自动控制原理
自动控制原理及系统
自动控制原理及系统自动控制原理及系统是指通过使用自动化设备和技术手段，实现对物理系统的监测、测量、分析和控制的过程。
本文将从原理和系统两个方面来介绍自动控制的相关内容。
一、自动控制原理1. 反馈原理自动控制的核心原理是反馈原理。
反馈系统将被控对象的输出信号与期望的参考信号进行比较，根据误差信号，通过控制器来调节被控对象，使输出信号接近参考信号。
反馈原理可分为负反馈和正反馈，其中负反馈是最常用的。
2. 控制器控制器是自动控制系统中的重要组成部分，用于根据反馈信号对被控对象进行控制。
常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，它们可以分别实现比例控制、积分控制和微分控制的功能，也可以组合起来构成PID控制器。
3. 传感器和执行器传感器用于监测被控对象的状态或者输出参数，将其转化为电信号或者其他形式的信号输入到控制器中。
执行器则根据控制器的输出信号，对被控对象进行调节或者操作。
传感器和执行器是自动控制系统的接口，起到连接和转换信号的作用。
二、自动控制系统1. 开环控制系统开环控制系统是指控制器的输出信号不受被控对象的状态或者输出信号的影响，只根据预设的输入信号进行控制。
开环控制系统简单，但对于系统的变化和扰动不敏感。
2. 闭环控制系统闭环控制系统是指控制器的输出信号通过反馈回路与被控对象的输出信号进行比较，实现对系统的自动调节和校正。
闭环控制系统可以有效地抑制扰动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
3. 自适应控制系统自适应控制系统是通过利用被控对象的模型来对其进行建模和识别，根据模型参数的变化实时调整控制器的参数。
自适应控制系统具有良好的适应性和鲁棒性，能够应对系统工作环境的变化和故障。
4. 分散控制系统分散控制系统是将整个控制系统分为多个子系统，每个子系统独立完成一部分控制任务，通过通信网络进行数据传输和信息交换。
分散控制系统具有模块化和可扩展性的特点，适用于大型和复杂的控制系统。
5. 非线性控制系统非线性控制系统是指被控对象或者控制器的特性存在非线性关系的控制系统。
《自动控制原理》名词解释、填空
系统离散输出信号的 z 变换与离散输入信号的 z 变换之比，定义为脉冲传递函数。
1、频率特性 ：频率特性又称频率响应，它是系统（或元件）对不同频率正弦输入信号的稳 态响应特性。 2、最小相位系统：开环传递函数全部由最小相位环节构成的系统。如果系统的开环传函在 s 平面右半部没有极点和零点称为最小相位传递函数。具有最小相位传递函数的系统 3、非最小相位系统：开环传递函数含有非最小相位环节的系统。在右半 s 平面上有极点和 零点的传递函数称为非最小相位传递函数；具有非最小相位传递函数的系统。含有延迟环节 的传递函数也称为非最小相位传递函数。 4、低频段 5、中频段 6、高频段 7、频率特性图形表示方法 第六章： 1、校正方式：按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为串联校正、反 馈校正、前馈校正和复合校正。 2、串联校正的基本控制规律 3、串联校正以及串联校正的种类：校正装置与系统不可变部分成串联连接的方式称串联校 正。种类：串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后--超前校正。 4、反馈校正：校正装置与系统不可变部分或不可变部分中的一部分按反馈方式连接称为反 馈校正。 5、 前馈校正：又称顺馈校正，是在系统主反馈回路之外采用的校正。
放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控 制被控对象。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管 等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。
执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。用来作为执行 元件的有阀、电动机、液压马达等。
校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联 或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。最简单的校正元件是由电 阻、电容组成的无源或有源网络，复杂的则用电子计算机。 6、对控制系统的基本要求：稳定性、快速性和准确性 第二章： 1、有哪些典型环节？ 比例环节、微分环节、积分环节、惯性环节、振荡环节、一阶微分环节、二阶微分环节 2、方块图及方块图的基本单元：是用具有一定函数关系和信号流向的若干方框，描述系统 各组成元件之间信号关系的数学图像。基本单元：信号线、分支点、加减点、方块。 3、开环传递函数 ：反馈信号 B(s)与偏差信号 E(s)之比 。 系统的主反馈回路接通以后，输出量与输入量之间的传递函数。
自动控制原理
自动控制原理自动控制原理是一门应用广泛且重要的学科，它涉及到许多领域，如机械、电子、计算机等。
本文将探讨自动控制原理的定义、应用以及其在现代社会中的重要性。
一、自动控制原理的定义自动控制原理是一种通过使用传感器、执行器和控制算法来实现系统自动调节的技术。
它的目的是使系统能够自动地响应外部变化，并保持所需的状态。
自动控制原理的核心是反馈机制，通过不断地检测系统状态，并根据反馈信号对系统进行调节，以实现系统的稳定和优化。
二、自动控制原理的应用自动控制原理广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。
在工业生产中，自动控制原理可以用于控制生产线的运行，实现自动化生产。
在交通运输中，自动控制原理可以用于控制交通信号灯，优化交通流量，提高交通效率。
在航空航天领域，自动控制原理可以用于飞机的自动驾驶系统，提高飞行安全性。
三、自动控制原理的重要性自动控制原理在现代社会中具有重要的意义。
首先，它可以提高生产效率和质量。
通过自动控制原理，可以实现生产过程的自动化，减少人力投入，提高生产效率。
同时，自动控制原理可以实时监测生产过程中的各项指标，并根据需要进行调节，保证产品质量的稳定性和一致性。
其次，自动控制原理可以提高安全性和可靠性。
在一些危险环境下，如核电站、化工厂等，人工控制存在一定的风险。
而自动控制系统可以通过传感器实时监测环境变化，并根据预设的控制算法进行自动调节，减少人为错误的发生，提高安全性和可靠性。
此外，自动控制原理还可以提高能源利用效率。
通过自动控制原理，可以对能源的使用进行优化调节，减少能源的浪费，提高能源的利用效率。
这对于资源有限的社会来说，具有重要的意义。
总之，自动控制原理是一门应用广泛且重要的学科。
它不仅可以提高生产效率和质量，提高安全性和可靠性，还可以提高能源利用效率。
随着科技的不断发展，自动控制原理在各个领域中的应用将会越来越广泛，对于推动社会进步和提高人类生活质量具有重要的作用。
自动控制原理课件
1.2.5 其它分类方法
•
• • • 自动控制系统还有其他的分类方法: (1)按系统的输入/输出信号的数量来分:有单输入/单输 出系统和多输入/多输出系统。 (2)按控制系统的功能来分：有温度控制系统、速度控 制系统、位置控制系统等。 (3)按系统元件组成来分：有机电系统、液压系统、生 物系统。 (4)按不同的控制理论分支设计的新型控制系统来分， 有最优控制系统，自适应控制系统，预测控制系统， 模糊控制系统，神经网络控制系统等等。 一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
直流电动机速度自动控制的原理结构 图如图1-1所示。图中，电位器电压为输 入信号。测速发电机是电动机转速的测量 元件。图1-1中，代表电动机转速变化的 测速发电机电压送到输入端与电位器电压 进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机 转速自动控制系统。
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电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
y a1 y
( n)
(n1)
an1 y an y bou bu 1
( n)
(n1)
bn1u bnu
式中：u(t) —系统的输入量；y(t) —系统的输出量。 线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即当系 统的输入分别为r1(t)和r2(t)时，对应的输出分别为c1(t) 和c2(t)，则当输入为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量为 c(t)=a1c1(t)+a2c2(t), 其中为a1、a2为常系数。
自动控制原理第一章自动控制原理
如图1－5所示。
给定量 控制器
干扰量
被控量 受控对象
自控系统
图1－5 自动控制系统
第一章 自动控制概论
• 如水位自动控制系统：
比较元件
进 水 + 连 杆
测量 元件
实 际 水 位 浮 子
输出量
M 电 机
干扰 信号
出 水
<
受控对象
图1－3 水位自动控制系统原理图
第一章 自动控制概论
1.2.2 自动控制系统的基本组成
基 本 要 求
通过学习本课程，获得自动控制
系统的基本概念和基本理论；掌握分 析自动控制系统或过程控制系统的基 本方法。
自动控制理论
经典控制理论 线性控制系统
连续控制系统
第 二 章 第 三 章 第 四 章 第 五 章
现代控制理论 非线性控制系统
离散控制系统
第 六 章
第 七 章
第 八 章
第一章 自动控制概论
控制理论和现代控制理论两大部分。
经典控制理论也就是自动控制原理，是20世纪 40年代到50年代形成的一门独立学科。早期的控制
系统较为简单，只要列出微分方程并求解之，就可 以用时域法分析他们的性能。第二次世界大战前后，
由于生产和军事的需要，各国均在大力研制新型武
器，于是出现了较复杂的控制系统，这些控制系统
自动控制的任务—利用控制器操纵受控对象，使其
被控量按技术要求变化。若r(t)—给定量，c(t)—被
控量，则自控的任务之数学表达式为：使被控量满 足c(t) ≈r(t)。自控系统的组成如1-6图所示。
输入量 输出量
串 联 校 正
放 大
执 行
受 控 对 象
(完整版)自动控制原理简答题
47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。
48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。
49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或者一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。
51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。
52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。
53、动态结构图：把系统中所有环节或者元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入输出信号分别以拉氏变换来表示从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。
54、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。
55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的变换()R z 之比，即()()()C z G z R z=。
56、Nyquist 判据（或者奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。
58、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t 趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。
自动控制原理知识点总结(通用4篇)
自动控制原理知识点总结第1篇频率特性分为两种，分别是A(ω) 幅频特性和 φ(ω) 相频特性。
对于一个一阶线性定常系统对正弦输入信号 Asinωt 的稳态输出 Ysin(ωt +ψ) ，仍是一个正弦信号，其特点：①频率与输入信号相同；②振幅 Y为输入振幅A的 |G(jω)| 倍；③相移为 ψ = ∠G(jω)。
振幅 Y 和相移 ψ都是输入信号频率 ω 的函数，对于确定的 ω 值来说，振幅Y和相移 ψ 都将是常量。
|G(jω)| = Y / A 正弦输出对正弦输入的幅值比—幅频特性∠G(jω) = ψ正弦输出对正弦输入的相移—相频特性理论上可将频率特性的概念推广的不稳定系统，但是，系统不稳定时，瞬态分量不可能消失，它和稳态分量始终同时存在，所以，不稳定系统的频率特性是观察不到的。
（1）幅相曲线：对于一个确定的频率，必有一个幅频特性的幅值和一个幅频特性的相角与之对应，幅值与相角在复平面上代表一个向量。
当频率ω从零变化到无穷时，相应向量的矢端就描绘出一条曲线。
这条曲线就是幅相频率特性曲线，简称幅相曲线。
（2）幅频特性曲线：对数幅频特性曲线又称为伯德图（曲线）。
对数频率特性曲线的横坐标是频率 ω ，并按对数分度，单位是[rad/s] .对数幅频曲线的纵坐标表示对数幅频特性的函数值，线性分度，单位是[dB]，此坐标系称为半对数坐标系。
对数相频特性曲线的纵坐标表示相频特性的函数值，线性分度 , 单位是 (0) 或（弧度），频率特性G(jω) 的对数幅频特性定义如下 L（ω） = 20lg |G(jω)| 对数分度优点：扩大频带、化幅值乘除为加减、易作近似幅频特性曲线图。
（3）对数幅相曲线（又称尼柯尔斯曲线）：其特点是纵、横坐标都线性分度，对数幅相图的横坐标表示对数相频特性的相角，纵坐标表示对数幅频特性的幅值的分贝数。
自动控制原理知识点总结第2篇一阶系统的数学模型（1）单位阶跃响应——输入 r(t) = 1(t)，输出 h(t) = 1 - e-t/T， t >0 特点：●可以用时间常数去度量系统的输出量的数值。
自动控制原理_清华大学出版社课后习题答案
第一章习题答案1.自动控制：就是在人不直接参与的情况下，依靠外加装置或设备(称为控制装置或控制器)，使机械、设备或生产过程(称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控量)自动地按照预定的规律运行，或使某个被控制的参数按预定要求变化。
给定量：它是人们期望系统输出按照这种输入的要求而变化的控制量。
故一般又称给定输入或简称输入。
上例中的调节器的给定值u g 即是给定输入。
扰动量：它是一种人们所不希望的﹑影响系统输出使之偏离了给定作用的控制量。
上例中给水压力变化或蒸汽负荷变化都属于扰动。
开环控制：指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的输入量产生影响。
闭环控制：按照偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。
复合控制：将闭环控制系统和开环控制系统结合在一起构成的开环-闭环相结合的控制系统，称为复合控制恒值控制：给定量是一定的，控制任务是保持被控量为一不变常数，在发生扰动时尽快地使被控量恢复为给定值。
随动控制：给定量是按照事先不知道的时间函数变化的，要求输出跟随给定量变化。
2.7. 自动控制系统的性能的要求：稳定性、快速性、准确性。
自动控制系统的性能的最基本要求：稳定性第二章习题答案1. (a) 22()()1()()d y t f dy t k y t t dt m dt m m++=F （b ）1211212()()()()k k k dy t y t t dt f k k k k +=++F （c ）42422()2()()dy t k dy t kt dt m dt m+=F2. (a) 22211221122122112()d u du dvR C R C R C R C R C u R C vdt dt dt ++++=+（b ）233112211221232()d u duR C R C R C R C R C u dt dt++++2112211222()d v dvR C R C R C R C vdt dt=+++（c ）222220.25 1.5d u du dv u v dt dt dt++=+3. (a)2111212()(1)()c r U s R R C s U s R R CR R s+=++（b ）222222()21()31c r U s C R s RCs U s C R s RCs ++=++（c ）2211212()()()c r U s R U s R LCs L R R C s R R =++++4. (a)21212121221212212121()1()()()1f f f fs s k k k k Y s f f f f f X s s s k k k k k +++=++++（b ）21212112221212112212()()1()()1c r U s R R C C s R C R C s U s R R C C s R C R C R C s +++=++++5. 0.085d d i u ∆=6. r d h Sh Q dt ∆+=∆7．2232(),()432t ts G s g t e e s s --+==-++8. 2()142tty t ee e--=-+9.（a ）21()()c r U s RU s R =-（b ）112212()(1)(1)()c r U s R C s R C s U s R C s ++=-（c ）212()()(1)c r U s R U s R R Cs =-+10.(1) ；012180,3,211k k k π︒==-=-(2) 略；(3)系统的闭环传递函数22301230123()11()1c M t Mr M MQ s k k k k T Q s s s k k k k k k k k k k =+++11.闭环传递函数32()0.7(6)()(0.90.7)(1.180.42)0.68c r Q s s Q s s K s K s +=+++++12.闭环传递函数12342363451234712348()()1G G G G C s R s G G G G G G G G G G G G G G G G =+++-13.传递函数，21221)()(T s T s s K K s R s C +++=2121)1()()(T s T s T s s s N s C ++-+=14.传递函数。