2013_自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结1-3章
给定值.典型闭坏控制聚统方框圏自动控制原理知识点总结第一章1、 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、 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。
3、 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。
4、 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。
5、 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。
6负反馈：反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
7、 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。
8、 自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制 。
9、 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。
10、 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。
11、 控制系统的性能指标主要表现在：（1）、稳定性：系统的工作基础。
（2）、 快速性：动态过程时间要短，振荡要轻。
（3）、准确性：稳态精度要高，误差要 小。
12、 实现自动控制的主要原则有：主反馈原则、补偿原则、复合控制原则。
第二章1、 控制系统的数学模型有： 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性。
2、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3、求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。
对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。
(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总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是一门研究自动控制系统的分析与设计的学科，它对于理解和实现各种工程系统的自动化控制具有重要意义。
以下是对自动控制原理中一些关键知识点的总结。
一、控制系统的基本概念控制系统由控制对象、控制器和反馈通路组成。
控制的目的是使系统的输出按照期望的方式变化。
开环控制系统没有反馈环节，输出不受控制，精度较低；闭环控制系统通过反馈将输出与期望的输入进行比较，从而实现更精确的控制。
二、控制系统的数学模型数学模型是描述系统动态特性的工具，常见的有微分方程、传递函数和状态空间表达式。
微分方程是最直接的描述方式，但求解较为复杂。
传递函数适用于线性定常系统，将输入与输出的关系以代数形式表示，便于分析系统的稳定性和性能。
状态空间表达式则能更全面地反映系统内部状态的变化。
三、时域分析在时域中，系统的性能可以通过单位阶跃响应来评估。
重要的性能指标包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
一阶系统的响应具有简单的形式，其时间常数决定了系统的响应速度。
二阶系统的性能与阻尼比和无阻尼自然频率有关，不同的阻尼比会导致不同的响应曲线。
四、根轨迹法根轨迹是指系统开环增益变化时，闭环极点在复平面上的轨迹。
通过绘制根轨迹，可以直观地分析系统的稳定性和动态性能。
根轨迹的绘制遵循一定的规则，如根轨迹的起点和终点、实轴上的根轨迹段等。
根据根轨迹，可以确定使系统稳定的开环增益范围。
五、频域分析频域分析使用频率特性来描述系统的性能。
波特图是常用的工具，包括幅频特性和相频特性。
通过波特图，可以评估系统的稳定性、带宽和相位裕度等。
奈奎斯特稳定判据是频域中判断系统稳定性的重要方法。
六、控制系统的校正为了改善系统的性能，需要进行校正。
校正装置可以是串联校正、反馈校正或前馈校正。
常见的校正方法有超前校正、滞后校正和滞后超前校正。
校正装置的设计需要根据系统的性能要求和原系统的特性来确定。
七、采样控制系统在数字控制系统中，涉及到采样和保持、Z 变换等概念。
2013 beigong 821 自动控制原理
6、控制系统的校正方法
根轨迹法校正设计，频率法串联校正设计，参考模型法校正设计，频率法反馈校正设计。
7、非线性系统分析
相平面分析法，描述函数法。
8、采样控制系统分析基础
开环脉冲传递函数，闭环脉冲传递函数，采样系统的稳定性分析。
821 自动控制原理
1、自动控制系统概述
2、控制系统的数学描述方法
控制系统的微分方程，非线性系统的线性化，传递函数，结构图与结构域分析，高阶系统时域分析，稳定性分析，稳态误差分析。
4、根轨迹分析法
根轨迹作图的基本法则，根轨迹图的绘制，控制系统的根轨迹法分析。
5、频率分析法
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。
自动控制原理知识点总结(通用4篇)
自动控制原理知识点总结第1篇频率特性分为两种，分别是A(ω) 幅频特性和 φ(ω) 相频特性。
对于一个一阶线性定常系统对正弦输入信号 Asinωt 的稳态输出 Ysin(ωt +ψ) ，仍是一个正弦信号，其特点：①频率与输入信号相同；②振幅 Y为输入振幅A的 |G(jω)| 倍；③相移为 ψ = ∠G(jω)。
振幅 Y 和相移 ψ都是输入信号频率 ω 的函数，对于确定的 ω 值来说，振幅Y和相移 ψ 都将是常量。
|G(jω)| = Y / A 正弦输出对正弦输入的幅值比—幅频特性∠G(jω) = ψ正弦输出对正弦输入的相移—相频特性理论上可将频率特性的概念推广的不稳定系统，但是，系统不稳定时，瞬态分量不可能消失，它和稳态分量始终同时存在，所以，不稳定系统的频率特性是观察不到的。
（1）幅相曲线：对于一个确定的频率，必有一个幅频特性的幅值和一个幅频特性的相角与之对应，幅值与相角在复平面上代表一个向量。
当频率ω从零变化到无穷时，相应向量的矢端就描绘出一条曲线。
这条曲线就是幅相频率特性曲线，简称幅相曲线。
（2）幅频特性曲线：对数幅频特性曲线又称为伯德图（曲线）。
对数频率特性曲线的横坐标是频率 ω ，并按对数分度，单位是[rad/s] .对数幅频曲线的纵坐标表示对数幅频特性的函数值，线性分度，单位是[dB]，此坐标系称为半对数坐标系。
对数相频特性曲线的纵坐标表示相频特性的函数值，线性分度 , 单位是 (0) 或（弧度），频率特性G(jω) 的对数幅频特性定义如下 L（ω） = 20lg |G(jω)| 对数分度优点：扩大频带、化幅值乘除为加减、易作近似幅频特性曲线图。
（3）对数幅相曲线（又称尼柯尔斯曲线）：其特点是纵、横坐标都线性分度，对数幅相图的横坐标表示对数相频特性的相角，纵坐标表示对数幅频特性的幅值的分贝数。
自动控制原理知识点总结第2篇一阶系统的数学模型（1）单位阶跃响应——输入 r(t) = 1(t)，输出 h(t) = 1 - e-t/T， t >0 特点：●可以用时间常数去度量系统的输出量的数值。
(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2013第二章第二讲
G1 ( s )
-
G2 ( s )
-
G3 ( s ) 1 G2 ( s )G3 ( s ) H 2 ( s )
H 3 ( s)
G4 ( s )
C(s)
H1 ( s)
R(s)
1
3
G1 ( s )G2 ( s )
-
G3 ( s )G4 ( s ) 1 G2 ( s )G3 ( s ) H 2 ( s )
结构图等效变换小结
1 三种典型结构可直接用公式
2 相邻相加点可互换位置
3 相邻分支点可互换位置
注意事项：
1 不是典型结构不可直接用公式,尤其是 有交叉的情况更不能直接用公式。
2 分支点相加点相邻，不可互换位置
例1：无交错的多回路系统
系统传递函数
例2：试简化系统结构图，并求系统传递函数。
H 1(s)
第2章 控制系统的数学模型
第3讲
扰动 给定信号
误差
控制量
被控量
控制装置 －
反馈信号
被控对象
检测环节 典型反馈控制系统的方框图
2.4 系统的动态结构图
系统动态结构图是将系统中所有的环节用方框图 表示，图中标明其传递函数，并且按照在系统中 各环节之间的联系，将各方框图连接起来。
动态结构图是一种图形化的数学模型，采用它将
R(s) U(s) C(s)
G1(s)
G2(s)
R(s)
G1(s) • G2(s)
C(s)
等效变换过程
并联
C1 ( s) G1 ( s) R( s)
G1(s) C ( s ) [G1 ( s ) G2C(s) R( s ) ( s )]
自动控制原理总经典总结
《自动控制原理》总复习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。
4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。
熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数等概念。
（＃）5、掌握系统结构图和信号流图两种数学模型的定义和绘制方法，熟练掌握控制系统的结构图及结构图的简化，并能用梅逊公式求系统传递函数。
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。
自动控制原理复习资料
（3）若遵循前一个环节的输出为下一个环节的输入， 则容易画图。
例题 系统的微分方程为：
x1 (t ) r (t ) c (t ) dx2 (t ) T1 K1 x1 (t ) x2 (t ) dt x3 (t ) x2 (t ) K 3c (t ) dc (t ) T2 c (t ) K 2 x3 (t ) dt
R1 ( s)
R1(S)
R1(S)
+ -
G1(S) G3(S)
C1(S)
+
G1(S)
C1(S)
G4(S)
G3(S) G2(S) -1 G4(S)
R2(S)
G2(S)
C2(S)
+
C1 ( s) G1 ( s) G( s) R1 (s) 1 G1 ( s)G2 ( s)G3 ( s)G4 ( s)
注意
负反馈取＋ 正反馈取－
2-7. 求闭环传递函数。
R1(S)
+ -
G1(S) G3(S) G4(S)
C1(S)
R2(S)
G2(S)
C2(S)
+
方法要点： 一个输入作用，另一个输入为0； 关注一个输出时，与另外一个输出没有关系； 化简时碰到比较器处的“负号”时，一定要用-1代替。
（1）求 C1 (s) ，令R2(s)=0
ui
1 SC1
C1
R2
C2
1 SC2
I (s)
R1 +
U i ( s)
uo
U o ( s)
1 R1 C1s U i (s) I (s) 2 1 U ( s ) C C R R s (C2 R2 C1R1 )s 1 o 1 2 1 2 R1 G( s ) C1s U i ( s) C2 R1s 1 U o ( s) ( R2 ) I ( s) sC2
自动控制原理知识点笔记(一)
自动控制原理知识点笔记(一)自动控制原理知识点基本概念•自动控制系统的定义•控制过程、被控对象、控制器、执行机构等基本元件的介绍•控制系统的闭环结构和开环结构的区别信号与系统•信号的分类和性质•时域和频域的概念•采样定理、傅里叶变换、拉普拉斯变换的定义和计算方法控制系统的数学模型•传递函数、状态方程、框图的概念•不同域的模型之间如何互相转换控制系统稳定性•稳定性的概念和判断方法•入门级的稳定性分析法控制器设计及应用•PID控制器的基本概念和设计方法•优化控制方法的原理和应用•典型的控制器应用案例分析算法和计算机实现•控制算法的种类和原理•基于计算机的实现方式•控制系统仿真的意义和方法典型例题解析•具体的实际控制问题分析和解决思路•相关理论的应用实例解析以上是自动控制原理相关的知识点，需要在学习中注重理解基础概念和理论，掌握相关计算方法，结合实际案例深入理解应用场景，从多维度角度逐渐提升对控制系统的掌控能力。
重要工具•Matlab在控制系统中的应用•Simulink建模和仿真的实现过程系统鲁棒性•系统鲁棒性的概念和应用•参数不确定性、扰动和噪声对系统的影响•鲁棒控制方法的基本原理和应用思路线性系统理论•线性系统的定义和性质•线性正则系统和广义系统的概念•线性系统的稳定性、可控性和可观性等分析方法非线性系统理论•非线性动力学系统的基本概念•多项式、解析和混杂型非线性系统的特征分析•常见的稳定和控制方法在非线性系统中的应用即时控制技术•实时控制技术的基础知识•示波器、逻辑分析仪等工具的使用方法•实时控制系统应用案例分析以上是自动控制原理相关的知识点，需要在学习中注重理解基础概念和理论，掌握相关计算方法，结合实际案例深入理解应用场景，从多维度角度逐渐提升对控制系统的掌控能力。
同时需要关注最新的自动控制技术发展和应用情况，不断地学习和实践，提高对自动控制领域的专业素养和技能水平。
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
第一章自动控制原理引论
本课程所需基础知识
•高等数学中的微分方程、复变函数、积分变换 （拉普拉斯变换、Z变换） •电路理论中相关知识 •模拟电子技术中的运算放大器 •物理学相关知识
2013年6月8日星期六
第1章第6页共58页
本课程的任务
•掌握闭环控制系统的结构、原理 •掌握自动控制系统的传递函数数学模型 •掌握自动控制系统的分析方法 •掌握自动控制系统的校正方法
2013年6月8日星期六 第1章第19页共58页
开环控制方式：分为按给定值操纵和按干扰补偿两种
1、按给定值操纵。
信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应 一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精 度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自 动补偿。 特点：系统简单，成本低，一般用于控制精度要求不高的 场合。多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合, 如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。
2013年6月8日星期六
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第三节
自动控制理论概要
自动控制理论的内容与自动控制系统 需要研究的问题密切相关。 本课程： •以闭环控制系统为研究对象 •用传递函数数学模型描述自动控制系统的 输入－输出关系 •用经典控制理论的方法分析和设计系统 •主要研究线性定常系统
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统能根据偏差产生控制作用，使被控量恢复到要求值，并以
一定的准确度保持在要求值附近。（如恒温控制系统）
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2、线性系统和非线性系统
线性系统是指组成系统的元器件的静态特性为直线，能 用线性常微分方程描述其输出与输入关系的系统。线性系统的 主要特点是具有叠加性和齐次性，系统时间响应的特征与初始 状态无关（本课程研究重点）。 ①叠加性：当系统同时存在几个输入量时。系统输出量 等于各输入量单独作用时所引起的输出量之和。
自动控制原理重点知识整理
自动控制原理重点知识点第一章 绪论P1 自动控制系统（由控制装置和被控对象组成）是指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
P5 自动控制系统分类：1、线性和非线性2、连续和离散3、自动调节和随动（跟踪） P7 控制系统的基本要求：稳定性高、响应速度快、精确度高。
第二章、 数学基础P13 拉普拉斯变换： δ（t ）→1；1（t ）→1s；21t s→.第三章、 控制系统的数学模型P25 控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量之间的关系的数学表达式。
建立方法：分析法和实践法。
简化的数学模型通常是一个线性微分方程。
P26 建立步骤：1、 根据系统或元器件的工作原理，确定系统和各元器件的输入/输出变量。
2、 从输入端开始，按信号的传递顺序，依照各变量所遵循的物理或化学定律，按技术要求忽略一些次要因素，并考虑相邻器件的彼此影响，列出微分方程式或微分方程组。
3、 消去中间变量，求得描述输入量与输出量得微分方程式。
4、 标准化，即将与输入变量有关的各项放在等号右侧，将与输出变量有关的各项放在等号左侧，并按降幂顺序排列。
P29 线性定常系统的传递函数定义为：在零初始条件下，输出量与输入量的拉普拉斯变换之比。
P31 传递函数的几点说明：1、 传递函数只适用于线性定常系统。
2、传递函数是真分式函数。
3、与外作用形式无关。
4、对于MIMO 系统没有统一的传递函数。
5、传递函数不能反映非零初始条件下系统的全部运动规律。
6、一定的传递函数有一定的零极点分布图与之对应。
7、传递函数的几种表示形式。
（略） P32典型环节及其传递函数： 1、比例环节（放大环节）：c （t ）=Kr （t ）； G （s ）=K 2、惯性环节：Td c d t()()c t r t +=； G （s ）=11T s +3、积分环节：c （t ）=()r t dt ⎰； G （s ）=1s4、振荡环节： ()()2222d c dc TTc t r t dtdtξ++=；()222221212nn nG s T s Ts s s ωξξωω==++++5、 微分环节：理想、一阶、二阶分别是()()()()()()()()222,,2dr t dr t dr t d r c t c t r t c t r t dtdtdtdtττξτ==+=++()()()22,1,21G s s G s s G s s s ττξτ==+=++P35结构图：1、 并联、串联。
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。
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t s 指系统响应应从零开始，达到并保持在稳态值的 5%（或 2%）误差范围内，即响应 进入并保持在 5%（或 2%）误差带之内所需的时间 （5） 、稳态误差 ess
稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值。这是一个稳态性能指标 2.一阶系统的单位阶跃响应。 （填空或选择） 从输入信号看，单位斜坡信号的导数为单位阶跃信号，而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号。 相应的 ，从输出信号来看，单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应，而单位阶跃响应的导数是单位脉 冲响应。由此得出 线性定常系统的一个重要性质;某输入信号的输出响应，就等于该输出响应的导 数；同理，某输入信号积分的输出响应，就等于该输入信号输出响应的积分。 3.二阶系统： （1）传递函数、两个参数各自的含义； （填空）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
若输入为一阶跃信号，则动态响应应具有振荡的形式 输出波形与输入波形相同，但延迟了时间 。时滞环节的存在对 系统的稳定性不利
Gs
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。串联， 并联，反馈连接，综合点和引出点的移动（P27） 6.系统的开环传递函数、闭环传递函数（重点是给定作用下） 、误差传递函数（重点是给定作用 下） ：式 2-63、2-64、2-66 系统的反馈量 B（s）与误差信号 E（s）的比值，称为闭环系统的开环传递函数 系统的闭环传递函数分为给定信号 R（s）作用下的闭环传递函数和扰动信号 D（s）作用下的闭 环传递函数 系统的开环传递函数 给定信号 R（s） 作用，设 D（s ）=0
C t r 1
e ntr 1 2
sin d tr 1
由此式可得 tr
3/7
d n 1 2
其中 arctan
1 2
（2） 、峰值时间 t p
根据 t p 的定义，可采用求极值的方法来求取它，得
1/7
换之比 4.七个典型环节的传递函数（必须掌握） 。了解其特点。 （简答） 典型 环节 比例 环节 惯性 环节 传递函数 特点 输出不失真、不延迟、成比例地复现输入信号的变化，即信号的 传递没有惯性
Gs
Cs K Rs
Gs
Cs K Rs Ts 1 Cs 1 Rs Ts
Gk s
s
Bs G1 s G2 s H s Gs H s Es
系统的闭 环传递函
G1 s G2 s Cs Gs Rs 1 G1 s G2 S H s 1 Gs H s
2/7
5/7
第四章
1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。 系统的幅频特性： A =| G （j）| （） 系统的相频特性： = G （j） 系统的频率特性（又称幅相特性） ：G （j）= A （）e 典型环节 比例环节 积分环节 传递函数 幅频特性
j（）
=| G （j）| e
jG（j）
系统的误 差传递函 数
er s
Es 1 1 R s 1 G1 s G2 S H s 1 Gs H s
ed s
G2 s H s G2 s H s Es Ds 1 G1 s G2 S H s 1 Gs H s
系统的稳态误差可表示为
essr
A N lim s S s 0 K 1 v S
表 5-1 给定信号作用下系统稳态误差 essr 系统型号 阶跃信号输入 R s
R0 s
速度信号输入 R s
v0 s2
加速度信号输入 R s
a0 s3
稳态误差
essr
R0 1 K p
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 （3） 、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ess 来表征的
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
第三章
1.P42 系统的时域性能指标。各自的定义，各自衡量了什么性能？（填空或选择） （1） 、上升时间 t r
t r 指系统响应从零开始，第一次上升到稳态值所需的时间 （2） 、峰值时间 t p t p 指系统响应从零开始，第一次到达峰值所需的时间 （3） 、超调量 % (平稳性)
指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比 （4） 、调节时间 t s （快速性）
的增加和 n 的减小虽然对于系统的平稳性有利， 但将使得系统跟踪斜坡信号的稳态误差增加
4.系统稳定的充要条件？ 系统的所有特征根的实部小于零，其特征方程的根部都在 S 左半平面 劳斯判据的简单应用：参考 P55 例 3-5、3-6。 （分析题） 劳斯稳定判据 若特征方程式的各项系数都大于零（必要条件） ，且劳斯表中第一列元素均为正值，则所有的特
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。 ）
2
（2） 、快速性 当 ωn 一定时，若 较小，则 t s ，而当 >0.7 之后又有 t s 。即 太大或太小，快 速性均变差。 一般，在控制工程中， 是由对超调量的要求来确定的.。 一定时， n t s 由此分析可知，要想获得较好的快速性，阻尼比 不能太大或是太小，而 n 可尽量选大。 一般将 =0.707 称为最佳阻尼比，此时系统不仅响应速度快，而且超调量小。 （3） 、准确性
阻尼比， 值越大，系统的平稳性越好，超调越小； 值越小，系统响应振荡越强，振荡频 率越高。当 为 0 时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不稳定。 n 为无阻尼振荡频率
（2）单位阶跃响应的分类，不同阻尼比时响应的大致情况（图 3-10） ； （填空）P（47） （3）欠阻尼情况的单位阶跃响应：掌握式 3-21、3-23~3-27；参考 P51 例 3-4 的欠阻尼情况、 P72 习题 3-6。 欠阻尼二阶系统的性能指标： （1） 、上升时间 t r
4/7
征根均位于 s 左半平面，相应的系统是稳定的；否则系统不稳定，且第一列元素符号改变的次数等 于该特征方程的正实部根的个数。 5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考 P72 习题 3-13。 （计算题）P(60) 系统的稳态误差既与系统的结构参数有关，也与输入有关，设系统的输入的一般表达式为
essr
v0 Kv
essr
a0 Ka
静态位置误差系数 K p
静态速度误差系数 K v
静态加速度误差系数 K a
K p lim
0
s 0
K Sv
K v lim
∞
s 0
K S v 1
K a lim
∞
s 0
K S v2
R0 1 K p
0
Ⅰ
v0 Kv
0
∞
Ⅱ
0
a0 Ka
稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标。稳态误差可分为，由给定信号引起的误差以及由扰 动信号引起的误差两种。稳态误差也可以用误差系数来表述。系统的稳态误差主要是由积分环节的 个数和开环增益来确定的。为了提高精度等级，可增加积分环节的数目；为了减少有限误差，可增 加开环增益。但这样一来都会使系统的稳定性变差。而采用补偿的方法，则可保证稳定性的前提下 减小稳态误差。
其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致的变化 输出量与输入量对时间的积分成正比。若输入突变，输出值要等
积分 环节
Gs
时间 T 之后才等于输入值， 故有滞后作用。 输出积累一段时间后， 即使输入为零，输出也将保持原值不变，即具有记忆功能。只有 当输入反向时，输出才反向积分而下降。常用积分环节来改善系 统的稳态性能
Rs
A Sn
式中 N 为输入的阶次
令系统的开环传递函数一般表达式为
Gs H s
K i 1 s
v
m
T
j 1
i 1 n v
j
1
n m
式中，K 为系统的开环增益，即开环传递函数中各因式的常数项为 1 时的总比例系数； i 、 Tj 为时 间常数 ；v 为积分环节的个数，由它表征系统的类型，或称其为系统的无差度。
tp
d n 1 2