自动控制原理基础

自动控制原理基础
自动控制原理基础

华北电力大学2018年硕士生入学考试初试科目考试大纲

科目代码:845

科目名称:自动控制原理基础

一、考试的总体要求

熟练掌握经典控制理论中控制系统的基本概念、数学模型和分析方法;掌握用时域分析、根轨迹分析法和频率响应分析法综合连续线性定常控制系统;掌握现代控制理论状态空间的基本概念和分析方法。

二、考试的内容

1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。开环、闭环控制。

2.数学模型:

建立实际系统的数学模型。微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图;通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。

3.时域分析:

一阶、二阶系统的暂态响应。动态分析及性能指标求法。稳定的概念、条件,用劳斯判据判定闭环稳定性,确定特征根的分布;误差、稳态误差的概念,典型给定输入、扰动输入下(阶跃、斜坡、抛物线)系统的稳态误差。

4.根轨迹分析法:

根轨迹的概念;180度根轨迹的绘制;根轨迹定性分析(稳定、

不稳定区间的确定,单调衰减、振荡衰减区间的确定)。

5.频率响应分析法:

频率特性的概念;频率特性曲线、伯德图的绘制;由频率特性稳定判据判定闭环稳定性,确定闭环极点的分布;稳定裕量的概念、求法。

6.现代控制理论基础:

建立系统的状态空间模型并求取传递函数;模拟结构图;状态空间方程求解;能控性、能观性;结构分解与最小实现;线性定常连续系统的离散化;利用状态反馈配置极点;设计全维状态观测器。

考试试题主要测验考生对控制理论的基本知识、基础理论和基本技能掌握的程度,以及运用所学理论去分析、综合控制系统的能力。

三、考试的题型

均为分析、计算题,其中包括基本概念的内容。

自动控制原理知识点

第一节自动控制的基本方式 一、两个定义: (1)自动控制:在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使某种设备、装置或生产过程中的某些物理量或工作状态能自动地按照预定规律变化或数值运行的方法,称为自动控制。 (2)自动控制系统:由控制器(含测量元件)和被控对象组成的有机整体。或由相互关联、相互制约、相互影响的一些元部件组成的具有自动控制功能的有机整体。称为自动控制系统。 在控制系统中,把影响系统输出量的外界输入量称为系统的输入量。 系统的输入量,通常指两种:给定输入量和扰动输入量。 给定输入量,又常称为参考较输入量,它决定系统输出量的要求值或某种变化规律。 扰动输入量,又常称为干扰输入量,它是系统不希望但又客观存在的外部输入量,例如,电源电压的波动、环境温度的变化、电动机拖动负载的变化等,都是实际系统中存在的扰动输入量。扰动输入量影响给定输入量对系统输出量的控制。 自动控制的基本方式 二、基本控制方式(3种) 1、开环控制方式 (1)定义: 控制系统的输出量对系统不产生作用的控制方式,称为开环控制方式。 具有这种控制方式的有机整体,称为开环控制系统。 如果从系统的结构角度看,开环控制方式也可表达为,没有系统输出量反馈的控制方式。(2)职能方框图 任何开环控制系统,从组成系统元部件的职能角度看,均可用下面的方框图表示。 2、闭环控制方式 (1) 定义: 系统输出量直接或间接地反馈到系统的输入端,参予了系统控制的方式,称为闭环控制方式。如果从系统的结构看,闭环控制方式也可表达为,有系统输出量反馈的控制方式。 自动控制的基本方式 工作原理 开环调速结构基础上引入一台测速发电机,作为检测系统输出量即电动机转速并转换为电压。 反馈电压与给定电压比较(相减)后,产生一偏差电压,经电压和功率放大器放大后去控制电动机的转速。 当系统处于稳定运行状态时,电动机就以电位器滑动端给出的电压值所对应的希望转速运行。 当系统受到某种干扰时(例如负载变大),电动机的转速会发生变化(下降),测速反馈

自动控制原理基本知识测试题

第一章自动控制的一般概念 一、填空题 1.(稳定性)、(快速性)和(快速性)是对自动控制系统性能的基本要求。 2.线性控制系统的特点是可以使用(叠加)原理,而非线性控制系统则不能。 3.根据系统给定值信号特点,控制系统可分为(定值)控制系统、(随动)控制系统和(程序)控制系统。 4.自动控制的基本方式有(开环)控制、(闭环)控制和(复合)控制。 5.一个简单自动控制系统主要由(被控对象)、(执行器)、(控制器)和(测量变送器)四个基本环节组成。 6.自动控制系统过度过程有(单调)过程、(衰减振荡)过程、(等幅振荡)过程和(发散振荡)过程。 二、单项选择题 1.下列系统中属于开环控制的为( C )。 A.自动跟踪雷达 B.无人驾驶车 C.普通车床 D.家用空调器 2.下列系统属于闭环控制系统的为( D )。 A.自动流水线 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.家用电冰箱 3.下列系统属于定值控制系统的为( C )。 A.自动化流水线 B.自动跟踪雷达 C.家用电冰箱 D.家用微波炉 4.下列系统属于随动控制系统的为( B )。 A.自动化流水线 B.火炮自动跟踪系统 C.家用空调器 D.家用电冰箱 5.下列系统属于程序控制系统的为( B )。 A.家用空调器 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.火炮自动跟踪系统 6.( C )为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。 A.连续控制系统 B.离散控制系统 C.随动控制系统 D.线性控制系统 7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是( B )。 A.稳定性 B.复现性 C.快速性 D.准确性 8.下列不是自动控制系统基本方式的是( C )。 A.开环控制 B.闭环控制 C.前馈控制 D.复合控制 9.下列不是自动控制系统的基本组成环节的是( B )。 A.被控对象 B.被控变量 C.控制器 D.测量变送器 10.自动控制系统不稳定的过度过程是( A )。 A.发散振荡过程 B.衰减振荡过程 C.单调过程 D.以上都不是 第二章自动控制系统的数学模型 一、填空题 1.数学模型是指描述系统(输入)、(输出)变量以及系统内部各变量之间(动态关系)的数学表达式。 2.常用的数学模型有(微分方程)、(传递函数)以及状态空间表达式等。 3.(结构图)和(信号流图),是在数学表达式基础演化而来的数学模型的图示形式。 4.线性定常系统的传递函数定义:在(零初始)条件下,系统的(输出)量的拉氏变换与(输入)量拉氏变换之比。 5.系统的传递函数完全由系统的(结构、参数)决定,与(输入信号)的形式无关。 6.传递函数的拉氏变换为该系统的(脉冲响应)函数。 7.令线性定常系统传递函数的分子多项式为零,则可得到系统的(零)点。 8.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的(极)点。 9.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的(特征)方程。 10.方框图的基本连接方式有(串联)连接、(并联)连接和(反馈)连接。 二、单项选择题 1.以下关于数学模型的描述,错误的是( A ) A.信号流图不是数学模型的图示 B.数学模型是描述系统输入、输出变量以及系统内部河变量之间的动态关系的数学表达式 C.常用的数学模型有微分方程、传递函数及状态空间表达式等 D.系统数学模型的建立方法有解析法和实验法两类 2.以下关于传递函数的描述,错误的是( B ) A.传递函数是复变量s的有理真分式函数 B.传递函数取决于系统和元件的结构和参数,并与外作用及初始条件有关 C.传递函数是一种动态数学模型

自动控制原理题目含复习资料

《自动控制原理》复习参考资料 一、基本知识1 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。 2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。 3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。 4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。 5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。 6、控制系统的数学模型,取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。 7、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为G1(s)+G2(s),以串联方式连接,其等效传递函数为G1(s)*G2(s)。 8、系统前向通道传递函数为G(s),其正反馈的传递函数为H(s),则其闭环传递函数为G(s)/(1- G(s)H(s))。 9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G(s),则闭环传递函数为G(s)/(1+ G(s))。 10、典型二阶系统中,ξ=0.707时,称该系统处于二阶工程最佳状态,此时超调量为4.3%。 11、应用劳斯判据判断系统稳定性,劳斯表中第一列数据全部为正数,则系统稳定。 12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负,即都分布在S平面的左平面。 13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号,恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。 14、对于有稳态误差的系统,在前向通道中串联比例积分环节,系统误差将变为零。

15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。 16、对于一个有稳态误差的系统,增大系统增益则稳态误差将减小。 17、对于典型二阶系统,惯性时间常数T 愈大则系统的快速性愈差。 18、应用频域分析法,穿越频率越大,则对应时域指标t s 越小,即快速性越好 19最小相位系统是指S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。 20、按照校正装置在系统中的不同位置,系统校正可分为串联校正、反馈校正、 补偿校正与复合校正四种。 21、对于线性系统,相位裕量愈大则系统的相对稳定性越好。 22、根据校正装置的相位特性,比例微分调节器属于相位超前校正装置,比例积分调节器属于相位滞后校正装置,PID 调节器属于相位滞后-超前校正装置。 23、PID 调节中的P 指的是比例控制器,I 是积分控制器,D 是微分控制器。 24、离散系统中信号的最高频谱为ωmax ,则采样频率ωs 应保证ωs>=2ωmax 条件。 26、在离散控制系统分析方法中,把差分方程变为代数方程的数学方法为Z 变换。 27、离散系统中,两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以串联方式连接,连接点有采样开关,其等效传递脉冲函数为G 1(z)G 2(z);连接点没有采样开关,其等效传递脉冲函数为G 1G 2(z)。 28、根据系统的输出量是否反馈至输入端,可分为开环控制系统与闭环控制系统。 29、家用空调温度控制、电梯速度控制等系统属于闭环控制系统; 30、经典控制理论的分析方法主要有时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法。 二、基本知识2 1、开环控制系统的的特征是没有( ) A.执行环节 B.给定环节 C.反馈环节 D.放大环节 2、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的( ) A 、低频段 B 、中频段 C 、高频段 D 、均无关 3、若系统的开环传递函数为 10) (5 50 s s ,则它的开环增益为( ) A.5 B.10 C.50 D.100

自动控制原理实验

自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的: (1)通过实例展示,认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 (2)会正确实现闭环负反馈。 (3)通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答: (1)在实际控制系统调试时,如何正确实现负反馈闭环? 答:负反馈闭环,不是单纯的加减问题,它是通过增量法实现的,具体如下: 1.系统开环; 2.输入一个增或减的变化量; 3.相应的,反馈变化量会有增减; 4.若增大,也增大,则需用减法器; 5.若增大,减小,则需用加法器,即。 (2)你认为表格中加1KΩ载后,开环的电压值与闭环的电压值,哪个更接近2V? 答:闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时,系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力,对扰动的反应很大,也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时,由于有反馈的存在,扰动产生的影响会被反馈到输入端,系统就从输入部分产生了调整,经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此,闭环的电压值更接近2V。 (3)学自动控制原理课程,在控制系统设计中主要设计哪一部份? 答:应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统,功能部分是“被控对象”部分,这部分可由对应专业设计,反馈部分大多是传感器,因此可由传感器的专业设计,而自控原理关注的是系统整体的稳定性,因此,控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理: (1)利用各种实际物理装置(如电子装置、机械装置、化工装置等)在数学上的“相似性”,将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时,不必研究每一种实际装置,而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性,人对数学而言,不能直接感受它的自然物理属性,这给我们分析和设计带来了困难。所以,我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样,就可以“秀才不出门,遍知天下事”。实际上,在后面的课程里,不同专业的学生将面对不同的实际物理对象,而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三,我们就是用下列“模拟实物”——电路系统,替代各种实际物理对象。

自动控制原理知识点总结教学资料

2013自动控制原理知识点总结

自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,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.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制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:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (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能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的(3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、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。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,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

自动控制原理知识点总结

~ 自动控制原理知识点总结 第一章 1、什么就是自动控制?(填空) 自动控制:就是指在无人直接参与得情况下,利用控制装置操纵受控对象,就是被控量等于给定值或按给定信号得变化规律去变化得过程。 2、自动控制系统得两种常用控制方式就是什么?(填空) 开环控制与闭环控制 3、开环控制与闭环控制得概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高. 闭环控制:控制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得影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否得问题。 掌握典型闭环控制系统得结构。开环控制与闭环控制各自得优缺点? (分析题:对一个实际得控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4、控制系统得性能指标主要表现在哪三个方面?各自得定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程得振荡倾向与系统恢复平衡得能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征得 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应得终值之间得差值来表征得 第二章 1、控制系统得数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2、了解微分方程得建立? (1)、确定系统得输入变量与输入变量 (2)、建立初始微分方程组.即根据各环节所遵循得基本物理规律,分别列写出相应得微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关得项写在方程式等号得右边,与输出量有关得项写在等号得左边 3、传递函数定义与性质?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得拉普拉斯变换域系统输入量得拉普拉斯变

自动控制原理实验报告

《自动控制原理》 实验报告 姓名: 学号: 专业: 班级: 时段: 成绩: 工学院自动化系

实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1.熟悉MATLAB 桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。 3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1.比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数,建立相应的SIMULINK 仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ; ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节(PD )2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节(PI )s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

(完整版)自动控制原理知识点总结

@~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,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.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制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:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (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能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、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。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,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)

自动控制原理实验书(DOC)

目录 实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)

实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分,它的任务是:一方面,通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法;另一方面,帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示,TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能,还可以根据不同的实验产生各种输出信号;模拟实验台是被控对象,台上共有运算放大器12个,与台上的其他电阻电容等元器件配合,可组成各种具有不同系统特性的实验对象,台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用;A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上,它起着模拟与数字信号之间的转换作用,是计算机与实验台之间必不可少的桥梁;打印机可根据需要进行连接,对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成,可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。 显示器 计算机 打印机 模拟实验台 AD/DA 卡

实验一一、二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1.学习构成一、二阶系统的模拟电路,了解电路参数对系统特性的影响;研究二阶系统的两个重要参数:阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对动态性能的影响。 2.学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法,并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 二、实验仪器 1.自动控制系统实验箱一台 2.计算机一台 三、实验原理 模拟实验的基本原理: 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统,即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统,然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来,便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端,并利用计算机等测量仪器,测量系统的输出,便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。 若改变系统的参数,还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路,并测量其阶跃响应: 1.一阶系统的模拟电路如图

-自动控制原理知识点汇总

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自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,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.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制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:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (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能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、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。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,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拉普拉斯变

自动控制原理基本知识测试题.

自动控制原理基本知识测试题 第一章自动控制的一般概念 一、填空题 1.()、()和()是对自动控制系统性能的基本要求。 2.线性控制系统的特点是可以使用()原理,而非线性控制系统则不能。 3.根据系统给定值信号特点,控制系统可分为()控制系统、()控制系统和()控制系统。 4.自动控制的基本方式有()控制、()控制和()控制。 5.一个简单自动控制系统主要由()、()、()和()四个基本环节组成。 6.自动控制系统过度过程有()过程、()过程、()过程和()过程。 二、单项选择题 1.下列系统中属于开环控制的为()。 A.自动跟踪雷达 B.无人驾驶车 C.普通车床 D.家用空调器 2.下列系统属于闭环控制系统的为()。 A.自动流水线 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.家用电冰箱 3.下列系统属于定值控制系统的为()。 A.自动化流水线 B.自动跟踪雷达 C.家用电冰箱 D.家用微波炉 4.下列系统属于随动控制系统的为()。 A.自动化流水线 B.火炮自动跟踪系统 C.家用空调器 D.家用电冰箱 5.下列系统属于程序控制系统的为()。 A.家用空调器 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.火炮自动跟踪系统 6.()为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。 A.连续控制系统 B.离散控制系统 C.随动控制系统 D.线性控制系统 7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是()。 A.稳定性 B.复现性 C.快速性 D.准确性 8.下列不是自动控制系统基本方式的是()。 A.开环控制 B.闭环控制 C.前馈控制 D.复合控制 9.下列不是自动控制系统的基本组成环节的是()。 A.被控对象 B.被控变量 C.控制器 D.测量变送器 10.自动控制系统不稳定的过度过程是()。 A.发散振荡过程 B.衰减振荡过程 C.单调过程 D.以上都不是 三、简答题 1.什么是自动控制?什么是自动控制系统? 2.自动控制系统的任务是什么? 3.自动控制的基本方式有那些? 4.什么是开环控制系统?什么是闭环控制系统?各自的优缺点是什么? 5.简述负反馈控制系统的基本原理及基本组成。 6.自动控制系统主要有那些类型? 7.对控制系统的基本要求是什么?请加以说明。 8.什么是自动控制系统的过度过程?主要有那些种? 四、名词解释 1.被控对象 2.被控变量 3.给定值 4.扰动量 5.定值控制系统 6.随动控制系统 7.程序控制系统

自动控制原理基础教程第三版胡寿松第一章课后答案

1-2 仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。 题1-2图仓库大门自动开闭控制系统 解当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。反之,当合上关门开关时,电动机反转带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热,从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图,并说明为了保持热水温度为期望值,系统是如何工作的?系统的被控对象和控制装置各是什么? 题1-4图水温控制系统原理图 解工作原理:温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温,并在温度控制器中与给定温度相比较,若低于给定温度,其偏差值使蒸汽阀门开大,进入热交换器的蒸汽量加大,热水温度升高,直至偏差为零。如果由于某种原因,冷水流量加大,则流量值由流量计测得,通过温度控制器,开大阀门,使蒸汽量增加,提前进行控制,实现按冷水流量进行顺馈补偿,保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中,热交换器是被控对象,实际热水温度为被控量,给定量(希望温度)在控制器

中设定;冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 1-5 题1-5图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及各部件的作用,画出系统方框图。 题1-5图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比,c u 增高,炉温就上升,c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制,该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较,得出偏差电压e u ,经电压放大器、功率放大器放大成a u 后,作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下,炉温等于某个期望值T °C ,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时,0=-=f r e u u u ,故01==a u u ,可逆电动机不转动,调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上,使c u 保持一定的数值。这时,炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失),则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。 系统中,加热炉是被控对象,炉温是被控量,给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征炉温的希望值)。系统方框图见下图。

自动控制原理知识点总结

河南省郑州市惠济区河南商业高等专科学校,文化路英 才街2号 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 3.开环控制和闭环控制的概念?掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点?(分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) sa 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 2.了解微分方程的建立? 3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择) 4.七个典型环节的传递函数(必须掌握)。了解其特点。(简答) 5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式,尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法,参考P38习题2-9(a)、(e)、(f)。(化简) 6.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 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) 2.一阶系统的单位阶跃响应。(填空或选择) 3.二阶系统: (1)传递函数、两个参数各自的含义;(填空)

(2)单位阶跃响应的分类,不同阻尼比时响应的大致情况(图3-10);(填空)(3)欠阻尼情况的单位阶跃响应:掌握式3-21、3-23~3-27;参考P51例3-4的欠阻尼情况、P72习题3-6。 4.系统稳定的充要条件?劳斯判据的简单应用:参考P55例3-5、3-6。(分析题) 5.用误差系数法求解给定作用下的稳态误差。参考P72习题3-13。(计算题) 第四章 1.幅频特性、相频特性和频率特性的概念。 2.七个典型环节的频率特性(必须掌握)。了解其伯德图的形状。(简答题) 3.绘制伯德图的步骤(主要是L(ω)) 4.根据伯德图求传递函数:参考P110习题4-4。(分析题) 5.奈氏判据的用法:参考P111习题4-6。(分析题) 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。(填空或判断) 7.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?注意相位裕量和穿越频率各自影响什么性能?(填空或判断) 第五章 1.常用的校正方案有什么?(填空) 2.PID控制: (1)时域表达式P122式5-18 (2)P、PI、PD、PID控制各自的优缺点?(简答题) 第六章 填空

自动控制原理基本概念总结

《自动控制原理》基本概念总结 1.自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性 2.一个控制系统至少包括控制装置和控制对象 3.反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的控制系统 4.根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类,控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统。 根据信号的结构特点分类,控制系统可分为:反馈控制系统、前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统。根据给定值信号的特点分类,控制系统可分为:恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 根据控制系统元件的特性分类,控制系统可分为:线性控制系统、非线性控制系统。 根据控制信号的形式分类,控制系统可分为:连续控制系统、离散控制系统。 5.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的特征方程 6.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定 7.对复杂系统的方框图,要求出系统的传递函数可以采用梅森公式 8.线性控制系统的特点是可以应用叠加原理,而非线性控制系统则不能 9.线性定常系统的传递函数,是在零初始条件下,系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 10.信号流图中,节点可以把所有输入支路的信号叠加,并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。 11.从控制系统稳定性要求来看,系统一般是具有负反馈形式。 12.组成控制系统的基本功能单位是环节。 13.系统方框图的简化应遵守信号等效的原则。 14.在时域分析中,人们常说的过渡过程时间是指调整时间 15.衡量一个控制系统准确性/精度的重要指标通常是指稳态误差 16.对于二阶系统来说,系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的必要条件 17.若单位反馈系统在阶跃函数作用下,其稳态误差ess为常数,则此系统为0型系统 18.一阶系统的阶跃响应无超调 19.一阶系统 G(s)= K/(Ts+1)的T越大,则系统的输出响应达到稳态值的时间越长。 20.控制系统的上升时间tr、调整时间tS等反映出系统的快速性。 21.二阶系统当0<ζ<1时,如果ζ增加,则输出响应的最大超调量将减小。 22.对于欠阻尼的二阶系统,当阻尼比ξ保持不变时,无阻尼自然振荡频率ωn越大,系统的超调量σp不变 23.在单位斜坡输入信号作用下,?II型系统的稳态误差 ess=0 24.衡量控制系统动态响应的时域性能指标包括动态和稳态性能指标。 25.分析稳态误差时,将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…,这是按开环传递函数中的积分环节数来分类的。 26.二阶系统的阻尼系数ξ=时,为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。 27.系统稳定性是指系统在扰动消失后,由初始偏差状态恢复到原来的平衡状态的性能。 28.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的充要条件。 29.如果系统中加入一个微分负反馈,将使系统的超调量减小。 30.确定根轨迹与虚轴的交点,可用劳斯判据判断。 31.主导极点的特点是距离虚轴很近。 32.根轨迹上的点应满足的幅角条件为∠G(s)H(s)等于±(2l+1)π (l=0,1,2,…) 33.如果要求系统的快速性好,则闭环极点应距离虚轴越远越好。 34.根轨迹的分支数等于特征方程的阶数/开环极点数,起始于开环传递函数的开环极点,终止于开环传递函数的开环零点。 35. 根轨迹与虚轴相交时,在该交点处系统处于临界稳定状态,系统阻尼为0

自动控制原理实验1-6

实验一 MATLAB 仿真基础 、实验目的: (1) 熟悉MATLAB 实验环境,掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2) 掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3) 掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4) 学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1 ?计算机;2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ()来建立控制系统的传递函数模型,用函数printsys ()来输出控制系 统的函数,用函数命令zpk ()来建立系统的零极点增益模型,其函数调用格式 为:sys = zpk ( z, p, k 零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后,其等效传递函数可用 feedback ()函数求得。 则 feedback ()函数调用格式为: sys = feedback (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性,sign 缺省时,默认为负反馈,sign = -1;正反馈时, sig n = 1;单位反馈时,sys2= 1,且不能省略。 四、实验内容: 1. 已知系统传递函数,建立传递函数模型 2 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数,建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)

5.自动控制原理考试复习笔记--本科生总结

自动控制原理复习总结笔记 一、 自动控制理论的分析方法: (1)时域分析法; (2)频率法; (3)根轨迹法; (4)状态空间方法; (5)离散系统分析方法; (6)非线性分析方法 二、系统的数学模型 (1)解析表达:微分方程;差分方程;传递函数;脉冲传递函数;频率特性;脉冲响应函数;阶跃响应函数 (2)图形表达:动态方框图(结构图);信号流图;零极点分布;频率响应曲线;单位阶跃响应曲线 时域响应分析 一、对系统的三点要求: (1)必须稳定,且有相位裕量γ和增益裕量g K (2)动态品质指标好。p t 、s t 、r t 、σ% (3)稳态误差小,精度高 二、结构图简化——梅逊公式 例1、 解:方法一:利用结构图分析: ()()()()[]()()[]()s X s Y s R s Y s X s R s E 11--=+-=

方法二:利用梅逊公式 ? ? = ∑=n k K K P s G 1 )( 其中特征式 (11) ,,1 ,1 +- + -=?∑∑∑===Q f e d f e d M k j k j N i i L L L L L L 式中: ∑i L 为所有单独回路增益之和 ∑j i L L 为所有两个互不接触的单独回路增益乘积之和 ∑f e d L L L 为所有三个互不接触的单独回路增益乘积之和 其中,k P 为第K 条前向通路之总增益; k ? 为从Δ中剔除与第K 条前向通路有接触的项; n 为从输入节点到输出节点的前向通路数目 对应此例,则有: 通路:211G G P ?= ,11=? 特征式:312131211)(1G G G G G G G G ++=---=? 则: 3 121111)() (G G G G P s R s Y ++?= 例2:[2002年备考题]

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数: 当Kp 分别为0.5,1,2时,输入幅值为1.84的正向阶跃信号,理论上依次输出幅值为0.92,1.84,3.68的反向阶跃信号。实验中,输出信号依次为幅值为0.94,1.88,3.70的反向阶跃信号, 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为: (1)T=0.1(0.033)时,C=1μf (0.33μf ),利用MATLAB ,模拟阶跃信号输入下的输出信号如图: T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知,实际与理论值较为吻合,理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍,实际上为8/2.6=3.08,在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为: K = R f /R 1,T = R f C, (1) 保持K = R f /R 1 = 1不变,观测T = 0.1秒,0.01秒(既R 1 = 100K,C = 1μf , 0.1μf )时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下: T=0.1时 t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s (5%)理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为:(40-30)/30=33.3% 由于ts 较小,所以读数时误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值较为接近 (2) 保持T = R f C = 0.1s 不变,分别观测K = 1,2时的输出波形。 K=1时波形即为(1)中T0.1时波形 K=2时,利用matlab 仿真得到如下结果: t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2,实验值4.30/2.28, 1 TS K )s (R )s (C +-=

自动控制原理知识点.

第一章自动控制的一般概念 1.1 自动控制的基本原理与方式 1、自动控制、系统、自动控制系统 ◎自动控制:是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制 器),使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自 动地按照预定的规律(给定值)运行。 ◎系统:是指按照某些规律结合在一起的物体(元部件)的组合,它们相互作用、相互依存, 并能完成一定的任务。 ◎自动控制系统:能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统,一般由控制装置和被 控对象组成。 除被控对象外的其余部分统称为控制装置,它必须具备以下三种职能部件。 ?测量元件:用以测量被控量或干扰量。?比较元件:将被控量与给定值进行比较。

?执行元件:根据比较后的偏差,产生执行作用,去操纵被控对象。 参与控制的信号来自三条通道,即给定值、干扰量、被控量。 2、自动控制原理及其要解决的基本问题 ◎自动控制原理:是研究自动控制共同规律的技术科学。而不是对某一过程或对象的具体控 制实现(正如微积分是一种数学工具一样)。 ◎解决的基本问题: ?建模:建立系统数学模型(实际问题抽象,数学描述) ?分析:分析控制系统的性能(稳定性、动/稳态性能) ?综合:控制系统的综合与校正——控制器设计(方案选择、设计) 3、自动控制原理研究的主要内容 经典控制理论现代控制理论 研究对象单输入、单输 出系统 (SISO) 多输入、多输 出系统 (MIMO)

4、室 温控 制系统 5、控制系统的基本组成 ◎被控对象:在自动化领域,被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象(室内空气)。 ◎控制装置:对控制对象产生控制作用的装置,也称为控制器、控制元件、调节器等(放大 器)。 ◎执行元件:直接改变被控变量的元件称为执行元件(空调器)。 ◎测量元件:能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称 数学 模型 传递函数 状态方程 研究 手段 频域法、根轨迹法 状态空间方法 研究 目的 系统综合、校正 最优控制、系统辨识、最优 估计、自适应 控制

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法,如数据表示、绘图等命令; 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ,控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den),会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线; 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根; 4、会分析控制系统中n ζω, 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵:A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解: >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ,求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解:>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x),x ∈[0,2π] 解:>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

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