自动控制原理复习资料

《自动控制原理》复习提纲（电气工程和自动化11级）

第1章基本概念

1.什么是自动控制？控制器？被控对象?自动控制系统？

答：自动控制：在没有人的直接参与的情况下，利用控制装置使某种设备、工作机械或生产过程的某些物理量或工作状态能自动地按照预定

的规律或数值运行或变化。

控制器：通常把控制的装置称为控制器。

被控对象：被控制的设备或工作机械。

自动控制系统：控制器和被控对象的总体。

2.什么是开环、闭环、复合控制？

答：开环控制：指系统输出端与输入端之间不存在反馈回路，或者说系统的输出量不对系统的控制产生任何作用的控制过程。

闭环控制：指系统输出端与输入端之间存在反馈回路，或者说系统输出量直接或间接地参与了系统的控制。

复合控制：指开环和闭环控制相结合的一种控制方式，它是在闭环控制基础上再引入一条给定输入信号或扰动作用所构成的顺馈通路。

3.闭环控制是按什么原理，按什么进行控制的？

答：闭环控制实际上是根据负反馈原理，按偏差量进行控制的。

4.对控制系统的基本要求是什么？

答：（1）稳定性；（2）动态特性（快速）；（3）稳态特性（准确）

5.控制系统的分类。

答：一，按使用的数学模型分：（1）线性系统和非线性系统；

（2）连续系统和离散系统；

二，按给定输入信号特征分：（1）恒值系统；（2）随动系统；（3）程序控制

系统

第2章数学模型

1.列写简单电路的微分方程。例2-1，例2-4。

2.什么是系统的传递函数？有什么特点？

答：在初始条件为零时，系统（或环节）输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换（象函数）之比，称为系统（或环节）的传递函数。

特点：（1）传递函数是一种数学模型，与系统的微分方程相对应。

（2）是系统本身的一种属性，与输入量的大小和性质无关。

（3）只适用于线性定常系统。

（4）传递函数是单变量系统描述，外部描述。

（5）传递函数是在零初始条件下定义的，不能反映在非零初始条件下系统的运动情况。

（6）一般为复变量S 的有理分式，即n ≧m。且所有的系数均为实数。

（7）如果传递函数已知，则可针对各种不同形式的输入量研究系统的输出或响应。

（8）如果传递函数未知，则可通过引入已知输入量并研究系统输出量的实验方法，确定系统的传递函数。

（9）传递函数与脉冲响应函数一一对应，脉冲响应函数是指系统在单位脉冲输入量作用下的输出。

3.求电网络的传递函数。图2-12、2-14、2-15，习题2-1。

4.有哪几种典型环节？

答：（1）比例环节；（2）惯性环节；（3）积分环节；（4）振荡环节；（5）微分环节；（6）延迟环节

5.掌握简单电网络动态结构图的建立、简化与变换法则。

答：建立步骤：（1）从系统输入端开始，把系统分为若干个基本环节，建立各基本环节的微分方程；（2）对各基本环节的微分方程进行拉氏

变换，求出相应环节的传递函数，按绘制结构图的要素要求，

建立各环节的结构图；（3）按照系统中的信号的传递顺序，依

次用信号线将各基本环节的结构图连接起来。

变换结构图的原则：变换前后变量数学关系保持不变。

一般方法：先通过移动“分支点”或“比较点”，将结构图变换为串联，并联和反馈三种基本连接方式。

变换规则：详参考书本P34.

6. 例2-14，例2-15，习题2-7, 2-11 。

7. 什么是开环传递函数？闭环控制系统的典型结构的传递函数。

答：开环传递函数：主反馈信号拉氏变换式B（s）与偏差信号拉氏变换式E（s）

之比，或者说是前向通道传递函数与反馈通道传递函数的乘

积。

闭环控制系统的典型结构的传递函数详参考课本P36—P38。

第3章时域分析

1.典型输入信号。

答：（1）阶跃函数；（2）斜坡函数；（3）抛物线函数；（4）脉冲函数；（5）正弦函数。（详见课本P49—P50）

2.典型时间响应。

答：（1）单位阶跃响应；（2）单位斜坡响应；（3）单位抛物线响应；（4）单位脉冲响应。（详见课本P52—P54）

3.控制系统动态性能指标的定义。

答：（1）上升时间tᵣ响应曲线从零至第一次到达稳态值所需的时间；

（2）峰值时间tᵖ响应曲线从零至第一个峰值所需的时间；

（3）调节时间tƽ响应曲线从零至到达并停留在稳态值的正负5%或正负2%误差范围内所需的时间；

（4）超调量σ% 在系统响应过程中，输出量的最大值超过稳态值的百分数。

4. 稳态性能指标。

答：用稳态误差eƽƽ描述。稳态误差是系统控制精度或抗干扰能力的一种度量。

5.一阶系统的典型结构和性能指标。

答：典型结构：详见课本P52；

性能指标：

6. 例3-1，习题3-9。

7. 二阶系统的标准型。性能指标。例3-2，例3-3，习题3-1，习题3-2 。

答：典型结构：详见课本P55；

性能指标：

8. 提高二阶系统动态性能指标的两种方法。

答：（1）比例—微分（PD）串联校正；（2）输出量微分负反馈的并联校正。9. 什么是主导极点？

答：指在系统所有的闭环极点中，对动态响应起主导作用。

10．线性定常系统稳定的充要条件。劳斯稳定判据。例3-7，例3-8，例3-9，例3-10。

答：充要条件：系统特征方程式所有的根，即闭环传递函数的极点，全部为负实数或具有负实部的共轭复数。换句话说，所有的根必须分布于

S平面虚轴的左半边。

劳斯稳定判据：（1）各项系数均为正；（2）劳斯表的第一列系数均为正。

劳斯表详见课本P67

11．稳态误差的计算。终值定理。误差系数法。例3-11，例3-12，例3-13。习题3-13，习题3-14。

答：稳态误差的计算：详见课本P71—P78

终值定理：