1 自动控制系统的基本知识
自动控制的基本知识
七、调节过程的品质指标 调节过度过程： 1）等幅振荡 2）扩散振荡 3）衰减振荡 4）非周期过程
1。稳定性：衰减率
Ψ愈大，越稳定。 Ψ=0.75~0.98
2.准确性：准确性是指被控量的偏差大小，它包括动态偏差yM和 静态(稳态)偏差yK 动态偏差:在控制过程中，被控量与给定值之间的最大偏差称为动态偏差. 静态偏差:在控制过程结束后，被控量的稳态值y∞与给定值yg之间的残余
只包含一个容积
单容对象是最简单的热工调节对象，电厂热工生产过程中 许多储水容器，如除氧器、加热器、凝汽器等。
2）多容对象
包含两个或以上容积
（1）有自平衡能力的多容对象： 可用一个迟延时间为τ的纯迟延环节和个时间常数为Tc的惯性环节 近似。
（2）无自平衡能力的多容对象： 可用一个迟延时间为τ的纯迟延环节和一个积分环节近似。
3。阶跃响应特性：比较直观 在阶跃输入信号的作用下，系统的输出特性。 突然的扰动。 在电厂生产过程中，有许多输入信号近似于阶跃信号， 如负荷突然变化，阀门、挡板的开与关等。只要生产 过程允许，一般也比较容易通过控制机构(如控制阀 门)或扰动机构造成一个阶跃输入扰动。所以常在现 场用阶跃响应试验来检验控制系统的工作性能。
3。比例带δ对调节过程的影响
比例带： 3。比例带δ对调节过程的影响
比例带δ 小：调节作用强；
比例带δ太小：调节阀动作过频繁，不稳定。
二、积分调节规律调节器（P）
1。积分规律调节器的动态特性
U (S ) 1 WI ( S ) KP E (S ) Ti s 式中 Si——称为积分规律调节器的积分速度； Ti，——积分时间，习惯上多用积分时间来表示被调量偏差 积累的快慢。 Ti 越小表示偏差积累越快，积分作用越强。Ti是积分规律调节 器的整定参数。
自动控制基础知识总结(环工 给排水专业)
第一章自动控制基本知识1.任何自动化系统都是由被控对象和自动化装置两大部分组成。
2.被控对象是指需要控制的设备、机器或生产过程。
3.自动化装置指实现自动化的工具。
包括：测量元件及变送器，控制器，执行器，定值器，辅助装置（如电源，稳压装置）。
4.自动检测是实现生产过程自动化的首要基础。
5.在自动控制系统中，需要控制工艺参数的生产设备叫被控对象，简称对象。
6.测量元件与变送器在自动控制系统中起着获取信息的作用。
7.控制器：接收测量元件与变送器的信号，根据被控对象的数学模型及控制所要达到的要求，按照一定的控制规律进行运算，并输出相应的信号给执行器。
8.执行器：接收来自控制器的信号，改变操纵变量的大小或符号，从而实现对生产的控制，在过程控制系统中，常用的有电动、气动执行器。
9.定值器：将被控变量的给定值转换成统一信号的装置，以便使给定值送入控制器和测量信号进行比较。
10.在自动控制系统中，被控对象中需要控制的那个参数叫做被控变量。
被控变量要求保持的那个规定值称为给定值（亦称设定值），烦恼影响被控变量偏离给定值的各种因素称为干扰。
11.方框图具有单向传递性。
c（t）是被控对象的被控变量，z（t）是被控对象的测量值，r(t)是被控对象的希望值即给定值，e(t)是给定值与测量值的偏差，e(t)=r(t)-z(t).12.方框图的优点：只要依照信号的流向，便可将表示各元件或设备的方框连接起来，很容易组成整个系统。
与纯抽象的数学表达式相比，它还能比较直观、形象地表示出组成系统的各个部分间的相互作用关系及其在系统中所起的作用。
与物理系统相比，它能更容易地体现系统运动的因果关系。
13.反馈：把系统的输出信号又返回输入端的做法。
14.把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态、15.平衡是暂时的、相对的、有条件的；不平衡是普遍的、绝对的、无条件的。
16.过度过程:自动控制系统在动态过程中被控变量是不断变化的，这种随时间而变化的过程，称为自动控制系统的过度过程，也就是系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰的全过程。
(完整版)自动控制原理知识点总结
@~@自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。
2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。
闭环控制：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，既有被控量对被控过程的影响。
主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。
掌握典型闭环控制系统的结构。
开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。
）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的e来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值ss第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。
即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。
将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。
（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比5.动态结构图的等效变换与化简。
三种基本形式，尤其是式2-61。
主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。
（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。
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。
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。
自动控制系统的基本知识重点表1
自动控制系统的基本知识01.自动控制系统的定义：P6是指带有反馈装臵的闭环控制系统。
从检出偏差到利用偏差进行控制，从而减小或消除偏差这个控制过程却是相同的。
02.自动控制系统的分类：P12恒值控制系统：（自动调整系统）特点：输入信号为某个常数，故称为恒值。
程序控制系统：输入信号不是常数，而是按照一种预先知道的时间函数变化。
随动系统：（伺服系统）输入信号是预先不知道的随时间任意变化的函数。
03.开环与闭环控制的特点：P5、P6开环系统：系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路；开环控制系统的精度，主要取决于标定精度以及控制装臵参数的稳定程度，系统没有抵抗外部干扰的能力，故控制精度较低。
闭环系统：引入反馈环节，将输出量测出来，经物理量的转换后在反馈到输入端，使输出量对控制作用有直接影响；具有很强的纠偏能力，对干扰作用具有良好的适应性；由于采用反馈装臵，导致设备增多，线路复杂。
04.自动控制系统的三个特征：P6在结构上，系统必须具有反馈装臵，并按负反馈的原理组成系统。
由偏差产生控制作用。
控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量尽量接近期望值。
05.自动控制系统方框图的画法：P7、P1106.反馈信号的获得：电动机实际转速n经发电机转换为反馈电压Uf，再反送到系统的输出端。
与给定值Ugd进行比较，从而得到偏差信号：Ue＝Ugd－Uf，Ue经放大器放大后，作为电枢电压控制电动机转速n。
07.负反馈的实现：P5反馈回路使信号的传送路径形成闭合环路，使输出量反过来直接影响控制作用，并按偏差Ue的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差（从而是误差）的控制系统。
反馈信号由系统的输出端测量出来并转换为Uf，再反送到输入端与Ugd进行比较。
08.对自动控制系统的基本要求：P18稳定性（稳）：评价系统在过渡过程中的振荡倾向和重新建立并平衡状态的能力。
快速性（快）：控制系统不但要求稳，而其要求被控量能迅速地按照输入信号所规定的规律变化，即要求系统具有一定的响应速度。
自动控制原理 第1章_自动控制系统的基础知识
第1章 自动控制系统的基础知识
教学重点
了解自动控制系统的基本结构和特点及其 工作原理； 了解闭环控制系统的组成和基本环节； 掌握反馈控制系统的基本要求－稳定性、 动态和稳态性能指标； 学会自动控制系统的类型及本质特征。
●
1.2 自动控制系统的基本原理
1.自动控制系统的基本概念
自动控制：没有人的直接干预，利用控制装置使被控对 象（如生产设备）的工作状态或被控制量按照预定的规 律运行。 ● 自动控制系统：实现上述自动控制的目的，由相互联系 和制约的各部件组成的具有特定功能的整体称为自动控 制系统。
●
2.自动控制系统的组成
教学难点
自动控制系统的基本工作原理，自动控制 系统的结构及特点、组成和基本环节，自 动控制系统的性能指标，自动控制系统的 类型。
概述：在人类社会走向信息化的今天，计算机、 通信、信息处理技术的发展对社会经济以及人类 生活产生了巨大影响。其中，自动控制作为一种 技术手段已经广泛地应用于工业、农业、国防以 及日常生活和社会科学的各个领域。 自控理论：自动控制理论就是研究自动控制共同 规律的科学技术，自动控制原理仅是工程控制论 中的一个分支，是研究控制系统分析和设计的一 般理论。 本章内容：本章是自动控制技术及应用的基础， 主要介绍自动控制的基本原理和概念，自动控制 系统的组成和分类，以及自动控制系统的性能指 标等。
●
2.现代控制理论
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● ●
研究对象：多输入－多输出系统（线性定常或非 线性时变） 研究方法：状态空间方法 代表人物：庞特里亚金（极大值原理）、贝尔曼 （动态规划原理）、卡尔曼（卡尔曼滤波）等
3.大系统理论和智能控制
自动控制原理
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1. 2自动控制系统的组成与系统原理 框图
• 把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节又送回到 输入端的做法叫做反馈。如图1一3所示，把系统的输出信 号通过检测变送装置送回到系统输入端的就是反馈。当系 统反馈信号取负值，并与给定值相加时，属于负反馈;当 反馈信号取正值，与给定值相加时，属于正反馈。自动控 制系统的主反馈一般是负反馈。 • 从系统的输入量r(t)沿着箭头方向到系统的输出量c(t)，称 该信号通道为前向通道。而从系统的输出量沿着箭头方向 到系统的输入端，则称该信号通道为反馈通道。
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1. 4对自动控制系统
• • • • 1.4.2对自动控制系统的基本要求 对一个自动控制系统的基本要求为稳定性、快速性和准确性。 1.稳定性 对任何自动控制系统，首要条件是系统必须稳定。只有系统稳定，才 能正常工作。 • 稳定性是指系统受到扰动作用或给定值发生变化时，其动态过程的振 荡倾向和重新恢复状态的能力。 • 当系统受到扰动作用或给定值发生变化时，被控量就会偏离给定值， 如果经过系统的自身调节，系统能回到或接近原来的给定值，这样的 系统就是稳定的系统;否则，系统不能回到或接近原来的给定值，这 样的系统就是不稳定的系统。
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1. 4对自动控制系统
• 2.快速性 • 快速性是通过动态过渡过程时间的长短来表示的，如图1一11所示。 过渡过程时间越短，则快速性就越好;反之，过渡过程时间越长，则 快速性就越不好。 • 3.准确性 • 准确性是由系统达到稳态时，给定值与实际值之差来体现的，如图1 一12所示。它反映了系统的稳态精度。 稳定性、快速性和准确性往 往是互相制约的。在设计与调试的过程中，若过分强调某方面的性能， 则可能会使其他方面的性能受到影响。
自动控制基本知识
自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。
现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。
这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。
在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。
〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。
空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。
2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。
例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。
例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。
4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。
空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。
自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。
(完整word版)自动控制原理知识点总结
@~@自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。
2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。
闭环控制：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，既有被控量对被控过程的影响。
主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。
掌握典型闭环控制系统的结构。
开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。
）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的e来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值ss第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。
即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。
将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。
（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比5.动态结构图的等效变换与化简。
三种基本形式，尤其是式2-61。
主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。
（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。
自动控制原理知识点
自动控制原理知识点自动控制原理是探讨如何利用各种力量和手段来控制和调节物体或者系统的运行状态的学科。
它是现代科学技术以及工程实践的重要基础，广泛应用于机械、电气、化工、航空航天等领域。
下面将详细介绍自动控制原理的几个重要知识点。
1.控制系统的组成和基本原理控制系统由输入、处理器、输出和反馈四个基本部分组成。
输入是所要控制的物理量或信号，处理器是处理输入信号的部分，输出是系统输出的目标物理量或信号，反馈将输出信号与输入信号进行比较并反馈给处理器进行调节。
控制系统的基本原理是通过调节输入信号，通过反馈来使系统的输出达到期望值。
2.传递函数和状态空间法传递函数是描述线性系统输入输出关系的函数，它是一个复变量的函数。
通过传递函数可以对系统的动态特性进行分析和设计。
状态空间法是一种描述系统行为的方法，用状态向量和状态方程来描述系统的动态特性和稳定性。
3.PID控制器PID控制器是最常见的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分使控制器的输出与误差成正比，积分部分用于处理系统的静差，微分部分用于预测系统未来的状态。
通过调节PID控制器的参数，可以实现系统的稳定性和响应速度的优化。
4.反馈控制反馈控制是将系统的输出信号反馈给系统的输入端进行调节的一种控制方式。
反馈控制可以使系统对扰动具有一定的鲁棒性，能够提高系统的稳定性和减小误差。
5.系统稳定性和瞬态响应系统稳定性是指当系统输入和参数在一定范围内变化时，系统输出是否会有无穷大的增长。
常用的判断系统稳定性的方法有稳定判据和根轨迹法。
瞬态响应是系统在调节过程中输出的变化过程，包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
6.系统优化和自适应控制系统优化是指通过调节系统参数使系统达到最佳性能的过程。
自适应控制是指系统能够根据外部环境和内部参数的变化自主调整控制策略的过程。
优化和自适应控制可以使系统具有更好的鲁棒性和适应能力。
7.数字控制系统数字控制系统是利用数字计算和逻辑运算进行控制的一种控制方式。
自动控制基础知识.详解
例2：“是”函数的真值 表
例3：“与”函数的真值 表
例4：“或”函数的真值 表
三、卡诺图
卡诺图：就是按一定规则画出的方块图。
图中一个方块就代表变量的一种取值情况，和真值表类似， 有n个逻辑变量，在卡诺图中就有2n 个格。
0 a1
aa
图1.19 单变量 卡诺图
3 复合控制
计算
给定值
计算
执行
测量
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.7 复合控制框图
§1.2 传递函数与环节特性
一、比例环节
其传递函数为：
特点：当输人信号变化时，输出信号会同时以一定的比例 复现输入信号的变化。
x(t)
y(t)
A A
KA A
图1.8 比例环节动态特性
二、一阶环节
其传递函数为： 特点：当输入信号x(t)作阶跃变化后，输出信号y(t)立刻以
“非”函数可用常闭开关符号代表：
“非”函数的基本性质如下：
(2) 双变量(多变量)运算
设变量“a、b、c、d…”，函数S，有如下运算： a．“与”函数
又称“逻辑乘”，表示“同时”、“共同 ” 等价表于达两式个为常：开开关串联：
基本性质： 置换律： 结合律： 几个特殊关系：
当有n个变量时，“与”函数可表示为： 上述性质均成立
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
uห้องสมุดไป่ตู้
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结一、自动控制系统的基本概念自动控制，简单来说，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象按照预定的规律运行。
一个典型的自动控制系统通常由控制对象、控制器、测量元件和执行机构等部分组成。
控制对象就是我们要控制的那个东西，比如一个电机、一个温度场或者一个生产过程。
控制器则是根据输入的偏差信号，按照一定的控制规律产生控制作用，去驱动执行机构。
测量元件负责测量被控量，并将其转化为电信号反馈给控制器。
执行机构接受控制器的控制信号，对控制对象施加作用。
自动控制系统按照有无反馈可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的输出量对系统的控制作用没有影响，结构相对简单，但控制精度较低。
闭环控制系统则将输出量反馈回来与给定值进行比较，形成偏差，然后根据偏差来调整控制作用，因此控制精度高，但系统相对复杂，可能会出现稳定性问题。
二、控制系统的数学模型要对一个控制系统进行分析和设计，首先要建立它的数学模型。
数学模型就是用数学语言来描述系统的输入、输出和内部状态之间的关系。
常见的数学模型有微分方程、传递函数和状态空间表达式。
微分方程是最基本的描述形式，但求解比较复杂。
传递函数则是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
它可以方便地分析系统的频率特性和稳定性。
状态空间表达式则能更全面地描述系统的内部状态和动态特性。
建立数学模型的方法有分析法和实验法。
分析法是根据系统的物理规律和结构，推导出数学方程。
实验法则是通过对系统施加输入信号，测量输出响应，然后用系统辨识的方法得到数学模型。
三、控制系统的时域分析时域分析是直接在时间域上研究系统的性能。
主要的性能指标有稳态误差、上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
稳态误差反映了系统的准确性，它与系统的类型和输入信号的形式有关。
对于单位阶跃输入， 0 型系统有稳态误差，1 型及以上系统稳态误差为零。
上升时间、峰值时间和调节时间反映了系统的快速性。
自动控制原理知识点归纳
自动控制原理知识点归纳1.控制系统的基本概念：-控制对象：需要被控制的对象，可以是一个物理系统、电子设备或生产工艺等。
-控制器：用于监测和调节控制对象的设备或程序，根据输入信号产生输出信号以实现控制。
-反馈：通过采集控制对象的输出信息，并与给定的参考信号进行比较，形成误差信号，作为控制器的输入信号。
-开环控制和闭环控制：开环控制仅根据输入信号直接控制对象，闭环控制则根据反馈信号和误差信号来调节控制器的输出信号。
2.控制系统的数学模型：-状态空间模型：使用微分方程或差分方程描述控制对象的状态变化及其对输入和输出的影响。
-传递函数模型：通过拉普拉斯变换将控制系统描述为输入和输出之间的传递函数。
传递函数描述了系统对输入信号的响应过程。
3.控制系统的稳定性分析：-稳定性定义：稳定性是指控制系统的输出在无穷远处有一个有限的稳定值或震荡在一些范围内。
-稳定性判据：利用特征方程的根的位置或特征值来判断控制系统的稳定性。
- 稳定性分析方法：Bode图法、Nyquist图法、根轨迹法等。
4.控制系统的性能指标：-响应速度：指控制系统从输入信号发生变化到输出信号稳定在其稳定值所需要的时间。
-精度：指控制系统输出信号与给定信号的误差大小。
-稳定度：指控制系统输出信号在稳定状态下的波动程度。
-鲁棒性：指控制系统对参数变化、外部扰动和测量误差的抗干扰能力。
5.控制器的设计方法：-比例控制器：根据误差信号的大小，直接乘以比例系数后作为控制器的输出信号。
-积分控制器：根据误差信号的积分值，乘以积分系数后作为控制器的输出信号，用于消除系统的稳态误差。
-微分控制器：根据误差信号的变化率，乘以微分系数后作为控制器的输出信号，用于提高系统的快速响应能力。
6.控制系统的频域分析：-频率响应：描述控制系统在不同频率下对输入信号的变化如何进行响应的性能。
-奈奎斯特稳定判据：通过绘制控制系统的奈奎斯特曲线，判断系统的稳定性和相位裕度。
-传递函数：利用拉普拉斯变换将控制系统描述为输入和输出之间的传递函数，从而分析系统的频率特性。
自动化专业考试知识点总结
自动化专业考试知识点总结一、自动控制基础知识1、控制系统的基本概念（1）控制系统的定义和组成（2）控制系统的分类（3）控制系统的特点2、控制系统的数学模型（1）动态系统的数学建模（2）常见控制系统的数学模型（3）系统的时域分析和频域分析3、控制系统的稳定性分析（1）系统的稳定性概念（2）连续时间系统的稳定性分析（3）离散时间系统的稳定性分析4、控制系统的性能指标（1）阶跃响应的性能指标（2）频率响应的性能指标（3）系统的灵敏度分析二、自动化技术1、传感器与执行器（1）传感器的分类及特点（2）传感器的工作原理（3）执行器的分类及特点（4）执行器的工作原理2、PLC技术（1）PLC的基本概念（2）PLC的组成和工作原理（3）PLC的程序设计语言（4）PLC的应用3、人机界面技术（1）人机界面的基本概念（2）人机界面的设计原则（3）人机界面的开发工具（4）人机界面的应用4、工业控制网络（1）工业控制网络的分类（2）工业控制网络的组成和工作原理（3）工业控制网络的应用5、自动化生产系统（1）自动化生产系统的基本概念（2）自动化生产系统的组成和特点（3）自动化生产系统的应用案例三、控制系统设计1、控制系统的设计方法（1）经验设计方法（2）分析与合成法（3）优化设计方法2、根轨迹法（1）根轨迹法的基本原理（2）根轨迹法的应用3、频域法（1）Bode图的绘制及应用（2）Nyquist图的绘制及应用（3）频域法的应用4、状态空间法（1）状态空间模型的建立（2）状态反馈控制器（3）状态观测器设计5、系统辨识与参数估计（1）系统辨识的基本原理（2）参数估计的方法（3）系统辨识与参数估计的应用四、自动控制系统的应用1、机械运动控制系统（1）位置控制系统（2）速度控制系统（3）力控制系统2、温度控制系统（1）恒温控制系统（2）恒湿控制系统（3）温度变送器的特性及应用3、流量控制系统（1）开环控制系统（2）反馈控制系统（3）流量变送器的特性及应用4、压力控制系统（1）压力控制的方法（2）压力传感器的特性及应用5、光电控制系统（1）光电传感器的特性及应用（2）光电控制系统的设计原则（3）光电控制系统的应用案例五、现代控制理论1、模糊控制（1）模糊集合的概念（2）模糊控制系统的基本原理（3）模糊控制系统的应用2、神经网络控制（1）神经元的模型（2）感知器的工作原理（3）神经网络控制系统的应用3、自适应控制（1）自适应控制系统的基本原理（2）自适应控制系统的应用4、鲁棒控制（1）鲁棒控制系统的基本原理（2）鲁棒控制系统的应用5、多变量控制（1）多输入多输出系统的模型（2）多变量控制系统的设计原则（3）多变量控制系统的应用案例六、自动化系统的维护与管理1、维护管理的基本概念（1）维护管理的目标（2）维护管理的原则（3）维护管理的方法2、故障诊断与排除（1）故障诊断方法（2）故障排除技术3、安全防护技术（1）安全控制系统的基本原理（2）安全防护措施的设计原则（3）安全防护技术的应用4、自动化系统的管理与优化（1）自动化系统的数据采集与分析（2）自动化系统的绩效评估与改进（3）自动化系统的管理与优化案例以上就是自动化专业考试知识点的总结，希望能帮助大家系统地复习和掌握相关知识。
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。
自动控制原理各章知识精选全文完整版
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
自动控制原理基本知识点
自动控制原理基本知识点21.控制(Control):是指为了改善系统的性能或达到特定的目的,通过对系统有关信息的采集和加工而施加到系统的作用。
2.自动控制(Automatic Control):是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。
3.自动化(Automation):是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。
4.自动控制系统(Automatic Control System):由控制器、执行器、传感器和被控对象等相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
5.系统(System):是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。
6.信息(Information):是指符号信号或消息所包含的内容,用来消除对所关心的客观事物认识的不确定性。
7.反馈(Feedback):是指将系统的实际输出和期望输出进行比较,形成误差,从而为确定下一步的控制行为提供依据。
8.科学(Science):是指对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验,从而发现规律,并对各种定量规律予以验证和公式化的知识体系。
9.技术(Technology):是指人类根据自身生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动,是人类活动的一个专门领域。
10.工程(Engineering):是指应用科学知识和科学原理使自然资源最好地为人类服务的专门技术。
11.对控制系统的基本要求:稳定性、快速性、准确性。
12.模型:是对于对象和过程的某一方面本质属性的一种表述。
13.控制系统的数学模型:是描述系统输入、输出变量,以及内部各变量之间关系的数学表达式。
14.传递函数:线性定常系统在零初始条件下,输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比,用G(s)表示。
零初始条件:是指在t=0时刻,系统的输入、输出及其它们的各阶导数均为零。
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根据调速指标确定拖动方案: D=2~3，有级调速，选多速电动机; D< 3，有级调速，重载启动、短时工作， 选线绕式异步电动机； D=3~10，无级调速，不经常正反转，选滑 差电动机；经常正反转、经常低速运行，选 晶闸管直流拖动系统； D=10~100，采用晶闸管直流拖动系统和交 流变频调速系统. D>100，交流变频调速系统
2011-9-19
1.7 自动控制系统的基本要求
稳定性、快速性、准确性
2011-9-19
1.8 PID控制器
控制器对偏差信号△U进行加工、处理，使其输出 信号随着偏差信号的变化而变化的规律——控制规 律，也称 控制算法。 PID控制是最古老、最成熟、使用经验最丰富的一 种控制规律。 PID控制分三种基本控制： 比例控制——P控制 积分控制——I 控制 微分控制——D控制
自动调速系统的技术指标
1. 静态技术指标
(1)调速范围D：电动机在额定负载下所允许的最高 转速和在保证生产机械满足静差度的 前提下所能达到的最低转速之比。
nmax D nmin
对于非弱磁的调速系统，最高转速就是电动机的 额定转速。
2011-9-19
(2) 静差度（率）S
静差度：即转速变化率，也叫稳定度。
2011-9-19
闭环控制系统 其特点是输入量与输出量之间既有正向 的控制作用（前向通道），又有反向的反馈 控制作用，形成一个闭环，并按偏差的性质 产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制 系统，又称反馈控制系统。 闭环控制系统具有很强的纠偏能力，对干扰 作用具有良好的适应性。
2011-9-19
3. 尽管△U=0，但是UO却可以不等于零。 “无输入，但有输出”。
2011-9-19
优缺点
积分控制可以消除系统输入量的偏差，能实现无静 差控制。 控制不及时，过程很缓慢。只能作为一种辅助控制 手段，不能单独使用。 通常与比例控制相结合，比例控制为主，积分控制 为辅——比例积分(PI)控制器。 PI控制器的比例作用使得系统的动态响应速度加快， 积分控制器又使得系统的静态性能显著提高，实现 了无静差控制。所以工业控制中应用广泛。
具有转速负反馈的G－M调速系统
2011-9-19
反馈控制：分为：正反馈、负反馈 通常，只有按负反馈原理组成的闭环控制系 统才能实现自动控制的功能。 负反馈：反馈信号的正负极性（或符号）必 须与给定值的极性相反，以便取得偏差值作 为控制之用。 因此：开环控制系统——给定信号控制 闭环控制系统——偏差信号控制
2011-9-19
(3) 振荡次数
在过渡过程时间内， 被调量n在其稳定值 上下摆动的次数。 图中为1次。
2011-9-19
自动调速系统动态性能的比较
•系统1 时间太长。
•系统2 振荡次数太多。 •系统3 最好。
• 不同的生产机械对 动态指标的要求不 同。 • 造纸机不允许有振 荡的过渡过程。
2011-9-19
自动控制系统的特征
1 结构上必须具有反馈装置，并按负反馈的 原则组成系统； 2 由偏差产生控制作用，系统中必须具有执 行纠偏任务的执行机构； 3 控制目的是力图减小或消除误差，使被控 量尽量接近期望值。
2011-9-19
1.4 自动控制系统的组成
测量反馈元件 比较元件 校正元件 放大元件 执行元件
超调量太大，达不到生产工艺上的要求；太 小，又会使过渡过程过于缓慢，不利于生产 率的提高，一般为10%-35%.
2011-9-19
(2) 过渡过程时间T
从输入控制（或扰动）作 用于系统开始直到被调量 n进入（0.05~0.02）n2稳 定值区间时为止（并且以 后不再越出这个范围）的 一段时间，叫做过渡过程 时间T。
前题下所能达到的最低速度即S2≤S生
nmax s2 D n N (1 s2 )
调速范围和静差率是相互联系的，并不是彼此孤立 的。 静差率是对应最低转速时推出的，计算时必须按最 低转速时静差率进行计算。 只有减小静态转速降△nN ，才能扩大调速范围D， 减小静差率，提高转速的稳定度。
2011-9-19
2011-9-19
比例积分微分（PID）控制器
自动控制系统的基本要求：快速性、准确性、 稳定性——PID控制器。 比例控制响应快、作用强；积分控制可减小 或消除静差，提高精度；微分控制可抑制超 调量，加快过渡过程，提高稳定性。 控制器参数整定：合理地选择比例系数、积 分时间和微分时间的值，使系统达到最佳控 制效果。
2011-9-19
比例控制器具有作用及时、快速、控制作用 强的优点。 且KP的绝对值越大，系统的偏差就越小，控 制精度就越高。 但是KP值过大，将会导致瞬态响应过程出现 剧烈的震荡，容易造成系统的不稳定。 因此，比例控制是不可少的，但一般不单独 使用。
2011-9-19
积分（I）控制器
2011-9-19
电动机的调速系统
广泛采用电气方法调速。 电气调速的优点： 简化机械变速机构； 提高传动效率； 操作简单； 易于获得无级调速； 便于实现远距离控制和制动控制；
2011-9-19
电动机的调速系统
直流调速系统：直流电动机 交流调速系统：交流电动机
2011-9-19
2011-9-19
比例微分（PD）控制器
既与输入量（偏差信号△U ）成正比，又与 输入量对时间的一阶导数成正比。 PD控制的超前性，预见性，有助于系统的稳 定，能抑制过大的超调量。 纯粹的微分（D）控制只是在△U变化的瞬间 才有效， △U不变化或者极其缓慢变化的情 况下无效——有输入，但无输出。 能放大干扰信号。
2011-9-19
解
nmax n01 nn 1450 10 1440
nmin n02 n 145 10 135
nmax D nmin
=1440/135=10.67
nN S =10/145=6.9% n0
或
nmax S 2 D =1440(0.069)/10(1-0.069)=10.67 nN (1 S 2 )
输出量与输入量对时间的积分成正比。
1 UO TI
t
0
Udt
TI —— I 控制器的积分时间， KI —— I 控制器的积分常数； TI = 1/KI
2011-9-19
运算放大器的积分电路
特点：1. 输入为负值，则输出为正值；
2. 只要输入△U≠0，UO就越来越大， 即控制作用越来越强，使得UO逐渐接近期望 值，即△U越来越小，直到=0.
1 自动控制系统的基本知识
人工控制和自动控制; 开环控制和闭环控制; 掌握自动控制系统的组成、分类; 自动控制系统的基本要求; PID控制.
2011-9-19
1.2 人工控制和自动控制
自动控制： 在没有人直接参与的情况下，利用自动控 制装置（控制器）使整个生产过程或工作机 械（被控对象）自动地按预定的规律运行， 或者使它的某些物理量（被控量）按预定的 要求变化。 人工控制： 用人工操作来完成对生产机械或设备的 操作和控制，以抵消外界的扰动和影响。
2011-9-19
控制的过程： 测量——求偏差——控制
2011-9-19
1.3 开环控制和闭环控制
开环控制系统 只有控制量(输入量)对被控制量(输 出量)的单向控制作用，而不存在被控制 量对控制量的影响和联系。 开环控制系统的精度：输入量的标定精 度和控制装置参数的稳定程度。 缺点：精度不高，适应性差，往往不能 满足高要求的生产机械的需要。
nN n0 nN S n0 n0
no——理想空载转速，一般指具有最低转速时的n0 △nN ——额定负载时的转速降。
静差度用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳 定性。和电机的机械特性有关，特性越硬，静差 率越小，电机转速的稳定性就越高。
2011-9-19
调速范围和静差度的关系
以调压调速为例：特性如下图，静差度S取最低转 速时S2的值.
nmax S 2 D nN (1 S 2 )
在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速范 围的方法是提高电动机机械特性的硬度以减小 △nN
为了减小转速降，提高机械特性的硬度，必须 设法在负载转矩发生变化时，尽可能使电动机 的转速不变。为此，引进转速负反馈控制系统。
2011-9-19
（3）调速的平滑性
2011-9-19
2. 动态技术指标
调速过程中，从一种稳 定速度变化到另一种稳 定速度运转（启动、制 动过程仅是特例而已）， 由于有电磁惯性和机械 特性，过程不能瞬时完 成，而需要一段时间， 即要经过一段过渡过程， 或称动态过程。
2011-9-19
（1）最大超调量
nmax n2 MP n2
单闭环直流调速系统 双闭环直流调速系统 可逆系统
2011-9-19
单闭环直流调速系统
单闭环直流 调速系统
有静差调速系统：按比例控制 无静差调速系统：按积分或 比例积分控制
电流截止 负反馈 ～
给定 速度
调节器 （放大器） 变流器 速度 负反馈
通常用两个相邻调速级的转速差来衡量。
在一定的调速范围内，可以得到的稳定运行 转速级数越多，调速的平滑性就越高。
若级数趋近于无穷大，即表示转速连续可调， 称为无级调速。 不同的生产机械对调速的平滑性要求不同， 有的采用有级调速即可，有的则要求无级调 速。
2011-9-19