自动控制原理 总复习
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7
•复合控制 按扰动作用补偿
补偿装置
给定值
e
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
特点：开环与闭环结合，改善抗扰性能，控制精度高， 但结构较复杂。
8
•复合控制 按输入作用补偿
给定值
补偿装置
e
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
特点：开环与闭环结合，改善跟踪性能。
9
三、控制系统的基本类型 连续控制系统和离散控制系统 线性控制系统和非线性控制系统 定常系统与时变系统 恒值控制系统与随动控制系统
克莱姆法则
系统原理方块图
物理、化学定律
考虑负载效应
部件微分方程组
线性化方法
系统增量动态方程组
系统动态结构图( 信号流图)
梅森公式
结构图等效变换法则
传递函数
消元法
C(s)
系统输入输出动态关系式
拉氏变换
(零初条件)
17
传递函数概念与后几章的关系可用下图来表示
传递函数
拉氏反变换 单位脉冲响应函数
第三章 时域分析
零 极 点 形 式 ：G(s)
i1 n
(s pi )
i1
m
K ( i s 1 )
时 间 常 数 形 式 ：G(s)
i1 n
(Ti s 1 )
i1
13
三、典型环节的传递函数
比 例 环 节 ：G(s) K 惯 性 环 节 ：G(s) K Ts 1
积 分 环 节 ：G(s) 1 微 分 环 节 ：G(s) s s
G( s ) K Ts 1
T、K 与响应性能的关系？
20
二阶规范型系统的暂态响应特性
G( s )
2 n
s2 2ns n2
：无阻尼自然振荡频率，
n
：阻尼比
n， 与响应性能的关系；
性能指标的计算（重点是欠阻尼系统）.
一、二阶系统极点位置与暂态 响应特性的关系: 稳定性， 平稳性、 快速性。
自动控制原理
总结与复习
基本概念 基本理论 基本方法
1
各教学单位要认真抓好考试各环节的工作 及管理，加强师生考风考纪宣传教育工作， 于12月18前悬挂出相应宣传横幅。从命题 组卷、考试组织到阅卷评分等环节均属保 密期，严禁任何人给学生划分考试范围， 提示重点和点题，若有泄题行为，一经查 实，学校将从严处理。考生、监考教师均 应严格执行《湖北民族学院考场规则》和 《监考人员职责》。
（2）闭环系统的特征多项式与特征方程
设
Gk
GcGo H
B( s A( s
) )
,
A、B为 多 项 式 ，
则 A B 为特征多项式.
A B 0 或 1 Gk 0 为特征方程.
16
本章主要知识点与主要线索
自动控制系统
简化假定
抽象
物理模型系统
拉氏变换(零初条件) (零初条件) 系统象函数方程组
10
第二章 控制系统的数学模型
一、自动控制系统的数学模型分类 常用：输入输出模型、状态空间模型。 输入输出模型：微分方程、传递函数、 结构图、频率特性。
11
二、微分方程描述与传递函数描述
1、传递函数的定义：在零初始条件下线性定常系 统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2、传递函数与微分方程可相互转换
2
第一章 自动控制的一般概念
一、自动控制的基本概念 •定义、应用概况 •自动控制系统
受控对象、控制装置、检测装置、 输入信号（参考输入，扰动输入）
给定输入
扰动 控制装置
控制量
扰动 输出量
受控对象
检测装置
反馈
3
二、 自动控制的基本方式
1、开环控制与闭环控制
•开环控制
特点：没有反馈信息，信号单向传递。
5
2、自动控制的基本方式
•按给定值操纵的开环控制
给定值
计算
执行
扰动
受控量 受控对象
•给定值操纵与按扰动补偿相结合的开环控制
给定值
计算
测量 执行
扰动
受控量 受控对象
6
•按偏差调节的闭环控制系统
给定值
e
u
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
•更具一般性的闭环控制结构
扰动
给定值
u
控制装置
受控对象
-
测量
受控量
15
五、 反馈控制系统的传递函数
D(s)
R(s)
E(s)
U(s)
Y(s)
Gc(s) -
G o(s)
H(s)
（1）如 何 运 用 反 馈 公 式 求 Y ( s )， E( s )， E( s )， Y ( s )， U( s ) R( s ) R( s ) D( s ) D( s ) R( s )
s平面 j
s1 ×
××
×
0×
s2×
××
极点位置
21
高阶系统的暂态响应 系统极点位置与响应特性的关系: 稳定与否，稳定时响应的平稳性、快速性。 高阶系统近似为低阶系统： “主导极点”、“非主导零点”和“偶极子”的概
22
4. 控制系统的稳定性
• 稳定性的基本概念 • 稳定性的两种常用定义
运动稳定性 有界输入有界输出稳定性（ BIBO 稳定） • 线性定常系统的稳定条件 系统极点均具有负实部 • 反馈控制系统稳定的充要条件 特征方程的根（闭环极点）均具有负实部
缺点：抗干扰能力差，控制精度低。
优点：结构简单、易于构造、成本低。
扰动
输入量 控制装置
输出量 受控对象
4
•闭Fra Baidu bibliotek控制
特点：获取反馈信息，信号传递形成闭合回路， 一般采用按偏差的负反馈控制。
优点：抗扰性好，控制精度高；
缺点：结构更复杂、成本更高，性能分析更难。
输入信号
e
-
控制装置
扰动 受控对象
受控量
反馈环节
第四章 根轨迹法
s j
第五章 频率域分析
18
第三章 线性系统的时域分析法
1. 对自动控制系统的基本要求 稳定性、稳态响应性能(稳态误差）、 动态（暂态）响应性能（平稳性、快速性）
2. 典型输入信号及典型响应之间的关系 微分与积分关系
19
3. 控制系统的暂态响应特性
单位阶跃响应与性能指标 一阶系统的暂态响应特性
一 阶 微 分 ：G(s) s 1
二 阶 微 分 ：G(s) T 2s2 2Ts 1
振 荡 环 节 ：G(s)
1
n2
T 2s2 2Ts 1 s2 2ns n2
纯 滞 后 环 节 ：G(s) es
14
四、结构图、等价变换、化简 串联、并联的等价变换 正、负反馈的等价变换 综合点的前移、后移 相邻综合点的交换、合并 引出点的前移、后移 相邻引出点的交换、移动
d n
sn ,
t f ( )d 1 F ( s )
dt n
0
s
y( t ) Y ( s ), u( t ) U ( s )
12
3、传递函数的表达形式
有 理 分 式 形 式 ：G(s) bm sm bm1sm1 b1s b0 sn an1sn1 a1s a0
m
K g (s zi )
•复合控制 按扰动作用补偿
补偿装置
给定值
e
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
特点：开环与闭环结合，改善抗扰性能，控制精度高， 但结构较复杂。
8
•复合控制 按输入作用补偿
给定值
补偿装置
e
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
特点：开环与闭环结合，改善跟踪性能。
9
三、控制系统的基本类型 连续控制系统和离散控制系统 线性控制系统和非线性控制系统 定常系统与时变系统 恒值控制系统与随动控制系统
克莱姆法则
系统原理方块图
物理、化学定律
考虑负载效应
部件微分方程组
线性化方法
系统增量动态方程组
系统动态结构图( 信号流图)
梅森公式
结构图等效变换法则
传递函数
消元法
C(s)
系统输入输出动态关系式
拉氏变换
(零初条件)
17
传递函数概念与后几章的关系可用下图来表示
传递函数
拉氏反变换 单位脉冲响应函数
第三章 时域分析
零 极 点 形 式 ：G(s)
i1 n
(s pi )
i1
m
K ( i s 1 )
时 间 常 数 形 式 ：G(s)
i1 n
(Ti s 1 )
i1
13
三、典型环节的传递函数
比 例 环 节 ：G(s) K 惯 性 环 节 ：G(s) K Ts 1
积 分 环 节 ：G(s) 1 微 分 环 节 ：G(s) s s
G( s ) K Ts 1
T、K 与响应性能的关系？
20
二阶规范型系统的暂态响应特性
G( s )
2 n
s2 2ns n2
：无阻尼自然振荡频率，
n
：阻尼比
n， 与响应性能的关系；
性能指标的计算（重点是欠阻尼系统）.
一、二阶系统极点位置与暂态 响应特性的关系: 稳定性， 平稳性、 快速性。
自动控制原理
总结与复习
基本概念 基本理论 基本方法
1
各教学单位要认真抓好考试各环节的工作 及管理，加强师生考风考纪宣传教育工作， 于12月18前悬挂出相应宣传横幅。从命题 组卷、考试组织到阅卷评分等环节均属保 密期，严禁任何人给学生划分考试范围， 提示重点和点题，若有泄题行为，一经查 实，学校将从严处理。考生、监考教师均 应严格执行《湖北民族学院考场规则》和 《监考人员职责》。
（2）闭环系统的特征多项式与特征方程
设
Gk
GcGo H
B( s A( s
) )
,
A、B为 多 项 式 ，
则 A B 为特征多项式.
A B 0 或 1 Gk 0 为特征方程.
16
本章主要知识点与主要线索
自动控制系统
简化假定
抽象
物理模型系统
拉氏变换(零初条件) (零初条件) 系统象函数方程组
10
第二章 控制系统的数学模型
一、自动控制系统的数学模型分类 常用：输入输出模型、状态空间模型。 输入输出模型：微分方程、传递函数、 结构图、频率特性。
11
二、微分方程描述与传递函数描述
1、传递函数的定义：在零初始条件下线性定常系 统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。 2、传递函数与微分方程可相互转换
2
第一章 自动控制的一般概念
一、自动控制的基本概念 •定义、应用概况 •自动控制系统
受控对象、控制装置、检测装置、 输入信号（参考输入，扰动输入）
给定输入
扰动 控制装置
控制量
扰动 输出量
受控对象
检测装置
反馈
3
二、 自动控制的基本方式
1、开环控制与闭环控制
•开环控制
特点：没有反馈信息，信号单向传递。
5
2、自动控制的基本方式
•按给定值操纵的开环控制
给定值
计算
执行
扰动
受控量 受控对象
•给定值操纵与按扰动补偿相结合的开环控制
给定值
计算
测量 执行
扰动
受控量 受控对象
6
•按偏差调节的闭环控制系统
给定值
e
u
控制装置
-
测量
扰动 受控对象
受控量
•更具一般性的闭环控制结构
扰动
给定值
u
控制装置
受控对象
-
测量
受控量
15
五、 反馈控制系统的传递函数
D(s)
R(s)
E(s)
U(s)
Y(s)
Gc(s) -
G o(s)
H(s)
（1）如 何 运 用 反 馈 公 式 求 Y ( s )， E( s )， E( s )， Y ( s )， U( s ) R( s ) R( s ) D( s ) D( s ) R( s )
s平面 j
s1 ×
××
×
0×
s2×
××
极点位置
21
高阶系统的暂态响应 系统极点位置与响应特性的关系: 稳定与否，稳定时响应的平稳性、快速性。 高阶系统近似为低阶系统： “主导极点”、“非主导零点”和“偶极子”的概
22
4. 控制系统的稳定性
• 稳定性的基本概念 • 稳定性的两种常用定义
运动稳定性 有界输入有界输出稳定性（ BIBO 稳定） • 线性定常系统的稳定条件 系统极点均具有负实部 • 反馈控制系统稳定的充要条件 特征方程的根（闭环极点）均具有负实部
缺点：抗干扰能力差，控制精度低。
优点：结构简单、易于构造、成本低。
扰动
输入量 控制装置
输出量 受控对象
4
•闭Fra Baidu bibliotek控制
特点：获取反馈信息，信号传递形成闭合回路， 一般采用按偏差的负反馈控制。
优点：抗扰性好，控制精度高；
缺点：结构更复杂、成本更高，性能分析更难。
输入信号
e
-
控制装置
扰动 受控对象
受控量
反馈环节
第四章 根轨迹法
s j
第五章 频率域分析
18
第三章 线性系统的时域分析法
1. 对自动控制系统的基本要求 稳定性、稳态响应性能(稳态误差）、 动态（暂态）响应性能（平稳性、快速性）
2. 典型输入信号及典型响应之间的关系 微分与积分关系
19
3. 控制系统的暂态响应特性
单位阶跃响应与性能指标 一阶系统的暂态响应特性
一 阶 微 分 ：G(s) s 1
二 阶 微 分 ：G(s) T 2s2 2Ts 1
振 荡 环 节 ：G(s)
1
n2
T 2s2 2Ts 1 s2 2ns n2
纯 滞 后 环 节 ：G(s) es
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四、结构图、等价变换、化简 串联、并联的等价变换 正、负反馈的等价变换 综合点的前移、后移 相邻综合点的交换、合并 引出点的前移、后移 相邻引出点的交换、移动
d n
sn ,
t f ( )d 1 F ( s )
dt n
0
s
y( t ) Y ( s ), u( t ) U ( s )
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3、传递函数的表达形式
有 理 分 式 形 式 ：G(s) bm sm bm1sm1 b1s b0 sn an1sn1 a1s a0
m
K g (s zi )