华北电力大学自动控制原理精
841自动控制原理——初试大纲资料文档
华北电力大学2021年硕士生入学考试初试科目考试大纲科目代码：841科目名称：自动控制原理一、考试的总体要求熟练掌握经典控制理论中控制系统的基本概念、数学模型和分析方法；掌握用时域分析、根轨迹分析法和频率响应分析法综合连续线性定常控制系统；掌握用描述函数、相平面图分析非线性控制系统；掌握离散系统的数学模型和分析方法；掌握现代控制理论状态空间的基本概念和分析方法。
二、考试的内容1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。
开环、闭环控制。
2．数学模型：建立实际系统的数学模型。
微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图；通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。
3．时域分析：一阶、二阶系统的暂态响应。
动态分析及性能指标求法。
稳定的概念、条件，用劳斯判据判定闭环稳定性，确定特征根的分布；误差、稳态误差的概念，典型给定输入、扰动输入下（阶跃、斜坡、抛物线）系统的稳态误差。
4．根轨迹分析法：根轨迹的概念，参量根轨迹等价开环传递函数的确定；180、0度根轨迹的判定；180、0度根轨迹的绘制；根轨迹定性分析（稳定、不稳定区间的确定，单调衰减、振荡衰减区间的确定）。
5．频率响应分析法：频率特性的概念，谐波（正弦、余弦）输入下系统的稳态误差；频率特性曲线、伯德图的绘制；由频率特性稳定判据判定闭环稳定性，确定闭环极点的分布；稳定裕量的概念、求法。
6．线性控制系统的校正：常用校正装置的类型；用频率法在伯德图上进行超前、滞后校正来满足性能指标要求。
7．非线性系统分析：非线性系统描述函数的概念，非线性系统描述函数分析（系统稳定性，自振荡、自振荡稳定性、自振频率、自振振幅）。
8．离散系统分析：离散系统求脉冲传递函数（阶跃、斜坡、抛物线函数的Z变换）；判定离散系统的闭环稳定性（稳定条件、稳定判据）；求典型输入（阶跃、斜坡、抛物线）下的稳态误差。
9．现代控制理论基础：建立系统的状态空间模型并求取传递函数；模拟结构图；状态空间方程求解；能控性、能观性；结构分解与最小实现；线性定常连续系统的离散化；用Lyapunov稳定判据判断系统的稳定性；利用状态反馈配置极点；设计降维、全维状态观测器。
华北电力大学(北京)2012年《自动控制原理》考研试题(回忆(精)
2012华北电力大学841自动控制原理考研做真题
1:关于液位控制的,有浮子,阀门,电动机,减速器,让画出结构图,再分析是什么类型的系统。
貌似经常见得题目。
2:给定一个传递函数,大概是G(s=N(s/(s+p1(s+p2.......(s+pn.求在r(t=Rmsin(wt时的稳态输出。
3:画根轨迹的,G(s=k(s-2/s(s+a.第一问是给定a=2,划相应的根轨迹。
然后求,临界稳定和没超调时的阻尼系数。
第二问给定k=2,画关于a的根轨迹。
并求阻尼系数为根号下二分之一时的a值
4:关于幅相特性曲线的。
具体传递函数忘了。
不过有个震荡环节的。
好像是Ⅰ型的。
要补线的。
5:离散系统的。
有个零阶保持器,还有个传递函数,具体形式忘了。
求系统稳定性。
输出响应。
6:描述函数来判断系统的稳定性。
x>0时y=1,x<0时y=-1...第一问求描述函数,第二问是求系统的稳定性。
给定的传递函数好像是G(S=1/s(s+1(s+2.具体记不太清楚了。
然后求自震频率,和振幅。
7:给定一个电路图,求系统的状态空间。
8:二阶的状态空间,求输出响应和传递函数,跟11年的真题差不多的题目。
9:三阶的状态空间。
判断能控性。
若能控则化成能控规范性,若不能控,则进行能控性分解。
2013年华北电力大学(北京)自动控制原理初试回忆(精)
2013年华北电力大学(北京自动控制原理初试考题
一.列写微分方程,画结构图,关于电动机的,
二.关于Bode图,反推传递函数,带有谐振峰值(震荡环节,
三.根轨迹,类似于12年,给定传递函数绘制正反馈以及负反馈情况下的根轨迹
并判断稳定性,G(s
=(s+1/s*s (s+2(s+4
四.两问(1状态反馈规律配置极点-1,-2(好像是;
(2设计全维状态观测器配置极点-3, -4
五.两问(1给定状态空间表达式,确定动态性能指标:峰值时间,调节时间,超调量
(2求输出响应X(0 =[1,1]’U=1t
六. 状态空间表达式化能控能观标准型。
给定的是:三阶状态空间表达式
七. 由幅相曲线确定系统稳定时K的范围,
一型曲线,与负实轴交点分别为-2.5,-2,-1.5,-0.8, -0.4
八.离散系统,重点考察拉氏变换的两个重要性质(第
二个,
九.非线性系统,描述函数的基本题型给定了线性与非线性函数,
G(s=Ks/s(0.1s+1(0.2s+1 N(A是饱和非线性的描述函数。
华北电力大学自控第一次课课件
自动控制系统应用实例----机器人
课程的主要内容 及承上启下的关系
控制系统的 数学模型
时域分析法
根轨迹分析法
频域分析法
简单控制系统的 性能设计方法
根轨迹法 设计与校正 （定量）
频域法 设计与校正 （定量）
本课程 涉及到的 基础理论知识
Laplace变换 付氏变换
电路基础知识
线性微分方程的求解
模电基础知识
掌握“全面评价过程控制系统控制水平”的能力； 了解“改善控制系统性能”的基本方法； 了解“设计满足用户要求的控制系统”的基本思路。
主要内容及承上启下的关系 本课程涉及到的基础理论知识
火电厂电力生产过程综合自动化
水、煤
热能
机械能
电能
民用自动化设备
全自动洗衣机---空调----温度控制系统 洗衣程序控制系统
稳定性
稳态性能
动态性能
前馈控制方案举例
补水流量
优点： 调节速度快； 结构简单，造价低。 缺点： 抗干扰能力单一； 调节品质难以保证。
用水流量
如何学好？？？
有意义 ——有兴趣 ——有准备（复习基础理论知识跟上课程节奏） ——有毅力（适当预习、复习、按时完成作业） ——有收获 ——有成功！！！
1、48学时 2、MATLABL软件支持 3、作业随机抽查 4、课堂测验 5、结课验收闭卷考试 6、实验10%；平时成绩20%；考试70%
执行器 检测变送器
被控对象
第三节 自动控制系统分类
类别
按系统 结构分类 按给定值 特性分类 按系统模型 特征分类 按执行机构 特性分类 按系统传 输信号形式分类 闭环
控制系统名称
开环 （反馈） （前馈） 串级 复合
华电自动控制原理课件4(精)
单元总结主要内容习题类型单元练习
主要内容稳定性分析：稳定的条件、稳定判据、判据的推广。
稳态性能分析：稳态误差的定义、稳态误差的计算（基于终值定理和基于结构计算稳态误差）、误差与系统结构参数的关系、减小或消除系统稳态误差的措施。
动态性能分析：一阶系统性能指标、典型二阶系统性能指标、高阶系统性能指标的估算。
稳定性分析稳态误差的计算• 典型结构和典型输入下的稳态误差；• 非典型结构稳态误差的计算• 改变结构或调整参数改善稳态性能动态性能指标的计算• 一阶系统• 标准二阶系统• 高阶近似简单控制系统的设计• 稳定性设计• 稳定性和稳态性能设计• 动态性能指标的设计
一、系统方框图如下所示 1判断系统的稳定性； 2当两个前馈信号断开时,求给定和扰动均为单位阶跃时系统的稳态总误差； 3恢复前馈信号，再求系统的稳态总误差； 4简述两个前馈信号各自的作用； 5问前馈信号的取舍对系统的稳定性
有无影响？（参考答案：1）稳定；2）essr=1/3,essn=-1/3,ess=0; 3
essr=0,essn=0,ess=0; 4略；5）略。
单元练习二、单位负反馈系统开环传递函数如下，用Routh判据判系统稳定的K值；确定K为何值系统发生持续的等幅振荡，求振荡角频率。
（参考答案：k>14/3; k=14/3,
=11.83 w 三、已知单位负反馈系统闭环传递函数为如下（a，b为正数），K取何值时系统对单位斜坡输入时无差。
参考答案：k=a。
华北电力大学自动控制原理(精)
FB ( t ) f
d y( t ) dt
Fk ( t ) k y ( t )
d2y (t ) d y (t ) m f k y (t ) F(t ) 2 d t dt
关注：系统中蓄能元件的个数与微分方程阶 数的关系。
机械旋转实例
解题依据J a
传递函数的特征及性质
1、传递函数表征了系统对输入信号的传递能力，是系统的 固有特性，与输入信号类型及大小无关。 2、传递函数只适用于线性连续定常系统。 3、传递函数仅描述系统的输入/输出特性。不同的物理系统 可以有相同的传递函数。同一系统中，不同物理量之间对 应的传递函数也不相同。 4、初始条件为零时，系统单位脉冲响应的拉氏变换为系统 的传递函数。 5、实际系统中有n≥m，n称为系统的阶数； 6、传递函数是系统性能分析的最简形式之一。
第二章 线性连续控制系统的数学模型
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 基本概念 微分方程的建立 传递函数 动态结构图（方框图） 动态结构图的等效变换求传递函数 信号流图和梅逊增益公式 控制系统的典型传递函数 典型环节的传递函数
第一节 基本概念
一、控制系统数学模型的定义 描述系统输入与输出动态关系的数学表达式。 二、建立控制系统数学模型的意义 数学模型是进行控制系统性能分析的前提条件。 三、建立控制系统数学模型的方法 1、理论建模* 2、试验建模 3、系统辨识 四、控制系统数学模型的几种形式 1、微分方程 2、传递函数* 3、频率特性*
Ja La d 2ω Ja R a dω Keω U a 2 K C dt K C dt
（空载Ml=0）
液位系统线性化模型求取应用实例
解题依据——流体力学的相关定律 求取过程
【华北电力大学841自动控制原理】真题精讲课程—讲义5.25 - 副本
华北电力大学841自动控制原理（真题精讲课程内部讲义）海文考研专业课教研中心《841自动控制原理》 真题精讲课程讲义——————————————————————————————————————————————————————————目录1.1 真题分析 ....................................................................... 2 1.2 真题剖析 ....................................................... 错误！未定义书签。
1.2.1 2011年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2 2010年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.3 2008年真题 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.3真题剖析要点总结 ................................................ 错误！未定义书签。
1.3.1常考题型分析总结 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
华北电力大学2019年硕士研究生入学考试初试科目考试大纲845自动控制原理基础
华北电力大学2019年硕士研究生入学考试初试科目考试大纲
845自动控制原理基础
华北电力大学2019年硕士生入学考试初试科目考试
大纲
考试科目编号：845
考试科目名称：自动控制原理基础
一、考试的总体要求
熟练掌握经典控制理论中控制系统的基本概念、数学模型和分析方法；掌握用时域分析、根轨迹分析法和频率响应分析法综合连续线性定常控制系统；掌握现代控制理论状态空间的基本概念和分析方法。
二、考试的内容
1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。
开环、闭环控制。
2．数学模型：
建立实际系统的数学模型。
微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图；通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。
3．时域分析：
1。
华北电力大学 自动控制原理 计算机控制实验报告
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华 北 电 力 大 学 实 验 报 告 实验七 【例 10-25】已知负反馈系统的开环传递函数为 G(s)= 特性曲线，并判断闭环根的分布及闭环稳定性。 解：系统开环传递函数的分子、分母均含有不稳定环节，因此在手绘时很容易出错。 num=[10 -20 50];den=conv([1 2],[1 -0.5]);nyquist(num,den) 系统的 Nyquist 曲线如下图所示，因为右半平面的开环极点数 p=1，根据奈氏判据，右 半平面的闭环极点数 z=p-(a-b)=1-(1-2)=2，所以闭环系统不稳定。
=ess 已知 R(s)=L[r(t)]=4/S+6/ 化简 ess 得： ;N(s)=-1/S;H(s)=1;
最后得 ess=24/(K1*K2)+1/K1；其中 1/K1 为扰动误差； 如图在 SIMULINK 环境下搭建如下的系统：
取 K1=4，K2=6，稳态误差 ess=24/(K1*K2)+1/K1；则 ess=1.25。 扰动误差 ess1=1/K1，要是在要是减少扰动误差，则有公式可以看出需要增大 K1； 或者改变 K1 或者 K2，由 Scope 可以看出扰动误差的最终变化情况：
10 （s 2 2 s 5） ，试绘制幅相频率 ( s 2)( s 0.5)
实验八
2 【例 10-26】二阶系统开环传递函数为 G(s)= 2s 5s 1 ，利用 Nyquist 曲线求单位负 s 2 2s 3
反馈构成的闭环系统的稳定性。 解：在给出开环传递函数的时候，能够通过开环传递函数求得其极点的 个 数，然后通过图形判断绕（-1，j0）的圈数 N，通过这两个条件判断其是否稳定。
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1、线性模型的特征—齐次性和叠加性 2、非线性模型线性化问题的提出—理论研究和工程应用的需要 3、线性化的基本方法—静态工作点附近线性化（级数展开） 4、液位系统线性化模型求取应用实例
三、控制系统数学模型特征
1、微分方程的阶数等于整个系统中独立蓄能元件的个数； 2、同一系统选择不同的输入或输出信号，微分方程的形式则不同； 3、数学模型存在的共性是系统性能仿真研究的理论依据。
G H Q (2 r( (ss s R )1 R ) )2 C 1 C 2 s 2 (1 R C R 1 2 R 2 C 2 R 2 C 1 ) s 1
系统微分方程的求取 RCddq2(tt)q2(t)q1(t)RCddht(t h)(t)Rq1(t)
第三节 传递函数
问题的提出 传递函数的定义及表示形式
零初始条件下输出象函数与输入象函数的比值。 有理真分式多项式
a n c (( n t a ) ) 1 c ( a t 0 c ) b m ( r (t ( m ) t b ) 1 r ( ) b t 0 r ) ( m t n )
二、建立控制系统数学模型的意义 数学模型是进行控制系统性能分析的前提条件。
三、建立控制系统数学模型的方法 1、理论建模* 2、试验建模 3、系统辨识
四、控制系统数学模型的几种形式 1、微分方程 2、传递函数* 3、频率特性*
第二节 微分方程的建立
一、微分方程的建立
1、无源电网络模型实例 2、机械位移实例 3、机械旋转实例 4、直流电动机系统实例
（空载Ml=0）
液位系统线性化模型求取应用实例
解题依据——流体力学的相关定律
求取过程
q1(t)
确定系统的输入和输出
建立原始方程组
h(t)
q2(t)
Cddht(t)q1(t)q2(t)q;2(t) αh(t;)
非线性模型线性化
q2(t)αh(t) q2(t)q20(t)dqd2(tt)q20(t[)h(t)h0(t)] q2(t)q20(t)R1[h(t)h0(t)] q2(t)R1h(t)
u r (t)
_
L R
i(t )
C
u c (t)
_
代入消元消除中间变量i(t) ，获仅含输入输出变量的线性连续微分 方程。并化此方程为降幂排列顺序的规范结构形式，得：
Ld C2d uc( 2ttR )d Cd cu (ttu )c(tu )r(t)
机械位移实例
解题依据
运动学定律： 作用力=反作用力 ; ∑F = m a。
q0
Qr(s)Q0(s)c1sH1(s)
Q0(s)
H1(s)H2(s) R1
Q0(s)Qc(s)c2sH2(s)
qc(t)
h2(t) R2
Qc(s)
H2(s) R2
G Q Q (c r( (ss s ) R 1 ) R )2 C 1 C 2 s 2 (1 R C 1 1 R 2 C 2 R 2 C 1 ) s 1
2、传递函数只适用于线性连续定常系统。 3、传递函数仅描述系统的输入/输出特性。不同的物理系统
可以有相同的传递函数。同一系统中，不同物理量之间对 应的传递函数也不相同。 4、初始条件为零时，系统单位脉冲响应的拉氏变换为系统 的传递函数。 5、实际系统中有n≥m，n称为系统的阶数； 6、传递函数是系统性能分析的最简形式之一。
第二章 线性连续控制系统的数学模型
第一节 基本概念 第二节 微分方程的建立 第三节 传递函数 第四节 动态结构图（方框图） 第五节 动态结构图的等效变换求传递函数 第六节 信号流图和梅逊增益公式 第七节 控制系统的典型传递函数 第八节 典型环节的传递函数
第一节 基本概念
一、控制系统数学模型的定义 描述系统输入与输出动态关系的数学表达式。
机械旋转实例
解题依据
运动学定律： 作用力矩=反作用力矩; ∑M = J a
求取过程
输入—动力矩Mf；输出—物体旋转角度θ(t)或角速度ω(t)。
Jd2θ dt2(t)Mf fddθ t
Mf
f
角位移方dd2θ 程 t2f： ddθ tJMf 角速度方dd程 ω tf： ω JMf
关注：同一个系统，选择的输入或输出变量 不同，则数学模型也随之不同。
直流电动机系统实例
解题依据
基尔霍夫定律；
Ra
La
Ia
运动学定律； 直流发电机相关定律。Ua
Ma Ea
ML Ja
求取过程
Uf
if
电网络平衡方程
电动势平衡方程
机械平衡方程 Ja
转矩平衡方程
dLdaω tddIatMaRaIMaLEaMaUaKECIaa
Keω
JaLa KC
d d2ω 2tJK aRCaddω tKeω Ua
G(R C s( ( )s s a bm ns sn m ) ) a bn m 1 1 s sn m 1 1 a b1 1 s s a b0 0N M( (s s) )
输出响应象函数为： C (sG) (sR)(s )
传递函数的特征及性质 传递函数的求取方法
传递函数的特征及性质
1、传递函数表征了系统对输入信号的传递能力，是系统的 固有特性，与输入信号类型及大小无关。
无源电网络模型实例
解题依据——基尔霍夫定律
解题步骤及求取过程
确定图示模型的输入和输出： ur(t) 和uc(t)
依据回路电压定律，设置中间变量回路电流i(t)，从输入到输出建
立原始微分方程组；
L
d i( dt
t) R
i
(
t) 1 C
i ( t ) dtur( t )
1
C
i ( t ) dtuc( t )
传递函数的求取方法及应用举例
方法一：依据系统微分方程求确定输入/输出间的传递函数 方法二：依据原始方程组代入消元求传递函数 方法三：电网络系统可利用复阻抗直接求取传递函数 方法四: 依据系统的输入输出信号求传递函数
方法二举例
qr
解题过程：
h1
R1
h2
R2 qc
qq0r((tt))qh01((tt))R1ch12h(1(tt)) q0(t)qc(t)c2h2(t)
F (t)
k
求取过程
m
输入—外力F(t)；输出—质量模块m的位移y(t)。
y (t)Leabharlann fmdd 2y2 t( t)F (tF )B( t)Fk( t )
FB( t
) f
d y(t) dt
Fk( t)k y ( t)
mdd 2y2t(
t )f d y (tk)y dt
(tF)
(
t
)
关注：系统中蓄能元件的个数与微分方程阶 数的关系。