自动控制原理与系统PID调节器...
《自动控制原理》考纲、试题、答案
《自动控制原理》考纲、试题、答案一、考试说明《自动控制原理与系统》通过本课程的学习，为其它专业基础及专业课的学习奠定理论基础。
充分理解自动控制系统所涉及到的基本概念，掌握自动控制系统各种数学模型的建立及转换方法，掌握分析自动控制系统的各种经典方法及常用综合方法。
了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
本课程闭卷考试，满分100分，考试时间90分钟。
考试试题题型及答题技巧如下：一、单项选择题 (每空2分，共40分)二、选择题 (每题2分，共20分)三、名词解释（每题5分，共20分）答题技巧：相关知识点要回答全面，因为都可能是采分点，涉及的基本概念要表述清楚，要点清晰，简明扼要，进行必要解释，切忌长篇大论。
四、计算题（每题10分，共20分）答题技巧：第一，审题。
审题时需明确题目要求和给出的已知条件，注意各已知条件的单位，注意各因素比较的基准等，并注意所给条件中哪些是有用的，哪些是用来迷惑考试人员的，以防用错。
第二，确定解题方法和解题思路。
通过审题，明确了题目要求和已知条件，便可确定以哪种估价方法为主线，并根据该方法中用到的未知条件确定需借助的其他方法。
明确的解题思路，并保持清醒的头脑。
第三，公式和计算步骤。
计算过程中，涉及的计算公式一定要列出，哪怕没有时间计算，列出需要的几个公式也能得到相应的分数。
计算一定要分步计算，而且尽量细分。
并能对计算步骤作简要说明，答题时按顺序进行，避免跳步被扣分。
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
《自动控制原理》自动控制PID实验报告课程名称自动控制原理实验类型：实验项目名称：自动控制PID一、实验目的和要求1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理一）任务设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。
具体实验容如下：1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。
总结比例（P）控制的规律。
2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。
总结比例积分（PI）控制的规律。
3、比例微分（PD）控制，设计参数Kp、Kd 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；66 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。
分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Kd 的变化情况。
自动控制原理胡寿松第六章PID
j
若设 T1 T2,
则
T1
T1
T2
T2
即 p1z1z2p2
1 1 1 T2 T2 T1 T1
p 2 z2 z1 p1
0
1、幅相特性：
§6—2 常用校正装置及其特性
G cj
1 1 22 T 2 1 T 2 1 2 1 1 2 2 T T 2 2 2 2 2 t g 1T 1 t g 1
使 Lcm10lg1 与 Lc' 之和为 0，即可求得 。
b)若对
' c
未提出要求，则由 m0（裕量
510），求得
m
。则有
1 1
s i nm s i nm
在
L上查出其幅值为
10
lg
1
，所对应的
就是
' c
，且 m c'。
§6—3 串联校正
4）1T 1， m 1T， 21 T,
1 m c',
相位超前，故称滞后—超前网络。当
1 T1
和
1 T2
相差
足够大（如几十倍以上），则可利用滞后网络和超
前网络的计算公式计算 m1和m2。
3、实用形式：
此网络无衰减，两边对称，直接使用即可。
二、有源校正网络：
§6—2 常用校正装置及其特性
1、P调节器：
Gc
Kp
R2 R1
2、D调节器： GcRCT sds
R1
Ur
Uc
R2
GcsZ1Z2Z2
R2 R R1
R1Cs1
R 2R 1Cs1 R 2 R 1Cs1
R 1R 2C sR 1R 2 R 1R 2R 1R 2R 2R 1Cs1
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统是研究控制系统的基本原理和方法，以及实现自动控制功能的系统工程。
自动控制系统通常由感知器、控制器和执行器三个主要部分组成。
感知器用于获取被控对象的状态信息，可以通过各种传感器和测量设备来实现。
感知器将所获得的数据转化为电信号或数字信号，以便被控制器处理。
控制器是自动控制系统的决策与执行中枢，主要负责制定控制策略和指令，并将其转化为适合执行器操作的形式。
控制器可以采用不同的算法和控制策略，如PID控制器、状态空间控制器等。
执行器是实际执行控制指令的设备，根据控制器的输出信号来完成相应的动作。
执行器可以是各种执行机构，如电动机、阀门、液压缸等。
自动控制系统的基本原理是通过感知器获取被控对象的状态信息，经过控制器进行处理和决策，最后通过执行器实现对被控对象的控制。
这个过程通常需要进行反馈控制，即将被控对象的实际输出与期望输出进行比较，从而调整控制器的输出。
自动控制系统在各行各业中都有广泛的应用，例如工业生产中的过程控制、交通运输中的自动驾驶、航空航天中的飞行控制等。
通过自动控制系统可以提高生产效率、优化资源利用、提高安全性和稳定性等。
综上所述，自动控制原理与系统是一门研究控制系统的学科，通过感知器、控制器和执行器等组成，实现对被控对象的自动控制。
自动控制原理与系统
一、填空题1.系统的传递函数完全由系统的____________决定，而与输入信号的形式无关。
2.根据控制系统的元件特性，控制系统可分为____________控制系统(2种)。
3.响应曲线达到稳态值的±5％或±2％之间时所需的时间称为____________。
4.欠阻尼二阶系统的主要结构参数ζ和n ω中，当n ω一定时，ζ越大，上升时间t r _________。
5.设积分环节的传递函数为G(s)=sK ，则积分环节频率特性的相位移)(ωθ=_________。
6.某负反馈系统的开环传递函数G(s)=)1s (s K -，反馈传递函数为H(s)，当H(s)为一积分环节时，系统_________稳定。
7.滞后校正装置的最大滞后相角为m φ=_________。
8.某闭环控制系统的特征多项式的系数全部为正时，该系统________稳定。
9.奈奎斯特稳定判据是利用开环系统的________来判别闭环控制系统稳定性的。
10.对于动态性能及稳态性能都有要求的控制系统，为使其全面满足性能指标，必须设法改变系统的结构，或引入其他装置来改变控制系统的特性，这些附加装置称为________。
11.设二阶振荡环节的频率特性为1)(2)(1)(22++=ωζωωj T j T j G ，当∞→ω时，则相应的相频特性→)(ωθ________。
12.一个自动控制系统包括控制器、________和测量变送元件几个部分。
13.环节或系统的负载对环节或系统传递函数的影响，称为________。
14.单位斜坡函数的数学表达式为________。
15.当系统的闭环极点都具有________时，系统是稳定的。
16.设惯性环节的传递函数为G(s)=1+Ts K，则惯性环节的频率特性幅值|G(j ω)|=_______。
17.系统没有输入作用，仅在初始条件下，输出随时间增大而趋于零的系统称为________系统。
自动控制原理--滞后超前校正与PID校正
G s 1 T1s 1 aT2s
1 T1s 1 T2s
°
其中：
E1
1,a 1且.a 1 °
C1
R1
°
R2
E2
C2
°
Phase (deg); Magnitude (dB)
To: Y(1)
Bode Diagrams
From: U(1) 0
-5
-10
-15
-20 50
0
-50
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10-4
10-3
10-2
应 50o 处的g 0.082 rad s，相应幅频特性为Lg 45.5db
据此，由20log KP Lg 45db 求得：KP 0.0053 。
为减少对相角裕量校正效果影响，PI控制器转折 频率 1 KI KP 选择远离g 处，取1 g 10 0.0082 rad s 求得：KI 0.000044 。于是，PI控制器传递函数
• PID调节器是一种有源校正网络，它获得了 广泛的应用，其整定方法要有所了解。
系统校正的设计方法
分析法
综合法
分析法：
选择一种校正装置
设计装置的参数
校验
综合法： 设计希望特性曲线 校验
确定校正装置的参数
期望特性综合设计方法：
1、先满足精度要求，并画出原系统Bode图； 2、根据Bode定理，系统有较大的相位裕量，幅频特性在剪切频
G( j)
1
j2T( jT 1)
63.5
0.707
二阶最佳指标:
L() -20dB/dB
1/2T
()
p % 4.3%
180°
ts (6 ~ 8)T
1/T
z-n整定法调节pid参数 自动控制原理 -回复
z-n整定法调节pid参数自动控制原理-回复1. 概述自动控制原理自动控制原理是指利用传感器感知系统的状态，并通过执行器调节系统的输出，使系统能够自动实现预期的目标或保持所需的状态。
其中，PID控制器是自动控制系统中最常见的控制器之一，它通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的控制。
2. 比例(P)控制器比例控制器是PID控制器中的第一个参数，它根据控制误差的大小，将控制信号与误差的乘积作为输出。
比例控制器的输出正比于误差，但不具备存储上次误差的能力，因此无法完全消除稳态误差。
3. 积分(I)控制器积分控制器是PID控制器中的第二个参数，它在比例控制器的基础上新增了积分项。
积分控制器根据控制误差的累积值来进行调节，能够消除稳态误差。
然而，积分控制器可能引入超调或者导致系统变慢的问题。
4. 微分(D)控制器微分控制器是PID控制器中的第三个参数，它通过测量误差的变化率来进行调节，以改善系统的响应速度。
微分控制器对快速变化的误差进行反应，能够提前控制系统，避免超调现象出现。
然而，过大的微分参数可能导致系统反应不稳定。
5. PID控制器的整定方法为了得到合适的PID参数，需要进行整定过程。
常见的整定方法有经验法、试验法和数学分析法等。
5.1 经验法经验法是通过经验和实践得出的简化方法，适用于部分系统的整定。
比如，对于时间常数较大、响应速度要求不高的系统，可以将PID参数设定为P=0.1、I=0.2和D=0。
5.2 试验法试验法是通过实际试验来确定PID参数。
首先，将系统暂时设为纯比例控制，通过调节P参数，观察系统的响应情况，使其尽可能靠近稳态。
然后，逐步增加I参数，观察系统的稳态偏差是否得到减小。
最后，增加D参数，以改善系统的响应速度。
5.3 数学分析法数学分析法是通过数学模型和控制理论来确定PID参数。
根据系统的数学模型，可以通过控制理论设计出最优的PID参数。
这种方法需要对系统有深入的了解和掌握控制理论知识，对于复杂的系统较为合适。
自动控制原理及应用
自动控制原理及应用自动控制是一种利用设备和技术手段，在无人干预的情况下实现对一些系统、过程或设备的控制和调节。
自动控制的原理基于传感器采集到的信号，经过计算和分析后，再通过执行器对系统进行调节，使得系统在一定的指令下能够自动地运行并达到所需的状态。
自动控制的原理主要包括信号采集、信号处理、控制器设计和执行器控制四个要素。
首先，信号采集是自动控制的基础。
传感器能够将各种物理量转换为电信号，并将其传递给控制系统。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、光传感器等，它们可以实时地监测系统的状态和变化。
其次，信号处理是对采集到的信号进行分析和处理，提取出有用的信息，并根据需要进行滤波、放大、调整等操作。
信号处理的目的是确保信号的准确性和稳定性，为控制器提供可靠的输入。
然后，控制器设计是自动控制的核心。
控制器根据信号处理得到的信息，根据预先设定的控制策略和算法，计算出当前的控制量，并根据控制信号来调节控制对象。
常见的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器，以及经典的PID控制器。
最后，执行器控制是将控制信号转化为动作，对系统进行实际的调节。
执行器可以是电动阀门、电机、液压缸等，通过控制信号来改变其位置、速度或力，从而达到对系统的控制目的。
自动控制的应用非常广泛，涵盖了各个领域。
在工业自动化中，自动控制被应用于生产过程中的温度控制、压力控制、流量控制等环节，提高了生产效率和产品质量，降低了人为操作的风险。
在交通运输领域，自动控制被广泛应用于交通信号灯控制、车辆导航系统和自动驾驶系统中，提高了交通的安全性和效率。
在航空航天领域，自动控制被应用于飞行器的姿态控制、导航和飞行管理系统中，保障了飞行器的安全和可靠运行。
在医疗领域，自动控制可以实现对生命体征、药物剂量和医疗设备的自动控制，提高了医疗治疗的精度和效果。
此外，自动控制还广泛应用于环境监测、能源管理、智能家居等领域，提高了生活质量和资源利用的效率。
总之，自动控制作为一种高效、准确、可靠的技术手段，已经成为现代工业化社会不可或缺的重要组成部分。
自动控制原理控制器设计知识点总结
自动控制原理控制器设计知识点总结自动控制原理是现代工程领域中的基础学科之一，它研究利用一定的数学方法和工程技术手段，对系统进行连续的、自动的调节和控制，以达到预期的目标。
在自动控制系统中，控制器是一个非常重要的组成部分，它根据输入信号和系统反馈来产生输出信号，控制系统的性能很大程度上取决于控制器的设计。
本文将对自动控制原理中控制器设计的几个重要知识点进行总结。
一、PID控制器PID控制器是最常见和常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。
比例环节根据偏差信号的大小来产生控制输出，积分环节根据偏差信号的累计值来产生控制输出，微分环节根据偏差信号的变化率来产生控制输出。
PID控制器能够根据系统的动态特性进行精确调节，具有简单、稳定和鲁棒性好的优点，广泛应用于温度、压力、流量等工业过程中。
二、反馈控制在自动控制系统中，反馈控制是一种常用的控制方式。
它通过监测系统的输出，并将输出信号与给定的目标值进行比较，计算出偏差信号，再根据偏差信号来调节控制输入，使得实际输出逐渐接近目标值。
反馈控制可以有效地消除系统的干扰和扰动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
常见的反馈控制方式有比例反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。
三、校正控制校正控制是对系统误差进行修正的一种控制方式。
当系统输出与期望输出之间存在误差时，校正控制会自动调整控制输入来消除误差。
校正控制可以分为开环校正和闭环校正两种方式。
开环校正是在设定信号的基础上根据经验或模型进行调整，而闭环校正是在反馈信号的基础上进行调整。
校正控制能够提高系统的精度和准确性，常用于工业生产中对产品的质量控制。
四、模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它能够有效地处理系统模型不确定性和非线性等问题。
模糊控制通过将定性的语言规则转化为数学形式，建立模糊推理系统，并根据输入信号和输出信号之间的关系来决策控制输出。
模糊控制具有较强的自适应能力和鲁棒性，适用于各种复杂的工程控制系统。
自动控制原理知识点汇总
自动控制原理知识点汇总自动控制原理是研究和设计自动控制系统的基础学科。
它研究的是用来实现自动化控制的基本概念、理论、方法和技术，以及这些概念、理论、方法和技术在工程实践中的应用。
下面是自动控制原理的一些重要知识点的汇总。
一、控制系统的基本概念1.控制系统的定义：控制系统是用来使被控对象按照一定要求或期望输出的规律进行运动或改变的系统。
2.控制系统的要素：输入、输出、被控对象、控制器、传感器、执行器等。
3.控制系统的分类：开环控制和闭环控制。
4.控制系统的性能评价指标：稳定性、快速性、准确性、抗干扰性、鲁棒性等。
二、数学建模1.控制对象的数学建模方法：微分方程模型、离散时间模型、差分方程模型等。
2.控制信号的形式化表示：开环信号和闭环信号。
三、传递函数和频率响应1.传递函数：描述了控制系统输入和输出之间的关系。
2.传递函数的性质：稳定性、正定性、因果性等。
3.频率响应：描述了控制系统对不同频率输入信号的响应。
四、稳定性分析和设计1.稳定性的定义：当外部扰动或干扰没有足够大时，系统的输出仍能在一定误差范围内稳定在期望值附近。
2.稳定性分析的方法：根轨迹法、频域方法等。
3.稳定性设计的方法：规定根轨迹范围、引入正反馈等。
五、PID控制器1.PID控制器的定义：是一种用于连续控制的比例-积分-微分控制器，通过调节比例、积分和微分系数来实现对系统的控制。
2.PID控制器的工作原理和特点：比例控制、积分控制、微分控制、参数调节等。
六、根轨迹设计方法1.根轨迹的定义：描述了系统极点随控制输入变化时轨迹的变化规律。
2.根轨迹的特点：实轴特征点、虚轴特征点、极点数量等。
3.根轨迹的设计方法：增益裕量法、相位裕量法等。
七、频域分析与设计1.频率响应的定义：描述了系统对不同频率输入信号的响应。
2.频率响应的评价指标：增益裕量、相位裕量、带宽等。
3.频域设计方法：根据频率响应曲线来调整系统参数。
八、状态空间分析与设计1.状态空间模型：描述了系统状态和输入之间的关系。
pid调节器工作原理
pid调节器工作原理
PID调节器是一种常用的控制器，用于自动调节系统的输出以
使其接近设定值。
它的工作原理主要包括三个部分：比例、积分和微分。
首先，比例部分根据当前的测量值与设定值之间的差距，计算出一个比例调节量。
比例调节量与差距成正比，即差距越大，比例调节量越大。
这样可以快速地减小差距，但由于比例关系较简单，会使得系统出现超调现象。
接着，积分部分根据过去一段时间内的差距积累计算出一个积分调节量。
积分调节量与差距的积分成正比，即差距积分越大，积分调节量越大。
通过积分部分的作用，可以消除系统的稳态误差，但积分时间过长会导致系统响应速度变慢。
最后，微分部分根据当前的差距变化率计算出一个微分调节量。
微分调节量与差距的微分成正比，即差距变化越快，微分调节量越大。
微分部分可以提高系统的稳定性和响应速度，但过大的微分调节量会引入噪声和振荡。
将比例、积分和微分的调节量相加，即可得到最终的输出信号，用于控制系统的执行器，使系统的输出接近设定值。
PID调节
器根据实际需要，通过调整三个调节参数的数值大小，可以实现不同的控制效果。
总之，PID调节器通过比例、积分和微分三个部分的配合作用，
根据系统的实际情况动态调整输出信号，以实现系统的自动调节和控制。
pid控制及pid参数设定
授课内容：
• • • •
自动控制原理的一般概念 控制系统的性能指标 P、I、D在控制系统中的作用 PID参数整定方法
1 自动控制规律的一般概念
• 所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况
下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产 过程)的某些物理量(或工作状态)能自动地按照预 定的规律变化(或运行)。完成这一过程的所有元 件与装置组成的整体就称为自动控制系统。
2、PID=Proportion Integration Differentiation
按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为 pid调节器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一 种调节器。Pid调节器结构简单，参数易于调整，在长期 应用中已积累了丰富的经验。特别在工业过程中，由于控 制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生 变化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模 型辨识，但往往不能得到预期的效果，所以人们常采用 PID调节器，并根据经验进行在线整定。由于软件系统的 灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善。 2.1 模拟PID调节器 PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定 值w与实际输出值y进行比较构成控制偏差 • e=w–y • 并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量（如图 4-11-1所示），所以简称为PID调节器。
1.3.2. 稳态响应 如果一个线性系统是稳定的，那么从任何初始条件 开始，经过一段时间就可以认为它的过渡过程已经结束， 进入了与初始条件无关而仅由外作用决定的状态，即稳态 响应。所以稳态响应是指当t 趋于无穷大时系统的输出状 态。稳态响应表征系统输出量最终复现输入量的程度，提 供系统有关稳态误差的信息，用稳态性能来描述。 由此可见，线性控制系统在输入信号作用下的性能 指标，通常由动态性能和稳态性能两部分组成。 1.3.3 稳态性能指标 稳态性能指标是表征控制系统准确性的性能指标，是一 项重要的技术指标，通常用稳态下输出量的期望值与实际 值之间的差来衡量，称为稳态误差。如果这个差是常数， 则称为静态误差，简称静误差或静差。稳态误差是系统控 制精度或抗扰动能力的一种度量。
自动控制原理—PID
自动控制原理—PID自动控制原理中，PID（Proportional-Integral-Derivative）控制是一种常用的反馈控制方法，它可以根据系统的实际输出和期望输出之间的差异来调整控制信号，以使系统迅速而稳定地响应期望状态。
PID控制器由三个部分组成，分别是比例（P）、积分（I）和微分（D）部分。
比例控制部分根据实际输出和期望输出的偏差程度来调整控制信号，使系统快速响应；积分控制部分通过对控制误差的累积来调整控制信号，以消除持续性误差；微分控制部分根据控制误差的变化率来调整控制信号，以提前预测系统的趋势，并加以适当的调整。
具体而言，PID控制器的输出信号可以通过以下公式计算：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)表示控制器的输出信号，Kp、Ki和Kd分别表示比例、积分和微分增益，e(t)表示实际输出与期望输出之间的误差，∫e(t)dt表示误差的时间积分，de(t)/dt表示误差的时间导数。
比例控制部分的作用是调整控制信号与误差之间的线性关系，即通过比例增益Kp来放大误差，从而加大对误差的响应。
如果比例增益过大，可能会导致系统产生过大的振荡；而如果比例增益过小，可能会导致系统响应过慢。
积分控制部分的作用是消除持续性误差，即通过积分增益Ki来对误差进行累积，并调整控制信号。
积分控制部分的引入可以使系统更快地消除稳态误差，但如果积分增益过大，可能会导致系统产生过大的振荡或不稳定。
微分控制部分的作用是预测系统的趋势，并加以适当的调整，从而减小系统的超调量和响应时间。
微分控制部分通过微分增益Kd来调整控制信号，若微分增益过大，可能会导致系统对噪声过于敏感或产生过大的振荡。
PID控制器的设计需要根据具体的系统特性和控制要求进行调整。
一般来说，调整PID参数需要先调整比例增益Kp，使系统能够迅速响应；然后再逐步减小比例增益并增加积分增益Ki，以减小稳态误差；最后再引入微分控制部分，以进一步优化系统的响应特性。
自动控制原理PID控制知识点总结
自动控制原理PID控制知识点总结在自动控制领域中，PID控制是一种常用的控制策略，它能够在系统的稳态和动态性能之间取得良好的平衡。
PID控制的全称为比例-积分-微分控制，它基于系统反馈误差的大小来调整输出信号，以实现对被控对象的精确控制。
本文将对PID控制的原理以及其中涉及的关键知识点进行总结和概述。
I. PID控制的基本原理PID控制的基本原理可以用下述控制方程来表示：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为系统的误差信号，Kp、Ki和Kd分别是控制器的比例、积分和微分增益。
PID控制器根据误差信号的大小和变化率来调整输出信号，从而使系统达到期望的控制效果。
1. 比例控制（Proportional Control）比例控制是PID控制的基础，它根据误差信号的大小与比例增益Kp的乘积来调整输出信号。
比例控制能够通过增大或减小输出信号来减小误差，但它无法使系统完全趋于稳定，且可能导致系统出现震荡现象。
2. 积分控制（Integral Control）积分控制是为了解决比例控制无法使系统稳定的问题而引入的。
积分控制使得输出信号与误差信号的积分有关，即将误差信号累积起来并与积分增益Ki相乘，从而减小系统的静态误差。
然而，积分控制也可能导致系统出现过冲和超调的问题。
3. 微分控制（Derivative Control）微分控制是为了解决积分控制可能导致的过冲问题而引入的。
微分控制考虑了误差信号的变化率，通过乘以误差信号的导数与微分增益Kd的乘积来调整输出信号。
微分控制能够提高系统的动态响应速度和稳定性，但也可能增加系统对噪声的敏感性。
II. PID控制的关键知识点1. 设计PID控制器的方法PID控制器的设计方法有多种，常见的方法包括经验调参法、Ziegler-Nichols方法和模型基准方法等。
根据不同的实际应用场景和系统特性，选择合适的设计方法能够提高系统的控制性能。
自动控制原理实验报告分析
自动控制原理实验报告分析1. 引言自动控制原理是现代工程中非常重要的一门学科。
它研究如何设计和分析能够实现自动化控制的系统，以满足特定的性能要求。
通过实验，我们可以验证控制系统的性能，并深入理解自动控制原理的基本概念和工作原理。
本文将对自动控制原理实验进行详细分析和总结。
2. 实验目的本次实验的目的是研究PID（比例-积分-微分）控制器在温度控制系统中的应用。
通过调节PID控制器的参数，我们可以观察到不同控制参数对系统稳定性、响应速度和超调量等性能指标的影响。
3. 实验步骤本次实验使用了一个温度控制系统。
我们需要调节PID控制器的三个参数（比例增益、积分时间和微分时间）来实现温度的稳定控制。
具体的实验步骤如下：3.1 准备工作在进行实验之前，我们需要确保实验所需的设备和软件已经准备就绪。
这包括温度传感器、温度控制器、计算机等。
3.2 连接系统将温度传感器连接到温度控制器，并将温度控制器连接到计算机。
确保连接正确并稳定。
3.3 设置初始参数在实验开始前，我们需要设置PID控制器的初始参数。
一般情况下，我们可以先将比例增益和积分时间设置为较小的值，微分时间设置为0。
3.4 开始实验启动温度控制系统，并记录温度的变化。
观察温度的稳定性、响应速度和超调量等指标，并记录下来。
3.5 调节参数根据实验结果，我们可以调节PID控制器的参数来改善系统的性能。
通过增大比例增益可以提高系统的响应速度，但可能会导致较大的超调量。
增大积分时间可以减小超调量，但可能会降低系统的稳定性。
调节微分时间可以改善系统的稳定性和响应速度。
3.6 重复实验根据实验结果，我们可以不断调节PID控制器的参数，并进行多次实验，以得到更好的控制效果。
4. 实验结果分析根据实验的记录数据，我们可以对实验结果进行分析。
通过观察温度的变化曲线以及性能指标的大小，我们可以得出如下结论：•较大的比例增益可以提高系统的响应速度，但会导致较大的超调量。
•较大的积分时间可以减小超调量，但会降低系统的稳定性。
自动控制原理与系统部分课后答案孔凡才 第3版 机械工业出版社
课后吧
于是可画出对数幅频特性
如下图所示
课后吧
课后吧
图 （ 4-1）
由于
其中惯性环节的作用占主导地位，因此它是一个相位滞后的环节。
3、题 4-13[解] 由图 4-42 可见，系统的固有部分的传递函数为
图11稳压电源电路的框图及自动调节过程由以上分析可知此系统的输出量为给定值取决于稳压管的稳压值检测元件为构成的分压电路反馈信号为电压负反馈执行元件为调压管放大元件为动量为整流输出电压的波动
课后吧
第 1 章 [疑难问题解答] 思 考 题 ： 1-1 开环控制与闭环控制的特征、优缺点和应用场合 （1）对于开环控制，系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响。
在如图 1-17 所示的电路中，被控量是负载（电阻 ）上的电压 (输出电压)。若不采用稳压
电 源 ，将 负 载 直 接 接 到 整 流 电 路（ 图 中 未 画 出 ）的 输 出 电 压 上 ，则 当 负 载 电 流 增 加（ 减 小）时，整流电源的等效内阻上的电压降落将增加，使整流输出电压 （此时即为负载上的电 压）降低。当然，若电网电压波动，也会使整流输出电压产生波动。设整流输出电压的波动为 △ ，它是造成负载上电压不稳定的主要原因。
如今增设了稳压电路，此时负载上的电压不再是整流电压 ，而是整流电压在经调整管 的调节后输出的电压 。 导通程度愈大，则输出电压 大些，反之将小些。由图可见，调
整管 的导通程度将取决于放大管 的导通程度。 管的发射极电位由电阻 和稳压管 构 成的稳压电路提供恒定的电位。 管基极电位 取决于负载电压 （由 和 构成的分压电 路 提 供 输 出 的 负 载 电 压 的 采 样 信 号 ）。
电阻分压后的 。 由图可见：
《自动控制原理与系统》试题库 试卷3
10.某环节的传递函数为 K ，它的对数幅频率特性 L(ω )随 K 值增加而（ A ）
Ts + 1
A.上移
B.下移
C.左移
D.右移
11.设积分环节的传递函数为 G(s) = K ，则其频率特性幅值 A(ω )=（A ）
s
K
K
1
A.
B.
C.
ω
ω2
ω
1
D.
ω2
12.根据系统的特征方程 D(s) = 3s 3 + s 2 0 3s + 5 = 0 ，可以判断系统为（B ）
C. ωc <ωc′
D.与ωc 、ωc′ 无关
17.在系统中串联 PD 调节器，以下那一种说法是错误的（ D ）
A.是一种相位超前校正装置
B.能影响系统开环幅频特性的高频段
C.使系统的稳定性能得到改善
D.使系统的稳态精度得到改善
18.滞后校正装置的最大滞后相位趋近（A ）
A.-45°
B.45°
C.-90°
A.稳定
B.不稳定
C.临界稳定
D.稳定性不确定
13.二阶系统的传递函数 G(s) =
1
，其阻尼比 ζ 是（C ）
4s2 + 2s +1
A.0.5
B.1
C.2
D.4
14.系统稳定的充分必要条件是其特征方程式的所有根均在根平面的（ B ）
A.右半部分
B.左半部分
C.实轴上
D.虚轴上
15.一闭环系统的开环传递函数为 G(s) = 4(s + 3) ，则该系统为（ C ） s(2s + 3)(s + 4)
1/G1(s)
自动控制原理知识点
第一章自动控制的一般概念1.1 自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎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（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
•测量元件：用以测量被控量或干扰量。
•比较元件：将被控量与给定值进行比较。
•执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：•建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）•分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）•综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
◎放大元件：放大偏差信号的元件。
◎校正元件（补偿元件）：结构参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结一、数学模型与传递函数1.系统的数学模型：数学模型是通过建立系统的数学方程来描述系统的物理特性和行为规律。
2.传递函数：传递函数是描述系统的输入和输出之间关系的函数，它是系统的拉普拉斯变换的比值。
二、系统的稳定性1.稳定性的概念：系统的稳定性是指系统在给定条件下的输出是否能够始终收敛到一个有限的范围内。
2.稳定性判据：稳定性可以通过判断系统的极点位置来确定，例如极点都位于左半平面时系统是稳定的。
3. 稳定性分析方法：常用的稳定性分析方法有根轨迹法、Nyquist稳定判据和Bode稳定判据。
三、系统的时间响应1.系统的单位冲击响应：单位冲击响应是系统对冲激信号的输出响应，它可以通过拉普拉斯变换和反变换求得。
2.系统的单位阶跃响应：单位阶跃响应是系统对阶跃信号的输出响应，它可以通过拉普拉斯变换和反变换求得。
3.响应特性参数：常用的响应特性参数有时间常数、峰值时间、峰值幅值、上升时间、超调量和稳态误差等。
四、控制系统的单一闭环反馈1.开环系统与闭环系统：开环系统是指没有反馈路径的系统，闭环系统是指存在反馈路径的系统。
2.单位负反馈控制系统：单位负反馈控制系统是指闭环系统中反馈信号与输入信号的比例为-1的系统。
3.闭环系统的稳态误差：稳态误差是指系统在达到稳定状态后，输出与期望输出之间的偏差。
4.稳态误差的计算和减小方法：可以通过增大控制增益、引入积分环节或者采用预估控制来减小稳态误差。
五、PID控制器1.PID控制器的结构和原理：PID控制器是由比例环节、积分环节和微分环节组成的控制器。
比例环节根据当前误差来调节输出，积分环节根据累积误差来调节输出，微分环节根据误差变化率来调节输出。
2.PID调节器参数整定方法：常用的整定方法有经验整定法、频域法和模拟优化等。
六、根轨迹法1.根轨迹的概念和性质：根轨迹是描述系统极点运动规律的图形,它是由系统的传递函数特征方程的根随一个参数的改变轨迹而形成的。
自动控制原理与系统第6章 自动控制系统的校正
④ 比例微分校正对系统的稳态误差不产生直接的
结论：
比例微分校正将使系统的稳定性和快 速性改善，但抗高频干扰能力明显下降。
由于PD校正使系统的相位前移，所 以又称它为相位超前校正。
Integral Derivative Compensation ) (相位滞后-超前校正)
Tm 为伺服电动机的机电时间常数，设 Tm 0.2s ；Tx 为检测滤波时间常数，设 Tx 10ms 0.01s ；k1 为系
统的总增益，设 K1 35
随动系统固有部分的传递函数为：
G1
s
降低增益，将使系统的稳定性改善，但使系统的稳
态精度变差。若增加增益，系统性能变化与上述相反。
•应用:
调节系统的增益，在系统的相对稳定性和稳态精度
之间作某种折衷的选择，以满足(或兼顾)实际系统的要
求，是最常用的调整方法之一。
3、比例-微分(PD)校正(Proportional-Derivative） (相位超前校正)
串联校正是将校正装置串联在系统的前向通路中，来
改变系统结构，以达到改善系统性能的方法。
2、比例（P）校正（Proportion Compensation） 举例分析:
图6-1为一随动系统框图，图中G1 s 为随动系统的固
有部分的传递函数。
若G1 s 中，K1=100，T1=0.2s，T2=0.01s；则系统固
s T1s 1 s 0.1s 1 s 0.1s 1
图6-6 比例积分校正对系统性能的影响
增设PI ① 系统由0型系统变为Ⅰ型系统，从而实现了无
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自动控制原理与系统
比例积分微分（PID）控制对控制过程的影响
PID 控制规律吸取了比例控制的 快速反 应 功能、积分控制的 消除余差 功能和微分
控制的 预测 功能，从控制效果看，是比较
理想的一种控制规律。 阶跃响应特性可以看作是 PI 阶跃响应 曲线PD阶跃响应曲线的叠加。 因为PID三作用控制器需要整定比例度、
自动控制原理与系统
项目二 PID调节器
自动控制原理与系统
前导知识
• P——比例作用 • I——积分作用 • D——微分作用
• 组合方式：P、PI、PD、PID
自动控制原理与系统
比例控制原理
偏差信号
控制作用
c（t） K P r（t）
控制器的输出与偏差信号输入成比例关系
自动控制原理与系统
常见的比例环节
自动控制原理与系统
PID参数整定方法——经验凑试法
温度：容量滞后较大，一般积分时间较大 常用PID调节规律。 流量：滞后很小，时间常数小，测量信号中杂有噪音 用PI调节规律，比例度要大，积分时间可短些。 压力：介质为液体的滞后较小，介质为气体时的滞后中等 用P或PI调节规律。 液位：滞后不大，一般控制要求不高 用P或PI调节规律，比例度也要大。
自动控制原理与系统
比例控制特点 • 一是动作快，控制器输出几乎与偏差信号 同时发生
• 二是有差控制，系统从一个稳定的状态达
到另一个稳定的状态（因为调节机构的位
移u与被控量的偏差e有一一对应的关系）
自动控制原理与系统
比例（P）控制实例：浮子水位控制
自动控制原理与系统
比例（P）控制实例：浮子水位控制
自动控制原理与系统
积分饱和
自动控制原理与系统
积分饱和
定义：由于某种原因（阀门关闭、泵故障等），被 调量的偏差一时无法消除，然而控制器还是要试图校正 这个偏差，结果经过一段时间后，控制器的输出将达到 某个限制值并停留在该值上，这种情况称为积分饱和。 经常发生在间歇过程的控制中。
抗积分饱和措施：限幅法；积分切除法。
自动控制原理与系统
微分（D）对控制过程的影响
理想微分控制器 输出变化量与输入偏差的变化
e
速度成正比。
t0
t
微分时间
de y Td dt
u
∞ t0 t
在阶跃信号输入的瞬间，控制 器的输出为无穷大，其余时间输出 为零。
自动控制原理与系统
比例微分（PD）对控制过程的影响
e
t u
比例微分输出的大小与偏差变
专家控制
• 专家控制：将专家或现场操作人员的知识和经验
总结成知识库，形成很多条规则，并利用计算 机，通过推理来实现控制。 • 专家系统主要由知识库、数据库、推理机、解释 机制、知识获取5个部分组成
自动控制原理与系统
专家控制
• 水温很低，则控制量最大；
• 水温很高，则控制量最小；
• 水温较低且没有上升，则控制量很大； • 水温较低且缓慢上升，则控制量较大；
自动控制原理与系统
人工操作中的积分控制过程
热量
温度
偏差
控制电压
自动控制原理与系统
积分控制的阶跃响应曲线
TI 小
TI 大
自动控制原理与系统
比例积分（PI）控制特点
• • • • 无差控制
比例控制为主
积分控制为辅（仅用于消除稳态误差）
比例、积分作用的参数要相互配合
自动控制原理与系统
比例积分（PI）对控制过程的影响
自动控制原理与系统
比例度(1/Kp)对控制过程的影响
比例度的选择原则: 若对象的滞后较小， 时间常数较大以及放大 倍数较小，那么可以选 择小的比例度来提高系 统的灵敏度，从而使过 渡过程曲线的形状较好。 反之，为保证系统的稳 定性，就要选择大的比 例度来保证稳定。
自动控制原理与系统
积分控制原理
c(t )
自动控制原理与系统
神经网络控制——常见人工神经元模型
y f(s ),
s ( w ix i )
i 1 n
xi——输入信号； y ——输出信号; wi——连接权系数（权值）；
θ——阈值，一般为0
自动控制原理与系统
神经网络控制——人工神经元的学习原理
K
Μi
——第k次学习；
——学习速率;
自动控制原理与系统
比例微分（PD）对控制过程的影响
优点：能提高系统的响应速度，
同时改善过程的动态品质，抑制过渡过 程的最大动态偏差，有助于提高系统 的稳定性。
不足：不适用于流量、压力等一些
变化剧烈的过程。其次，当微分作用太
强时会导致系统中的控制阀频繁开启，
容易造成系统振荡。 PD控制一般总是以比例动作为主
自动控制原理与系统
单纯的比例控制器特点
• 单纯的比例控制器并不能保证温度完全达到期望的温 度值，通过反馈调节虽然可以使偏差减小，但是没有 办法使偏差最终消除。
•
结构最简单，只有一个可调节参数，就是比例系数。
如果设置过大，会调节过头，容易引起系统输出的振 荡；反之，如果比例系数过小，调节作用太弱，系统 变化过于缓慢。
积分时间和微分时间 三个变量 ，而在实际
工程上是很难将这三个变量都整定到最佳 值。
自动控制原理与系统
各种调节规律的特性比较
u(t)
1
2
t0
3 4
t
（1）无控制，输出有较大偏差。 （2）比例,偏差ε稳定后，输出有固定静差。
（3）比例+积分,偏差ε稳定后，输出无限制地消除静差。 （4）比例+积分+微分,能够快速跟踪偏差ε的变化，消除稳定误差。
化速度及微分时间Ｔd成正比。微分
时间越长，微分作用越强。
t 理想PD控制器
自动控制原理与系统
比例微分（PD）调节器
R2 KP R1
K d R3C1
自动控制原理与系统
微分时间常数(Td)对控制过程的影响
减小被调量的 动态偏差，缩 短调节时间。 有超前作用， 使偏差消失于 萌芽中，提供 系统稳定性的 作用。
• 智能控制在很多情况下确实行之有效，具有常规控制无法
比拟的优越性，特别是受控系统及所处环境都比较复杂时。
自动控制原理与系统
智能控制分类
• 专家控制；
• 模糊控制； • 神经网络控制；
• 学习控制； • 遗传算法； • 进化控制； • 基于规则的仿人智能控制； • 多级递阶智能控制
自动控制原理与系统
• 专家控制和模糊控制都是在宏观的外在功能上模仿
大脑的分析和决策作用，而神经网络控制则是基于 人脑神经组织的结构来模拟人脑的生理作用； • 单个神经元结构和功能都很简单，但大量的神经元 结合在一起却可以做复杂的事情；
• 现在主要利用其所具有的强大学习能力，逐步逼近
任意复杂的输入/输出特性，应用于很多领域。
自动控制原理与系统
项目三 基于PID调节的温度控制系统
任务4 智能控制方法
自动控制原理与系统
智能控制
智能控制概念：综合运用自动控制、人工智能、系统科
学等理论和方法，以信息技术为依托，最大程度地效仿人的智能， 实现对复杂系统的控制。
智能控制发展：
• 1967年首次使用“智能控制”一词； • 70年代——初步探索；
• 80年代——加快发展，应用于机器人控制、工作生产控制、
家用电器等领域； • 90年代以后，研究形成高潮，应用面迅速发展到军事、交通、
电力、汽车、建筑等多个领域。
自动控制原理与系统
智能控制和常规控制的比较
• 常规控制系统有成熟的控制理论进行性能分析，而智能控制
系统尚未建立完善的理论体系，仍处于“方法”层面，还 没上升到“理论”层面； • 智能控制规则的制定更多地基于人的直觉和经验，而不是 某个理论体系；
自动控制原理与系统
项目三 基于PID调节的温度控制系统
任务3 PID参数工程整定方法
自动控制原理与系统
PID参数工程整定方法 临界比例度法（稳定边界法） 衰减曲线法
经验法
自动控制原理与系统
PID参数整定方法——临界比例度法
控制作用 P PI
PD
PID
自动控制原理与系统
PID参数整定方法——衰减曲线法
自动控制原理与系统
理想微分环节方框图及响应曲线
c (t ) T
dr ( t ) dt
自动控制原理与系统
微分（D）对控制过程的影响
理想微分控制器 输出变化量与输入偏差的变化
e
速度成正比。
t0
t
微分时间
de y Td dt
u
∞ t0 t
在阶跃信号输入的瞬间，控制 器的输出为无穷大，其余时间输出 为零。
自动控制原理与系统
模糊控制
• 无需建立精确的数学模型，依据操作人员经验和 操作数据，实质上也是一种特殊的专家控制；
• 各环节采用“离散”方式；
• 查询表（e、Δe——u）； • 模糊控制器常常和PID控制结合，动态调节过程中 采用模糊控制，而接近稳态时切换到PID控制。
自动控制原理与系统
神经网络控制
4:1衰减过程曲线
控制作用 P PI
PID
自动控制原理与系统
PID参数整定方法——衰减曲线法
10:1衰减过程曲线
控制作用 P PI
PID
自动控制原理与系统
PID参数整定方法——经验凑试法
经验法是根据控制对象的大致特点，将控制器的整
定参数根据经验设置在某一数值上，使系统投入运行
，反复凑试参数，观察曲线变化，直到达到满意的过 程曲线为止。
1 Ti
t