自動控制原理復(fù)習(xí)資料

《自動控制原理》復(fù)習(xí)提綱（電氣工程和自動化11級）基本概念什么是自動控制？控制器？被控對象?自動控制系統(tǒng)？答：自動控制：在沒有人的直接參加的狀況下，運用控制裝置使某種設(shè)備、工作機(jī)械或生產(chǎn)過程的某些物理量或工作狀態(tài)能自動地按照預(yù)定的規(guī)律或數(shù)值運行或變化。控制器：普通把控制的裝置稱為控制器。被控對象：被控制的設(shè)備或工作機(jī)械。自動控制系統(tǒng)：控制器和被控對象的總體。什么是開環(huán)、閉環(huán)、復(fù)合控制？答：開環(huán)控制：指系統(tǒng)輸出端與輸入端之間不存在反饋回路，或者說系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何作用的控制過程。閉環(huán)控制：指系統(tǒng)輸出端與輸入端之間存在反饋回路，或者說系統(tǒng)輸出量直接或間接地參加了系統(tǒng)的控制。復(fù)合控制：指開環(huán)和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式，它是在閉環(huán)控制基礎(chǔ)上再引入一條給定輸入信號或擾動作用所構(gòu)成的順饋通路。閉環(huán)控制是按什么原理，按什么進(jìn)行控制的？答：閉環(huán)控制事實上是根據(jù)負(fù)反饋原理，按偏差量進(jìn)行控制的。對控制系統(tǒng)的基本規(guī)定是什么？答：（1）穩(wěn)定性；（2）動態(tài)特性（快速）；（3）穩(wěn)態(tài)特性（精確）控制系統(tǒng)的分類。答：一，按使用的數(shù)學(xué)模型分：（1）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)；（2）持續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)；二，按給定輸入信號特性分：（1）恒值系統(tǒng)；（2）隨動系統(tǒng)；（3）程序控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型1.列寫簡樸電路的微分方程。例2-1，例2-4。2.什么是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)？有什么特點？答：在初始條件為零時，系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換（象函數(shù)）之比，稱為系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的傳遞函數(shù)。特點：（1）傳遞函數(shù)是一種數(shù)學(xué)模型，與系統(tǒng)的微分方程相對應(yīng)。（2）是系統(tǒng)本身的一種屬性，與輸入量的大小和性質(zhì)無關(guān)。（3）只合用于線性定常系統(tǒng)。（4）傳遞函數(shù)是單變量系統(tǒng)描述，外部描述。（5）傳遞函數(shù)是在零初始條件下定義的，不能反映在非零初始條件下系統(tǒng)的運動狀況。（6）普通為復(fù)變量S的有理分式，即n≧m。且全部的系數(shù)均為實數(shù)。（7）如果傳遞函數(shù)已知，則可針對多個不同形式的輸入量研究系統(tǒng)的輸出或響應(yīng)。（8）如果傳遞函數(shù)未知，則可通過引入已知輸入量并研究系統(tǒng)輸出量的實驗辦法，擬定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。（9）傳遞函數(shù)與脈沖響應(yīng)函數(shù)一一對應(yīng)，脈沖響應(yīng)函數(shù)是指系統(tǒng)在單位脈沖輸入量作用下的輸出。3.求電網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。圖2-12、2-14、2-15，習(xí)題2-1。4.有哪幾個典型環(huán)節(jié)？答：（1）比例環(huán)節(jié)；（2）慣性環(huán)節(jié)；（3）積分環(huán)節(jié)；（4）振蕩環(huán)節(jié)；（5）微分環(huán)節(jié)；（6）延遲環(huán)節(jié)5.掌握簡樸電網(wǎng)絡(luò)動態(tài)構(gòu)造圖的建立、簡化與變換法則。答：建立環(huán)節(jié)：（1）從系統(tǒng)輸入端開始，把系統(tǒng)分為若干個基本環(huán)節(jié)，建立各基本環(huán)節(jié)的微分方程；（2）對各基本環(huán)節(jié)的微分方程進(jìn)行拉氏變換，求出對應(yīng)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，按繪制構(gòu)造圖的要素規(guī)定，建立各環(huán)節(jié)的構(gòu)造圖；（3）按照系統(tǒng)中的信號的傳遞次序，依次用信號線將各基本環(huán)節(jié)的構(gòu)造圖連接起來。變換構(gòu)造圖的原則：變換前后變量數(shù)學(xué)關(guān)系保持不變。普通辦法：先通過移動“分支點”或“比較點”，將構(gòu)造圖變換為串聯(lián)，并聯(lián)和反饋三種基本連接方式。變換規(guī)則：詳參考課本P34.6.例2-14，例2-15，習(xí)題2-7,2-11。7.什么是開環(huán)傳遞函數(shù)？閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)造的傳遞函數(shù)。答：開環(huán)傳遞函數(shù)：主反饋信號拉氏變換式B（s）與偏差信號拉氏變換式E（s）之比，或者說是前向通道傳遞函數(shù)與反饋通道傳遞函數(shù)的乘積。閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)造的傳遞函數(shù)詳參考課本P36—P38。時域分析典型輸入信號。答：（1）階躍函數(shù)；（2）斜坡函數(shù)；（3）拋物線函數(shù)；（4）脈沖函數(shù)；（5）正弦函數(shù)。（詳見課本P49—P50）典型時間響應(yīng)。答：（1）單位階躍響應(yīng)；（2）單位斜坡響應(yīng)；（3）單位拋物線響應(yīng)；（4）單位脈沖響應(yīng)。（詳見課本P52—P54）控制系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的定義。答：（1）上升時間t?響應(yīng)曲線從零至第一次達(dá)成穩(wěn)態(tài)值所需的時間；（2）峰值時間t?響應(yīng)曲線從零至第一種峰值所需的時間；（3）調(diào)節(jié)時間t?響應(yīng)曲線從零至達(dá)成并停留在穩(wěn)態(tài)值的正負(fù)5%或正負(fù)2%誤差范疇內(nèi)所需的時間；（4）超調(diào)量σ%在系統(tǒng)響應(yīng)過程中，輸出量的最大值超出穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)。4.穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。答：用穩(wěn)態(tài)誤差e??描述。穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度或抗干擾能力的一種度量。5.一階系統(tǒng)的典型構(gòu)造和性能指標(biāo)。答：典型構(gòu)造：詳見課本P52；性能指標(biāo)：6.例3-1，習(xí)題3-9。7.二階系統(tǒng)的原則型。性能指標(biāo)。例3-2，例3-3，習(xí)題3-1，習(xí)題3-2。答：典型構(gòu)造：詳見課本P55；性能指標(biāo)：8.提高二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的兩種辦法。答：（1）比例—微分（PD）串聯(lián)校正；（2）輸出量微分負(fù)反饋的并聯(lián)校正。9.什么是主導(dǎo)極點？答：指在系統(tǒng)全部的閉環(huán)極點中，對動態(tài)響應(yīng)起主導(dǎo)作用。10．線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。勞斯穩(wěn)定判據(jù)。例3-7，例3-8，例3-9，例3-10。答：充要條件：系統(tǒng)特性方程式全部的根，即閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點，全部為負(fù)實數(shù)或含有負(fù)實部的共軛復(fù)數(shù)。換句話說，全部的根必須分布于S平面虛軸的左半邊。勞斯穩(wěn)定判據(jù)：（1）各項系數(shù)均為正；（2）勞斯表的第一列系數(shù)均為正。勞斯表詳見課本P6711．穩(wěn)態(tài)誤差的計算。終值定理。誤差系數(shù)法。例3-11，例3-12，例3-13。習(xí)題3-13，習(xí)題3-14。答：穩(wěn)態(tài)誤差的計算：詳見課本P71—P78終值定理：12．減少穩(wěn)態(tài)誤差的三種辦法。答：（1）提高系統(tǒng)開環(huán)增益即放大系數(shù)；（2）增加開環(huán)系統(tǒng)中積分環(huán)節(jié)的個數(shù)；（3）復(fù)合控制構(gòu)造（抗干擾賠償?shù)膹?fù)合控制和按給定輸入賠償?shù)膹?fù)合控制結(jié)構(gòu)）控制系統(tǒng)的根軌跡的分析什么是根軌跡？答：根軌跡是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特性根在s平面上變化的軌跡。2．根軌跡的幅值條件和相位條件，繪制根軌跡的重要法則。答：第一種形式：第二種形式：重要法則：（1）根軌跡的持續(xù)性；（2）根軌跡的對稱性；（3）根軌跡的條數(shù)（分支數(shù)）；（4）根軌跡的起點和終點；（5）實軸上的根軌跡；（6）分離點和匯合點；（7）根軌跡的漸進(jìn)線；（8）根軌跡與虛軸的交點；（9）根軌跡的出射角與入射角；（10）根軌跡的走向。（具體參考課本P84—P88）3.增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響。答：增加開環(huán)零點對根軌跡的影響：（1）變化了根軌跡在實軸上的分布；（2）變化了根軌跡漸近線的條數(shù)、傾角及截距；（3）若增加的開環(huán)零點和某個極點重疊或距離很近，構(gòu)成開環(huán)偶極子，則兩者互相抵消。因此，可加入一種零點來抵消有損于系統(tǒng)性能的極點；（4）根軌跡曲線將向左移，有助于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，并且，所加的零點越靠近虛軸，影響越大。增加開環(huán)極點對根軌跡的影響：（1）變化了根軌跡在實軸上的分布；（2）變化了根軌跡漸近線的條數(shù)、傾角及截距；（3）變化了根軌跡的分支數(shù)；（4）根軌跡曲線將向右移，不利于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，并且，所加的極點越靠近虛軸，影響越大。第5章控制系統(tǒng)的頻域特性分析1.什么是頻率響應(yīng)?頻率特性？答：頻率響應(yīng)：穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，其對正弦函數(shù)輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；頻率特性：幅頻特性及相頻特性，或者說，在正弦輸入下，線性定常系統(tǒng)或環(huán)節(jié)，其輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入的復(fù)數(shù)比。2.典型環(huán)節(jié)的bode圖表達(dá)。（詳見課本P100—P108）3.系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的bode圖和幅相特性圖即奈氏圖的近似繪制。（詳見課本P108—P113）4.奈氏穩(wěn)定判據(jù)。對數(shù)頻率特性的奈氏穩(wěn)定判據(jù)。答：奈氏穩(wěn)定判據(jù)：（1）開環(huán)幅頻特性相頻特性曲線Gk（jw），當(dāng)w從-∞到+∞時，逆時針包圍臨界點（-1，j0）的圈數(shù)N等于開環(huán)傳遞函數(shù)在右半S平面的極點數(shù)P；（2）當(dāng)開環(huán)傳遞函數(shù)沒有右半S平面上的極點時，即P=0（或稱當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定時），閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是，系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性曲線Gk（jw），當(dāng)w從-∞到+∞時，不包圍臨界點（-1，j0），即N=0.對數(shù)頻率特性的奈氏穩(wěn)定判據(jù)：（1）如果系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)有P個極點在右半S平面，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是，在對數(shù)幅頻特性為正的全部頻段內(nèi)，對數(shù)相頻特性與-180°相位線的正穿越和負(fù)穿越次數(shù)之差為P/2.若開環(huán)傳遞函數(shù)的全部極點在左半S平面，即P=0，在對數(shù)幅頻特性為正的全部頻段內(nèi)，對數(shù)相頻特性與-180°相位線的正穿越和負(fù)穿越次數(shù)之差為0，則閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則不穩(wěn)定。5.由最小相位系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性求G(s)。[由實驗曲線反求傳遞函數(shù)]（詳見課本P121—P122）6.四個開環(huán)頻域性能指標(biāo)。答：（1）截止頻率Wc：開環(huán)對數(shù)幅頻特性等于零分貝的頻率值L（Wc）=20lgA（Wc）=20lg│Gk（jwc）│=0（dB）（2）相位裕量Y（Wc）：在對數(shù)頻率特性中相頻特性曲線在w=Wc時的相角值?（Wc）與-180°之差Y（Wc）=?（Wc）+180°（3）增益裕量G.M.：又稱為幅值裕量，指相角為-180°這一頻率值wg所對應(yīng)的幅值倒數(shù)的分貝數(shù)。G.M.=-20lg│Gk（jwg）│=-20lgA（Wg）（4）中頻寬度h：開環(huán)對數(shù)幅頻特性以斜率為-20dB/dec過橫軸的線段寬度hh=w2/w17.P132習(xí)題5-1,5-2,5-3（1）（2），5-5（1）（2）（3），5-6,5-7，5-8（1）、（2）。8.開環(huán)頻率特性的三頻段的概念，與系統(tǒng)性能的關(guān)系。答:9.已知脈沖響應(yīng)函數(shù)，求傳遞函數(shù)。第6章頻率法校正1.頻率法校正的實質(zhì)是什么？答：頻率校正的實質(zhì)：就是引入校正裝置的特性去變化原系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性的形狀，使其滿足給出的性能指標(biāo)。串聯(lián)超前、滯后校正的作用是什么？答：串聯(lián)超前校正的作用：（1）使校正后系統(tǒng)的截止頻率增大，通頻帶變寬，提高了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性；（2）使校正后系統(tǒng)的相角穩(wěn)定裕度增大，提高了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。串聯(lián)滯后校正的作用：（1）使新截止頻率附近系統(tǒng)的相角裕度增大，提高了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性；（2）沒有變化原系統(tǒng)最低頻段的特性，不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。什么是PID控制器？答：PID控制器（ProportionIntegrationDifferentiation.比例-積分-微分控制器），由比例單元P、積分單元I和微分單元D構(gòu)成。第8章線性離散控制系統(tǒng)的分析與綜合1.線性離散控制系統(tǒng)有那兩種類型？答：（1）采樣控制系統(tǒng)；（2）數(shù)字（計算機(jī)）控制系統(tǒng)2.什么是采樣定理？答：只要采樣頻率W?不不大于或等于持續(xù)信號f（t）頻譜中最高頻率W???的兩倍，就有可能從采樣信號f*（t）的頻譜中得到原持續(xù)信號f（t）的頻譜，即規(guī)定W?=2W???。即為采樣定理，也叫香濃定理。3.什么是零階保持器？答：零階保護(hù)器使采樣信號f*（t）在每一種采樣瞬時的采樣瞬時的采樣值f（KT?），k=0,1,2，…，始終保持到下一種采樣瞬時，這樣，離散信號f*（t）變成一階信號fн（t）在每一種采樣區(qū)間內(nèi)的值均為常數(shù)，其導(dǎo)數(shù)為零，因此稱之為零階保持器。4.掌握用部分分式法求Z變換和Z反變換。（詳參考課本P193和P195