2023年自动控制原理知识点总结.docx

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1、2023-自动掌握原理学问点总结自动掌握原理学问点总结第一章1. 什么是自动掌握？填空自动掌握：是指在无人直接参与的状况下，利用 掌握装置操纵受控对象，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. 自动掌握系统的两种常用掌握方式是什么？填空开环掌握和闭环掌握3. 开环掌握和闭环掌握的概念？开环掌握：掌握装置与受控对象之间只有顺向作 用而无反向联系特点：开环掌握实施起来简洁，但抗扰动力量较 差，掌握精度也不高。闭环掌握：掌握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：抗扰动力量强，掌握精度高，但存在 能否正常工作，即稳定与否的问

2、题。把握典型闭环掌握系统的构造。开环掌握和闭环 掌握各自的优缺点？分析题：对一个实际的掌握系统，能够参照以下图画 出其闭环掌握方框图。4. 掌握系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？填空或推断（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力量（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10 / 12之间的差值来表征的ess其次章1.掌握系统的数学模型有什么？填空微分方程、传递函数、动态构造图、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。即依据各环节所遵循的

3、根本物理规律，分别列写出相应的微分方程， 并建立微分方程组（3） 、 消退中间变量，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换之比4. 七个典型环节的传递函数必拉普须拉斯掌变握。了解其特点。简答典传递函数特点型环节比G(s)=例环节C(s) R(s) = K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惯G(s)=C(s)K=其输出量不能瞬时完成与输入量性R(s)Ts +1环节积( )C(s)1完全全都的变化输

4、出量与输入量对时间的积分成正比。假设输入突变，输出值要等时间 T 之后才等于输入值，故有滞后分G s= R(s) = Ts作用。输出积存一段时间后，即使环输入为零，输出也将保持原值不节变，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微G(s)=分环节C(s) R(s) = Ts输出与输入信号对时间的微分成正比，即输出反映输入信号的变化率，而不反映输入量本身的大小。因此，可由微分环节的输出来反映输入信号的变化趋势，加快系统掌握作用的实现。常用微分环节来改善系统的动态性能振 G(s)=C(s)1=假设输入为一阶跃信号，则动态响应荡R(s)T2 s2 +

5、2x Ts +1环节应具有振荡的形式时( )C(s)1输出波形与输入波形一样，但延迟G s =滞环节R(s)= e-ts= ets了时间 。时滞环节的存在对系统的稳定性t不利5. 动态构造图的等效变换与化简。三种根本形式，尤其是式 2-61。主要把握构造图的化简用法， 参考 P38 习题 2-9a、e、f。化简等效变换，是指被变换局部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， 反响连接，综合点和引出点的移动P276. 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系统的反响量 Bs与误差信号 Es的比值，

6、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 Rs作用下的闭环传递函数和扰动信号 Ds作用下的闭环传递函数G (s)= B(s) = G (s)G (s)H (s)= G(s)H (s)系统的开环传递函数kE(s)12系 统 给定信( )C(s)G (s)G(s)G(s)的 闭环 传 号 RsF s = R(s) = 1 +G (1s)G122(S)H(s) =1 + G(s)H(s)数递 函 作用，设Ds=0 扰动信( )C(s)G(s)G(s)号 Ds 作用，设Rs=0Fs =dD(s) = 1+ G1(s)G2(S )H (s) = 1+ G(2s)H (s)2系统 给定信(

7、 )E(s)11的误差传 号 Rs 递函数作用，设Ds=0Fs =erR(s) = 1 + G1(s)G2(S )H (s) = 1 + G(s)H (s)扰动信( )E(s)- G (s)H (s)- G(s)H (s)Fs =edD(s) = 1 +(2)( ) () = 1 +2 ( ) ( )号 Ds作用，设Rs=0Gs G12S H sG s H s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t（1） 、上升时间t需的时r指系统响应从零r 开头，第一次上升到稳态值所间（2） 、峰值时间t指系统响应从零p 开头，第一次到达峰值所需的时间 t p（3

8、） 、超调量指系统响应超s出%(平稳性)稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比（4） 、调整时间指系统响应应从ts快速性零开头，到达并保持在稳态值的 5%ts或 2%误差范围内，即响应进入并保持在5%或（5） 、2%误差带之内所需的时间稳态误差稳态误差指系统期ess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

9、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；填空越小；x阻尼比，x值越小，值越大，系统的平稳性越好，超调系统响应振荡越强，振荡频率越高。当 为 0x时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不x稳定。w为无阻尼振荡频率n 2单位阶跃响应的分类，不同阻尼比时响应的大致状况图 3-10； 填空P473欠阻尼状况的单位阶跃响应：把握式 3-21、3-233-27；参考 P51 例 3-4 的欠阻尼状况、P72 习题3-6。欠阻尼二阶系统的性能指标：n rtC t= 1-（1） 、上升时间( )e-xwtsi

10、n(w t+ b )= 1rr1-x 2d r由此式可得p - bp - b其中1-x 2 tr =w=w1-x 2b = arctanxt2、峰值d时间nt依据 的定义，可p承受求极值的方法来求取它， 得pppw1-x 2t p = w=dn3、超调量 2s %s % = e-xp / 1-x100%（4） 、调整时间ts3st= xwn(x 0.68) 5%误差带3st= xwn(x 0.7 之后s又有x t 。即x 太大或太小，快速性均变差。s一般，在掌握工程中，x 是由对超调量的要求来确定的.。x肯定时，wn ts由此分析可知，要想获得较好的快速性，阻尼比x 不w能太大或是太小，而可尽

11、量选大。nx一般将 =0.707 称为最正确阻尼比，此时系统不仅响应速度快，而且超调量小。（3） 、准确性xw的增加和 的减小虽然对于系统的平稳性有利，n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？系统的全部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洁应用：参考 P55 例 3-5、3-6。分析题劳斯稳定判据假设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，则全部的特征根均位于 s 左半平面，相应的系统是稳定的；否则系统不稳定，且第一列元素符号转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

12、考 P72 习题 3-13。计算题P(60)系统的稳态误差既与系统的构造参数有关，也与 输入有关，设系统的输入的一般表达式为R(s)=A式中 N 为输入的阶次Sn令系统的开环传递函数一般表达式为G(s)H(s)=K mi=1(t+1)i(n m)vs n-v (Tjj=1+1)式中，K 为系统的开环增益，即开环传递函数中各因t式的常数项为 1 时的总比例系数；、 为时间常数 ；Tijv 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。系统的稳态误差可表示为eA= lim sS Nssrs01+ KSv表 5-1 给定信号作用下系统稳态误差essr系统 阶跃信号输速度信号输加速度信号

13、输型号入R稳态R (s)= R0s入R (s)= v0s2入R (s)= a0s3e=0e= v0e= a 0误差ssr1+ KpssrKvssrKa静态位置误差系数Kp静态速度误差系数Kv静态加速度误差系数KaK= lim Kps0 S v0R0K= limvs0KS v-1K= limas0KS v-21+ Kp00vKv000aKa稳态误差是衡量系统掌握精度的性能指标。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；为了削减有限误差，可增

14、加开环增益。但这 样一来都会使系统的稳定性变差。而承受补偿的方法，则可保证稳定性的前提下减小稳态误差。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：=|AG系统的相频特性：w=jw系统的频率特性又j w 称G幅w相特性：=|j G2A .七e jj个w典G型环ejG节jw的频率特性必需把握。了解jwwjw其伯德图的外形。简答题典型 传递函数幅频特性相频特性斜特别点环节率dB/dec比例环节G(s)= KA(w)= Kj(w)= 00L(w ) =20lgk积分环节G(s)= 1As(w)= 1wj(w)=-90-20w= 1, L(w)= 0w = 10, L(w)= -20

15、dB微分环节G(s)= sA(w)= wj(w)=2090w = 1, L(w)= 0惯性环节G(s)=1Ts + 1A(w)=11+ (wT )2j(w)= - arctanwT-20和 0w = 10, L(w)= 20dB一阶微分 G(s)= Ts + 1环节A(w)=1 + (wT )2j(w)= arctanwTL(w) =0 和2020lgA(w)振荡环节G(s)=A(w )=j(w)=0 和w = 0, L(w)= 1-40w 21 2xw w ( )1n- arctannw = w, A w =s2 + 2xws +w 2w2 2 2xw 2 w 2 -w2 n2xwnn1-n

16、 + 2w2nnw = L(w)= 0时滞环节G(s)= e -tsA(w )= 1j(w)= -tw非最G(s)=1( )1 wT 小相Ts -1位环节A w =1+ (wT )2j(w)= - arctan- 1 比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、一 阶微分环节、振荡环节、时滞环节、非最小相位环节3. 绘制伯德图的步骤主要是 L()（1） 、将开环传递函数标准化（2） 、找出各环节的转折频率，且按大小挨次在坐标中标出来。（3） 、过 =1，L()=20lgk 这点，作斜率为-20vdB/dec 的低频渐近线。（4） 、从低频渐近线开头，每到某一环节的转折频率处，就依据该环节的特性转变

17、一次渐进线的斜率，从而画出对数幅特性的近似曲线。（5） 、依据系统的开环对数相频特性的表达式，画出对数相频特性的近似曲线。4. 依据伯德图求传递函数：参考P110 习题 4-4。分析题P905w 0.=奈v题P94K氏判据的用法：参考 P111 习题 4-6。分析6. 相位裕量和幅值裕量的概念、意义及工程中对二者的要求。填空或推断对应于| G(jw)H(jw)|=1 时的频率w 称为穿越频率，或称剪切频率，也截止频率cg相位裕量 ： ( w)H(jw)曲线上，模值为1 处对应的矢量与负实周之间G的j夹角，其算式为：g =j w +180 A(w )= 1 w幅值裕量 ：cK开环频率c特性的c相

18、角j(w)= -180时，在对gg应的频率w处，开环频率特性的幅值| G(jw )H(jw )| ,其算式ggg为：11K=() () =( )g| GjwH jwgg|A wgK一般，值越大，说明系统的相对稳定性越好；反之，g当K 1 时，对应的闭环系统不稳定。g7. 开环频率特性与时域指标的关系中低频段、中频段、高频段各自影响什么性能？稳态性能、动态性能、抗干扰力量留意相位裕量和穿越频率各自影响什么性能？填空或推断相位裕量：g 一般相对裕量越大，系统的相对稳定性越好。在工程中，通常要求g 在30 到60 之间w穿越频率： 来反映系统的快速性c第五章1. 常用的校正方案有什么？填空 串联矫正和反响校正2. PID 掌握：（1） 时域表达式 P122 式 5-18( )( )t( )d( )u t= K e t + K e t dt + Ke tP1D dt0（2） P、PI、PD、PID 掌握各自的优缺点？ 简答题