1、自動控制原理總復習控制系統非線性系統線性系統離散系統連續系統建模求脈沖傳函建模求傳函 穩定性時域分析 穩態誤差 暫態響應 時域法分析 根軌跡法 頻率特性法 串聯(頻率法)校正 并聯(頻率法) 復合控制校正第一章 自動控制的基本概念一、學習要點1. 自動控制基本術語：自動控制、系統、自動控制系統、被控量、輸入量、干擾量、受控對象、控制器、反饋、負反饋控制原理等。2. 控制系統的基本方式：開環控制系統；閉環控制系統；復合控制系統。3. 自動控制系統的組成：由受控對象和控制器組成。4. 自動控制系統的類型：從不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系統與隨動系統；線性系統與非線性系統；連續系統與離散系

2、統；定常系統與時變系統等。5. 對自動控制系統的基本要求：穩、快、準。6. 典型輸入信號：脈沖、階躍、斜坡、拋物線、正弦。二、基本要求1. 對反饋控制系統的基本控制和方法有一個全面的、整體的了解。2. 掌握自動控制系統的基本概念、術語，了解自動控制系統的組成、分類，理解對自動控制系統穩、準、快三方面的基本要求。3. 了解控制系統的典型輸入信號。4. 掌握由系統工作原理圖畫方框圖的方法。三、內容結構圖自動控制的基本概念由系統工作原理圖畫方框圖對控制系統的基本要求常用術語、基本概念基本控制方式反饋控制系統的組成控制系統的分類控制系統的分類自動控制系統被控對象控制裝置測量、變換元件運算、放大元件執行

3、機構四、知識結構圖自動控制系統的基本控制方式開環控制方式按給定量控制方式按擾動量控制方式（順饋控制）反饋控制（按偏差控制）復合控制：按偏差控制按給定量補償按擾動補償+第二章 控制系統的數學模型一、學習要點1數學模型的數學表達式形式（1）物理系統的微分方程描述；（2）數學工具拉氏變換及反變換；（3）傳遞函數及典型環節的傳遞函數。2數學模型的圖形表示（1）結構圖及其等效變換，梅遜公式的應用；（2）信號流圖及梅遜公式的應用。二、基本要求1、正確理解數學模型的特點，對系統的相似性、簡化性、動態模型、靜態模型、輸入變量、輸出變量、中間變量等概念，要準確掌握。2、了解運用拉氏變換解微分方程的方法，并對解的

4、結構、運動模態與特征根的關系、零輸入響應、零狀態響應等概念有清楚的理解。3、正確理解傳遞函數的定義、性質和意義。熟練掌握由傳遞函數派生出來的系統開環傳遞函數、閉環傳遞函數、誤差傳遞函數、典型環節傳遞函數等概念。（）4、 熟練掌握系統結構圖的簡化法則，并能用梅遜公式求系統傳遞函數。（）5、 傳遞函數的求取方法：1）直接法：由微分方程直接得到。2）復阻抗法：只適用于電網絡。3）結構圖及其等效變換，用梅遜公式。4）信號流圖用梅遜公式。線性系統的數學模型微分方程傳遞函數結構圖信號流圖微分方程（組）的建立及標準化非線性微分方程的線性化線性系統微分方程的解及性質定義及性質局限性及表示形式典型環節的傳遞函數

5、建立物理系統的傳遞函數傳遞函數矩陣由微分方程繪制由原理圖繪制開環傳遞函數閉環傳遞函數串聯、并聯、反饋引出點、比較點移動規則由微分方程繪制由方框圖繪制源節點、匯節點、混合節點通路及回路繪制有關術語等效變換規則繪制有關術語梅遜公式機理分析法實驗辨識法求取代數方程組的解，化簡結構圖或信號流圖基爾霍夫定律（時域及復域形式）牛頓第二定律（達朗伯原理）三、內容結構圖四、知識結構圖微積分消元法等效變換微分方程代數方程元部件結構圖系統結構圖傳遞函數代數方程組信號流圖梅遜公式梅遜公式代數消元法 拉氏變換數學、物理規律系統原理圖微分方程組拉氏變換變換五、例題：1、概念題：動態結構圖由哪四種基本單元組成？函數方框、

6、信號線、比較點和引出點。2、已知系統的結構圖如下圖所示，求傳遞函數。-C(s)H1(s)G2(s)R(s)G1(s)G3(s)G4(s)H3(s)H2(s)-解：用結構圖等效變換或梅遜公式，其結果為： 。C(s)H1(s)G2(s)R(s)G1(s)G3(s)G4(s)H3(s)H2(s)3、已知系統的結構圖如下圖所示，求傳遞函數。解：用結構圖等效變換或梅遜公式，其結果為： 。第三章 控制系統的時域分析一、學習要點1. 基本概念：穩定性、時域響應、動態性能指標、誤差與穩態誤差等。2. 控制系統的穩定性（1） 勞斯穩定判據；（2）赫爾維茨穩定判據。3. 控制系統的動態性能（1） 一階系統的暫態響

7、應；（2）二階系統的暫態響應。4. 控制系統的穩態性能（1） 一般概念；（2）誤差系數。二、基本要求1. 了解線性定常系統的時域響應組成，熟悉控制系統暫態響應性能指標的定義（）。2. 掌握一階系統的暫態響應及性能指標，并能根據給出的指標確定滿足要求的系統參數T。（）3. 掌握二階系統的暫態響應分析及其與極點之間的關系，重點掌握二階系統的暫態響應性能指標公式及計算，并能根據給出的指標確定滿足要求的系統參數和，尤其是改善二階系統動態性能的兩種措施。（）（）4. 一般了解高階系統的暫態響應，掌握閉環主導極點的概念。5. 了解穩定性的概念，掌握線性定常系統穩定的充要條件（）。6. 重點掌握判斷穩定性的

8、Routh代數判據及應用（）（），對Hurwitz判據有一般了解。能根據系統要求確定滿足穩定的系統參數范圍（）（）。7. 了解穩態誤差的概念、定義、產生原因、類型。8. 重點掌握給定穩態誤差終值的計算，穩態誤差系數的計算及減小穩態誤差的方法，并能根據系統對穩態誤差的要求確定系統參數。（）（）三、內容結構圖控制系統的時域分析快勞斯赫爾維茨穩定判據穩態誤差的定義、產生原因、類型穩態誤差終值的計算二階系統的暫態響應分析及其與極點之間的關系，二階系統的暫態響應性能指標公式及計算。穩準t常除法或泰勒展開公式公式代數判據公式、曲線閉環傳遞函數（s）誤差傳遞函數e(s)、en(s)開環傳遞函數k(s)擾動作

9、用點之前傳遞函數1(s)一階標準式二階標準式特征方程參數T參數、n性能指標積分環節數目1、K1靜態誤差系數Kp、Kv、Ka系統型別、 開環增益K 穩定性、穩定域動態誤差系數C0、C1、C2誤差象函數E（s）公式、曲線穩態誤差ess= esr+esnesr(t)終值定理 公式系統結構圖四、知識結構圖五、例題：1、概念題：單位反饋系統的閉環傳遞函數，則閉環階躍響應的調節時間ts(=0.02)為多少？而閉環單位階躍響應的誤差e()=r()-c()=？ ；。2、系統的特征方程如下，試判斷系統的穩定性并求系統在s右半平面根的數目。(1) (2) 解：（1）列勞斯表： （2）列勞斯表： s4 1 3 1

10、s5 1 12 24 s3 3 2 s4 3 24 48 s2 7/3 1 s3 4 8 7 3 s2 18 48 s1 5/7 s1 -8/3 s0 1 s0 48系統穩定。 系統不穩定，在s右半平面有2個根。3、單位反饋控制系統的開環傳遞函數為 (1) 試求系統的單位階躍響應； (2) 確定位置誤差系數KP、速度誤差系數KV和當輸入r ( t ) = 2 t 時系統的穩態誤差。解：（1）， ； （2）因為系統為1型，所以 KP= ，KV= K = 4/5 = 0.8 ， 當r ( t ) = 2 t 時，。第五章 控制系統的頻率特性一、學習要點1. 頻率特性的幾何表示（1） 極坐標圖或奈奎

11、斯特圖（Nyquist圖）（2） 對數頻率特性曲線（Bode圖）2. 典型環節的頻率特性及最小相位系統（1）典型環節頻率特性（2）最小相位系統與非最小相位系統3. 穩定判據（1） 奈奎斯特穩定判據（2）對數頻率特性的穩定判據4. 開環頻域指標（1）幅值裕度；（2）相角裕度5. 開環對數頻率特性與時域性能指標：（1）三頻段的概念（2）開環系統頻域指標與時域性能指標的關系二、基本要求1. 熟練掌握繪制開環系統Nyquist圖和Bode圖的方法，會求剪切頻率（）（）。2. 重點掌握奈奎斯特穩定判據及其在系統分析中的應用。（）（）3. 重點掌握相角裕度、幅值裕度的計算。（）（）4. 掌握開環對數頻率特

12、性與系統性能之間的關系，正確理解三頻段的概念。（）5. 正確理解并掌握用實驗數據確定傳遞函數，由最小相位系統的Bode圖確定系統的傳遞函數的方法，會求開環放大系數。（）（）頻域分析法頻率特性穩定性分析動態性能分析定義頻率特性圖形表示極坐標圖(Nyquist圖) 對數頻率特性圖（Bode圖）穩定性判據（絕對穩定性）穩定裕度（相對穩定性）二階系統時域指標計算高階系統時域指標估算Nyquist判據對數判據相角裕度幅值裕度三、內容結構圖四、知識結構圖s=js=j公式公式系統結構、參數典型環節頻率特性對數頻率穩定判據奈奎斯特穩定判據開環傳遞函數G（s）閉環傳遞函數（s）開環頻率特性G（j）開環幅相曲線判

13、別穩定域開環對數頻率特性曲線閉環頻率特性（j）閉環頻域指標Mr、r、b系統結構圖開環頻域指標c、h時域指標五、例題：1、已知各單位反饋系統的開環幅相頻率特性如圖所示，并已知開環傳遞函數在s右半平面的極點數為p ，其積分環節的數目為，試判斷其閉環系統的穩定性。=0-1=1 p=10·=0p=0·0-1=0 圖1 圖2解：=0p=0·0-1=0-10=0=1 p=1· 圖1 圖2幅相特性及其鏡像逆時針包圍 幅相特性沒包圍（-1，j 0）點，則N = 0 = p（-1，j 0）點一圈，則N = 1 = p， 則z = N p = 0，所以系統穩定。則z = N

14、 p = 0，所以系統穩定。2、已知最小相位系統的開環對數頻率特性如下圖所示；（1） 試寫出該系統的開環傳遞函數并求出剪切頻率c；L db-···c11010010004-40-40-20-20-20-4040200（2） 當時求出系統的穩態誤差。解：（1）由圖可知 = 1時， 20 lg K = 40 db，所以 K = 100； 則 ， 時， ； （2）由開環傳遞函數可知，系統為1型系統，所以，當時：。3、已知單位反饋系統的開環傳遞函數為 畫出其對數幅頻特性曲線，并計算其相角裕度。c-60L db05-401200.1104080解：轉折頻率，低頻段斜率為40

15、； 因為 K = 50/5 =10 ，時，； ， 。第6章 控制系統的校正一、學習要點1. 校正方法頻率法，根軌跡法2. 校正方式1）串聯校正；2）反饋校正；3）串聯反饋校正；4）前饋補償校正（復合控制）。3. 基于頻率響應法的串聯校正1）串聯超前校正；2）串聯滯后校正；3）串聯滯后超前校正；4）三種串聯校正方法的特點與作用；5）串聯校正的希望特性法。二、基本要求1. 熟悉典型的無源校正裝置，掌握校正網絡的頻率特性及其作用。2. 正確選擇校正網絡。3. 掌握串聯校正的頻率設計方法，重點掌握三種串聯校正方式的特點與作用（）（）。4. 重點掌握期望特性的求取方法及串聯校正的期望特性法。（）（）5.

16、 重點掌握校正前后相角裕度、幅值裕度的計算。（）（）線性系統校正串聯校正反饋校正復合校正超前校正滯后校正滯后超前校正三、內容結構圖校正校正方式校正裝置校正設計方法串聯校正反饋校正復合校正無源校正裝置有源校正裝置PID控制器頻率法根軌跡法串聯超前校正串聯滯后校正滯后超前校正分析法（試探法）綜合法（期望特性法）四、知識結構圖計算、判穩穩定性,時域指標,頻域指標計算開環傳遞函數G(s)繪制期望特性校正網絡校正后開環傳遞函數校正后性能指標系統結構圖滿足期望指標嗎結束滿足期望指標嗎YNYNY修改參數Y五、例題-填空：1、串聯超前校正使相角裕度 增大 或超調量 減小 ，同時可以使剪切頻率 增大 或調節時間

17、 減小 ，但抗高頻干擾能力 減弱 ；2、串聯超前校正利用超前裝置的 相位超前 特性。4、串聯滯后校正利用滯后裝置的 高頻幅值衰減 特性。第七章 線性離散控制系統一、學習要點1. 基本概念：連續信號、離散信號、離散系統、采樣過程、采樣開關、保持器。2. 采樣：（1）采樣過程；（2）香農采樣定理；（3）零階保持器。3. 離散系統的數學模型：（1）差分方程；（2）數學工具z變換；（3）脈沖傳遞函數。3. 系統分析（1）離散系統穩定性分析（2）準確性分析（離散系統的穩態誤差分析）（3）快速性分析與時間響應二、基本要求1、掌握z變換、z反變換的概念及其主要性質。2、熟悉零階保持器的傳遞函數、頻率特性及特點。3、重點掌握脈沖傳遞函數的概念及其求解離散控制系統開環、閉環脈沖傳遞函數的方法。（）（）4、熟練掌握離散控制系統的穩定性判斷方法，能根據系統要求確定滿足穩定性的系統參數范圍。（）（）5、重點掌握計算離散控制系統的穩態誤差方法。（）（）基本概念脈沖傳函采樣過程數學模型系統分析快速性分析系統校正最少拍校正穩定性分析準確性分析離散控制系統差分方程三、內容結構圖四、知識結構圖tz反變換終值定理穩定判據特征方程穩態誤差e() 靜態誤差系數Kp、Kv、Ka輸出脈沖序