2022年自动控制原理复习提纲 .pdf

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1、自动控制原理课程概念性知识 复习提纲详细版第一章：1.自动控制的任务（背） ： 是在没有人直接参与下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值。2.自动控制基本方式一.按给定值操纵的开环控制二.按干扰补偿的开环控制三.按偏差调节的闭环控制3.性能要求： 稳快准第二章：4.微分方程的建立：课后 2.5 5.传递函数定义（背）线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在t=0 以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在t=0时的值为零。二是指输入信号作用于系统之间系统是静止的，即t

2、0时，系统的输出量及其各阶导数为零。这是反映控制系统的实际工作情况的，因为式（2-38）表示的是平衡工作点附近的增量方程，许多情况下传递函数是能完全反映系统的动态性能的。6.结构图化简：课后 2.14（结构图化简一道大题，梅森公式化简一道大题）复习要点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页7.几种传递函数（要求：懂得原理）一.输入信号r(t)作用下的系统闭环传递函数二.干扰信号n(t)作用下的系统闭环传递函数三 .闭环系统的误差传递函数8.阶跃响应，脉冲响应，传递函数之间的关系阶跃响应： H(s)=1s单位斜坡响应：tC

3、（s） =21s单位脉冲响应：K(s)=(s) 11( )( )( )H ssK sss211( )( )( )tCssH sss综合可得K(s)=sH(s) H(s)=stC第三章：9.阶跃响应的性能指标有哪些，各个性能指标的意义是什么。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页延迟时间dt：指单位阶跃响应曲线h(t)上升到其稳态值的50%所需要的时间上升时间rt：指单位阶跃响应曲线h(t)，从稳态值的10%上升到90%所需要的时间（也有指从零上升到稳态值所需要的时间）峰值时间pt：指单位阶跃响应曲线h(t)，超过其稳态值

4、而达到第一个峰值所需要的时间。超调量%：指在响应过程中，超出稳态值的最大偏移量与稳态值之比，即()()%100%()ph thh，式中： h(pt)是单位阶跃响应的峰值；h()是单位阶跃响应的稳态值调节时间st：在单位阶跃响应曲线的稳态值附近，取5%（有时也取2%作为误差带，响应曲线达到并不再超出该误差带的最小时间，成为调节时间（或过渡过程时间）。调节时间st标志着过渡过程结束，系统的响应进入稳态过程。稳态误差sse：当时间t 趋于无穷时，系统单位阶跃响应的实际值（即稳态值）与期望值一般为输入值1（t） 之差，一般定义为稳态误差。即1()sseh10.从平稳性，快速性和稳态精度三个方面，简述典

5、型二阶欠阻尼系统结构参数，n对阶跃相应的影响。由于欠阻尼二阶系统具有一对实部为负的共轭复特征根，时间响应呈衰减振荡特性，故又称为振荡环节。系统闭环传递函数的一般形式为222( )( )2nnnC sR sss由于 01，所以一对共轭复根为21,21nnsjdj式中，n，为特征根实部之模值，具有角频率量纲。21dn，称为阻尼振荡角频率，且dn平稳性： 阻尼比，超调量，响应振荡倾向越弱，平稳性越好。反之，阻尼比，超调量，振荡越强，平稳性越差。当0 时，零阻尼响应为( )1cos,0nh tt t，具有频率为n的不衰减（等幅）振荡。超调量与阻尼比的关系：21dn阻尼比一定，n，d，平稳性越差。快速性

6、 :0.707 时，超调量%5%，平稳性最好。稳态精度：由式3-25 可看出，瞬态分量随时间t 的增长衰减到零，而稳态分量等于 1，因此，上述欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应稳态误差为零。延迟时间、上升时间、峰值时间表征系统响应初始段的快慢；调节时间，表示系统过渡过程持续的时间，是系统快速性的一个指标，超调量反映系统响应过程的平稳性，稳态误差则反映系统复现输入信号的最终（稳态）精度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页1）上升时间rt： ，a r c o s2）峰值时间pt：ptd3）超调量%：()()%100%()ph

7、thh2/ 1100%e4）调节时间st：st不仅与阻尼比有关，而且与自然振荡频率n有关。当0.8 时，st3.5n（取 5%误差带）st4.5n（取 2%误差带）11.一阶系统性能指标：ts 单位阶跃响应：h(t)=1-1Te(0t)。 一阶系统没有超调量，性能指标主要是调节时间st，表征系统过渡过程的快慢。ts=3T ,对应 5%误差带ts4 T，对应 2%误差带12.二阶性能指标：欠阻尼时定性分析，几个性能指标计算公式：课后3.6，3.8 如第 10 点13.改善二阶系统响应的措施。1.误差信号的比例-微分控制开环传函：2(1)( )( )( )(2)ndnT sC sG sE ss s

8、闭环传函：2222(1)( )( )( )(2)ndndnnT sC ssR ssTs原理：比例 -微分控制抑制了振荡，使超调减弱，可以改善系统的平稳性，另外和n决定了开环增益，微分作用之所以能改善动态性能，因为它产生一种早期控制（或称为超前控制） ，能在实际超调量出来之前，就产生了一个修正作用。2.输出量的速度反馈控制原理： 速度反馈同样可以加大阻尼，改善动态性能。 由于速度反馈系统闭环传递函数没有零点，所以其输出响应的平稳性与反馈系数tK的关系比较简单，易于调整， 但环节tKs的加入，会使系统开环放大系数降低，因此在设计速度反馈系统时，一般可适当增大原来系统的开环增益，以补偿速度反馈控制引

9、起的开环增益损失，同时适当选择反馈系数tK，使阻尼比t比较合适。14. 什么是系统稳定性。简述稳定的数学条件。( 背）定义：如果系统受到扰动，偏离了原来的平衡状态，产生偏差，而当扰动消失之后，系统又能够逐渐恢复到原来的平衡状态，则称系统是稳定的，或具有稳定性。若扰动消失后，系统不能恢复原来的平衡状态，甚至偏差越来越大，则称系统是不稳定的，或不具有稳定性。稳定性是当扰动消失以后，系统自身的一种恢复能力，是系统的一种固有特性。这种稳定性取决于系统的结构、参数而与初始条件及外作用无关。稳定的数学条件：判断系统是否稳定，可以归结为判别系统特征根实部的符号，所有特征根均具有负实部，即Resi0 精选学习

10、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页行列式：13521024221323.0.nnnna a aaa a aaDa aa，11Da，13202a aDa a，1353024130a a aDa a aa a2.林纳德 -奇帕特判据条件： 1.系统特征方程的各项系数大于零，即ia0 2.奇数阶或偶数阶的赫尔维茨行列式大于零，即D奇0，或D偶0 3.劳斯判据第一列所有元素符号相同（但不为零）特殊情况：1.某行的第一列为零，而其余各项不为零，或不全为零：用（s+a）乘以原特征方程，其中 a 可为任意正数。在对新的特征方程应用劳斯判据

11、2.某行出现全零行：用全零行的上一行的系数构造一个辅助方程，对其求导，用所得方程的系数代替全零行。辅助方程的次数通常为偶数，它表明数值相同，符号相反的根数。16.误差两种定义， 什么是稳态误差。 （背）1）e( )( )( )tr tc t期望值 -实际值2）e( )( )( )tr tb t期望值 -反馈量定义：稳态系统误差的终值称为稳态误差，当时间 t 趋于无穷时， e(t)的极限存在，则稳态误差为lim ( )sstee t17.稳态误差的计算：静态误差系数法课后 3.19 第四章：18.根轨迹方程（背）系统开环传递函数中某个参数（如开环增益 K）从零变到无穷时，闭环特征根在 s 平面上

12、移动的轨迹。19.闭环零极点与开环零极点关系（背）闭环系统的根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益，对于H（s） =1 的单位反馈系统，闭环系统根轨迹增益就等于开环系统根轨迹增益。闭环系统的零点由前向通道的零点和反馈通道的极点组成，对于H(s)1 的单位反馈系统，闭环系统的零点就是开环系统的零点。闭环系统的极点与开环系统的极点、零点以及开环根轨迹增益*K有关。20.根轨迹的绘制：并利用绘制的根轨迹进行系统分析课后 4.3，4.5 简述闭环零、 极点分布与阶跃相应的关系。 P155（背）要求系统稳定，则必须使所有的闭环极点is均位于 s平面的左半部。要求系统的快速性好，应使阶跃响应式中每个分量衰

13、减得快，则闭环极点应远离虚轴。要求系统平稳性好，则复数极点最好设置在s 平面中与负实轴成45。夹角线附近。要求动态过程尽快消失，要求系数kA要小，因为kA小，对应的暂态分量小。从而看出，闭环极点之间的间距()kiss要大；零点iz应靠近极点ks。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页21. 什 么 是 主 导 极点，什么是偶极子p155（背）主导极点： 离虚轴最近且附近没有闭环零点的一些闭环极点 （复数极点或实数极点）对系统的动态过程性能影响最大，起着主要的决定的作用的。偶极子： 将一对靠得很近的闭环零、 极点称为偶极子

14、22.什么是最小相位系统与非最小相位系统p162（背）最小相位系统： 系统的所有开环极点和零点都位于s平面的左半部非最小相位系统：s平面的右半部具有开环极点或零点的系统第五章：23. 频 率 特 性 的 定义： （背） 线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比。称为系统的频率特性（即为幅相频率特性，简称幅相特性） 。24.奈氏曲线奈奎斯特图是对于一个连续时间的线性非时变系统，将其频率响应的增益及相位以极座标的方式绘出，常在控制系统或信号处理中使用，可以用来判断一个有回授的系统是否稳定。奈奎斯特图上每一点都是对应一特定频率下的频率响应，该点相对于原点的角度表示相位，而和原点之

15、间的距离表示增益，因此奈奎斯特图将振幅及相位的波德图综合在一张图中。如右图25.伯德图（写传递函数）如下图26.稳定判据2 个1. 奈奎斯特稳定判据2.对数频率稳定判据27.裕度指标计算相角裕度：在()()G jHj曲线上模值等于1 的矢量与负实轴的夹角。在对数频率特性曲线上，相当于()20lg()()0LG jH jdB处的相频()()G jHj与的差角。()()( 180 )ccG jHj。180。+()()ccG jHj模 稳 定 裕 度h ： 是()()GjHj曲 线 与 负 实 轴 相 交 点 处 的 模 值11()()G jH j的倒数。（仅对11()()G jH j1 的情况）精

16、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页111()()hG jHj在对数曲线上，相当于11()()G jHj为时，对应的对数幅频的绝对值即111()20lg20lg()()h dBhG jH j1120lg()()G jHj28.三频段理论29.闭环幅频特性定性分析系统的性能第六章30.串联校正：重点超前校正题型：选择： 5 个， 10 分简答题（ 5 小题，每小题8 分，共 40 分）综合计算题（ 5 小题， 8,10,10,10,12,共 50 分）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页