， （5）与虚轴的交点 系统的特征方程：实部方程: 虚部方程： )2)(1()(*++=s s s K s G 10321011-=--+-+=--=∑∑==)()(m n z p σm i in i i a π ,3π,3πm n 1)π(2k a - =-+=ϕ021111=++++d d d )(58.1,42.021舍去 -= -=d d 03*2=+-K ω023=+-ωω0230)23(0)()(1*23*23=++--→=+++=+=K j j K s s s s H s G j s ωωωω即解得：(舍去)临界稳定时的K =6例2已知负反馈系统闭环特征方程025.025.0)(23=+++=K s s s s D ，试绘制以K 为可变参数的根轨迹图； 由根轨迹图确定系统临界稳定时的K 值；解 特征方程025.025.0)(23=+++=K s s s s D 得根轨迹方程为1)5.0(25.02-=+s s K；（1）根轨迹的起点为∞-===终点为;5.0,0321p p p （无开环有限零点）；（2） 根轨迹共有3支，连续且对称于实轴； （3） 根轨迹的渐近线有条3=-m n ，33.031;180,60)12(11-≈-=--=±=-+=∑∑==mn zp mn k n i mj ji a a σπϕ ；（4） 实轴上的根轨迹为]5.0,(]5.0,0[-∞⋃-；（5）分离点，其中分离角为2/π±，分离点满足下列方程∑==++=-ni id d p d 105.0211； 解方程得 17.061-≈-=d ； （7） 根轨迹与虚轴的交点：将ωj s =代入特征方程，可得实部方程为025.02=K ＋－ω；⎩⎨⎧==00*K ω⎩⎨⎧=±=62*K ω虚部方程为 025.03=+-ωω；1,5.02,1=±=∴K ω 由根轨迹图可得系统临界稳定时1=K ；由上述分析可得系统概略根轨迹如右图所示：例3已知负反馈系统闭环特征方程02410)(23=+++=K s s s s D , 试绘制以K 为可变参数的根轨迹图; 由根轨迹图确定系统临界稳定时的K 值.解 特征方程02410)(23=+++=K s s s s D 得根轨迹方程为1)6)(4(-=++s s s K；（1）3条根轨迹的起点为;6,4,0321-=-==p p p(2) 渐近线：3条。
渐近线的夹角： 渐近线与实轴的交点： （3）分离点：即 得 （舍去） （4）与虚轴的交点系统的特征方程：s(s+4)(s+6)+K *=0令代入，求得 实部方程: 虚部方程： 解得： (舍去)临界稳定时的K =240180,6013)12(180±=-+±=k a ϕ33.330)640(-=-++-=a σ061411=++++d d d 0242032=++d d 1.52-=d 57.11-=d ωj s =010*2=-K ω0243=-ωω⎩⎨⎧==00*K ω⎩⎨⎧=±=2409.4*K ω第五章 本章要求：1、正确理解频率特性基本概念；2、掌握开环频率特性曲线的绘制； （1）开环幅相曲线的绘制方法1）确定开环幅相曲线的起点 和终点 ;2）确定开环幅相曲线与实轴的交点 或 为穿越频率，开环幅相曲线曲线与实轴交点为3）开环幅相曲线的变化范围（象限和单调性）。
22)(ωs A ω(s)U ,则t ASin t 设u i i +==ω2211)(ωω+⋅+=s A Ts s U o )(11)(22/220T arctg t Sin T AeT TA t u Tt ωωωωω-+++=-)](sin[)()(1:22ωϕωωωωω+∙=-+=t A A T arctg t Sin T Au os稳态分量T arctg T A ωωϕωω-=+=)(,1/1)(22其中：)()()()()](sin[)()(ωωϕωωωϕωωj G j G A j G t j G A t c s∠==∠++=)()()(ωϕωωj eA j G =+=0ω∞→ω(,0)x ωIm[()()]0x x G j H j ωω=()()();0.1,2,x x x G j H j k k ϕωωωπ=∠==±± x ω[]Re ()()()()x x x x G j H j G j H j ωωωω=（2）开环对数频率特性曲线1）开环传递函数典型环节分解；2）确定一阶环节、二阶环节的交接频率，将各交接频率标注在半对数坐标图的 轴上；3）绘制低频段渐近特性线：低频特性的斜率取决于，还需确定该直线上的一点，可以采用以下三种方法：方法一：在 范围内，任选一点，计算: 方法二：取频率为特定值 ，则 方法三：取 为特殊值0，则有 ，即 4）每两个相邻交接频率之间为直线，在每个交接频率点处，斜率发生变化，变化规律取决于该交接频率对应的典型环节的种类，如下表所示。