上海大学自动控制原理总复习一
附加开环负实数零极点对系统性能的影响
第五章 线性系统的频域分析法
1、频率特性的概念、物理意义 频率特性(幅频特性、相频特性)的概念、求法 和物理意义
7
2、各典型环节的频率特性
3、开环奈氏图的绘制 A(ω) 和 (ω)表达式 起点、终点、变化象限、与负实轴的交点
第五章 线性系统的频域分析法
4、开环伯德图 对数坐标系 对数幅频渐近特性：标明转折频率，直线斜率， 点(1,20logK)等 对数相频特性 5、奈氏稳定判据 由开环系统判闭环系统稳定性 I型以上系统开环奈氏图辅助圆弧的添加 6、稳定裕度： 相位裕量、幅值裕量的计算
8
第一章 自动控制原理的一般概念
1
闭环控制的概念及其优缺点
第二章 控制系统的数学模型
1. 拉氏变换和基本性质 典型信号的拉氏变换 拉氏变换的终值定理 2.传递函数 传递函数概念和性质 实际系统或元部件的传递函数 3.计算系统的闭环传递函数 用结构图简化方法（化简步骤）
2
用信号流图的梅森公式计算传递函数（求解过程）
第四章 线性系统的根轨迹法
1、根轨迹的概念
6
2、根轨迹的概略绘制（8大法则）
开环传函化成零极点标准形式 区分根轨迹增益K*和开环增益K 绘制根轨迹时必须计算和标明 开环零极点、渐近线（交角和交点）、实轴上 根轨迹、分离点、与虚轴的交点和出射角 3、由根轨迹分析系统性能 系统稳定的参数范围
2 n C ( s) ( s ) 2 2 R( s ) s 2n s n
第三章 线性系统的时域分析法
计算欠阻尼情况下动态性能指标σ%、 Байду номын сангаасs （ξ、 ωn为参数）
分析ξ、ωn变化对动态性能(σ% 和 ts)的影响
4
高阶系统
一二阶系统的响应叠加 降阶处理：主导极点 低阶近似传递函数求取
8( s 2.1) ( s ) ( s 8)( s 2)( s 2 s 1)
第三章 线性系统的时域分析法
3. 稳态性能：稳态误差计算 首先判稳定性 给定稳态误差 终值定理
ess lim s E ( s ) lim s
s 0 s 0
5 C(s)
第三章 线性系统的时域分析法
1. 稳定性
系统稳定的充分必要条件 闭环系统特征方程的定义 1 G(s) H (s) 0 劳斯稳定判据 2.动态性能
3
典型二阶系统的动态性能
闭环传函 开环传函
不同特征根分布和不同的响应特性
2 n G( s) H ( s) s ( s 2n )
R(s)
E(s)
N ( s) G1(s) H ( s) G2(s)
B(s)
1 R( s ) 1 G( s ) H ( s )
不同型号系统跟踪不同典型输入时的给定稳态误 差计算(静态误差系数法) 开环传函
G( s ) H ( s ) 化为时间常数标准形式
扰动稳态误差 s En ( s ) lim s Cn ( s ) 终值定理 essn lim s 0 s 0
自动控制原理总复习
3.化简结构图求传递函数 ①结构图化简的方法有：
第二章
1、串联方框的简化 2、并联方框的简化 3、反馈连接方框的简化 4、比较点的移动 5、引出点移动
结构图化简原则
❖多个方框串联原则：总传递函数等于各方框传递函数之积。 ❖多个方框并联原则：总传递函数等于各方框传递函数之代数和。
有源校 正装置
无相移校正装置 相位超前校正装置 相位滞后校正装置 相位滞后—超前校正装置
4. 常用校正装置的特性
无源校正网络：电阻电容元件电路 有源校正网络：电阻电容元件电路+线性集成运算放大器
5. 串联校正的分类
1.串联超前校正：
利用超前网络的相角超前特性进行校正
2.串联滞后校正：
利用滞后网络的高频衰减特性进行校正
3.串联超前—滞后校正
第七章
1.为了从采样信号中不失真地复现原连续信号,采样周期T与频率
分量ωm的关系是：
2
T
2m
2.闭环系统脉冲传递函数形式的证明
闭环脉冲传递函数是闭环离散系统输出信号的Z变换与输入信
号的Z变换之比，即
(z) C(z) R(z)
P.276表7-3列出了典型的闭环离散系统及其输出的Z变换函数
G(s) 2(s 2) (s 1)(s 4)
G(s) (0.5s 1) (s 1)(0.25s 1)
第二章
2.传递函数的相关内容
③ 模态与闭环特征根的关系：e pit
④ 根据给定的零初条件下的系统阶跃响应形式，求得系统的 单位脉冲响应 第一步：根据给定的零初条件下的系统阶跃响应形式，写出闭 环传递函数的表达式； 第二步：得到系统输出s域的表达式； 第三步：对系统输出进行拉式反变换。
自动控制原理总复习
（3）反馈信号:将系统(或环节)的输出信号经变换、处 理送到系统 ( 或环节 ) 的输入端的信号 , 称为反馈信号。 若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端 , 这种反 馈信号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。
（4）偏差信号:控制输入信号与主反馈信号之差。
第1章 绪论
（5）误差信号:它指系统输出量的实际值与希望值 之差。系统希望值是理想化系统的输出，实际上 并不存在,它只能用与控制输入信号具有一定比例 关系的信号来表示。 （6）扰动信号：除控制信号以外,对系统的输出有 影响的信号。 (7)被控对象:它是控制系统所控制和操纵的对象,它 接受控制量并输出被控制量。 (8)控制器:接收变换和放大后的偏差信号,转换为对 被控对象进行操作的控制信号。
第1章 绪论
闭环控制的特点：
（1）输出影响输入，通过闭环控制系统的作用，能 自动地消除或削弱干扰信号对被控制量的影响， 使系统达到较高的控制精度。故闭环控制系统具 有良好的抗扰动性能(anti-interference function)。 （2）无论是由于干扰造成,还是由于结构参数的变 化引起被控量出现偏差,系统就利用偏差去纠正 偏差,故这种控制方式为按偏差调节。 （3）利用低精度元件可组成高精度系统。 （4）与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复 杂,制造比较困难。
第1章 绪论
自动控制系统的框图
参考输入 偏差 控制 器 控制 变量 扰动量 执行 元件 被控 对象 被控制量
比较点
测量元件
(1) (leading-out point)：信号的引出点，箭头表示信 号的传递方向。 (2) 比较点(summing junction) ：它表示两个或两个以上的信 号在该处进行运算，“－”表示信号的相减，“+”表示信号 相加。 (3) 输入信号(input signal)置于方框的左端，方框的右端为 其输出量，方框内填入部件名称。
【精品】上海大学过控(1)复习要点和习题答案.
上海大学过控(1)复习要点和习题答案.课程掌握要点第一章绪论1．过程控制定义？掌握术语DCS，FCS，DDZ，QDZ2．常规仪表过程控制系统的组成？3．过程控制系统的性能指标。
尤其是单项指标。
4．自动化仪表的分类，信号体制：掌握气动仪表之间的联络信号是什么？电动模拟仪表的联络信号是什么？5．掌握单元组合仪表中设置活零点有什么好处？6．安全火花防爆系统第二章检测仪表1．传感器，变送器的作用。
检测变送的功能：转化为标准型号：24V DC 电源供电，4~20 mA 电流信号，1~5V DC 电压信号. 气动执行器 20~100 KPa2．掌握仪表的性能指标（误差，精度，特性曲线，零点，量程），掌握精度计算。
3．了解变送器与控制室仪表之间的信号四线制、三线制、二线制传输接线方式？4．掌握工业常用热电阻类型，热电阻的测温范围，注意事项及热电阻的接线方式。
5．掌握热电偶测温原理，范围，注意事项及冷端补偿和补偿导线。
6．掌握D D Z-I I I热电偶的特点。
7．了解热电偶变送器的作用，组成结构、各部分功能，实现原理。
8．掌握压力测量的弹性元件有哪几种？各种压力之间的关系。
9．掌握流量测量方法有那些，分类？节流式流量计测量流量原理，节流元件起什么作用？10．了解靶式流量计和其他流量计的工作原理。
11．掌握转子流量计的工作原理。
与差压流量计比较异同！涡街流量计测量原理。
12．了解液位测量仪表有哪几种？它们如何实现测量的原理？13．掌握利用压力或差压变送器来测量液位的原理？零点迁移。
课后作业答案：第一章 P151.（10）错（11）对2. （１）（用下图代替吧，手头无画图工具）其中控制器为LC，执行器为ＬＶ，检测变送可写为ＬＴ，对象为水槽，被控变量为液位（２）DDZ-III采用的电模拟信号体制:采用24V DC电源供电，4~20mA DC 电流信号作为工业现场和控制室之间各仪表之间的联络信号，1～5V DC电压信号作为控制室内各仪表之间的联络信号。
《自动控制原理》复习提纲
《自动控制原理》复习提纲自动控制原理复习提纲第一章：自动控制系统基础1.1自动控制的基本概念1.2自动控制系统的组成1.3自动控制系统的性能指标1.4自动控制系统的数学建模第二章：系统传递函数与频率响应2.1一阶惯性系统传递函数及特性2.2二阶惯性系统传递函数及特性2.3高阶惯性系统传递函数及特性2.4惯性环节与纯时延环节的传递函数2.5开环传递函数与闭环传递函数2.6频率响应曲线及其特性第三章：传递函数的绘制和分析3.1 Bode图的绘制3.2 Bode图的分析方法3.3 Nyquist图的绘制和分析3.4极坐标图的应用3.5稳定性分析方法第四章：闭环控制系统及稳定性分析4.1闭环控制系统4.2稳定性的概念和判据4.3 Nyquist稳定性判据4.4 Bode稳定性判据4.5系统的稳态误差分析第五章：比例、积分和微分控制器5.1比例控制器的原理和特性5.2积分控制器的原理和特性5.3微分控制器的原理和特性5.4比例积分(P)控制系统5.5比例积分微分(PID)控制系统第六章：根轨迹法6.1根轨迹的概念和基本性质6.2根轨迹的绘制方法6.3根轨迹法的稳定性判据6.4根轨迹设计法则6.5根轨迹法的应用案例第七章：频域设计方法7.1频域设计基本思想7.2平衡点反馈控制法7.3频域设计法的应用案例7.4系统频率响应的优化设计7.5频域方法的灵敏度设计第八章：状态空间分析和设计8.1状态空间模型的建立8.2状态空间的矩阵表示8.3状态空间系统的特性8.4状态空间系统的稳定性分析8.5状态空间设计方法和案例第九章：模糊控制系统9.1模糊控制的基本概念9.2模糊控制系统的结构9.3模糊控制器设计方法9.4模糊控制系统的应用案例第十章：遗传算法与控制系统优化10.1遗传算法的基本原理10.2遗传算法在控制系统优化中的应用10.3遗传算法设计方法和案例第十一章：神经网络及其应用11.1神经网络的基本概念和结构11.2神经网络训练算法11.3神经网络在控制系统中的应用11.4神经网络控制系统设计和优化方法第十二章：自适应控制系统12.1自适应控制的基本概念12.2自适应控制系统的结构12.3自适应控制器设计方法12.4自适应控制系统的应用案例第十三章：系统辨识与模型预测控制13.1系统辨识的基本概念13.2建模方法及其应用13.3模型预测控制的原理13.4模型预测控制系统设计和优化方法第十四章：多变量控制系统14.1多变量控制系统的基本概念14.2多变量系统建模方法14.3多变量系统稳定性分析14.4多变量系统控制器设计14.5多变量系统优化控制方法以上是《自动控制原理》的复习提纲，内容覆盖了自动控制系统的基本概念、传递函数与频率响应、传递函数的绘制和分析、闭环控制系统及稳定性分析、比例、积分和微分控制器、根轨迹法、频域设计方法、状态空间分析和设计、模糊控制系统、遗传算法与控制系统优化、神经网络及其应用、自适应控制系统、系统辨识与模型预测控制、多变量控制系统等知识点。
自动控制原理重点内容复习总结
N 1 G2 H1 G1G2 H 2
N
-H2 G1
G2
-H1 1
1Y
Y G1G2 R G1G2H2 N 1 G2 H1 G1G2 H2
例2 描述系统的微分方程组如下，已知初始条件全部为零。
画出系统的方块图，并求解Y(s)/R(s)。
x1 x 2
R H1 x 2 G2 x1 x1
线性系统的性质：可叠加性和均匀性（齐次性）。 本学期研究的主要是线性定常系统。
4、建立系统的数学模型的两种方法： （1）机理分析法：（2）实验辨识法：
二、传递函数
控制原理复习总结 第二章 控制系统的数学模型
定义：初始条件为零 的线性定常系统: 输出的拉普拉斯
变换与输入的拉普拉斯变换之比。
基本性质：
R( s)
表2 给定信号输入下的给定稳态误差esr
0 型系统 1 型系统 2 型系统
阶跃输入r(t)=1
1 K 1 Kp=K
0
Kp=∞
0
Kp=∞
斜坡输入r(t)=t 抛物线输入r(t)=1/2t2
∞
Kv=0
∞
1 K
Kv=K
∞
0
Kv=∞
1 K
Ka=0 Ka=0 Ka=K
Kp — 稳态位置偏差系数 Kv — 稳态速度偏差系数 Ka — 稳态加速度偏差系数
Y R
1 s2
1
H1 s
G2 s
G1 s
G2 H1
1 G2s G1S s(s H1 G2H1s)
控制原理复习总结
第三章 控制系统的时域分析方法
主要内容：
1、一阶惯性系统的单位阶跃响应，T、K的物理意义。 2*、标准二阶系统的单位阶跃响应，ζ和ωn、ωd 的物理意义。 3、高阶闭环主导极点的概念 4* 、控制系统单位阶跃响应过程的质量指标，ts，tp，σ，n 5 * 、劳斯稳定判据 6 * 、控制系统稳态误差 7、常规PID调节器的控制规律(调节器的形式和作用的定性分析)
自动控制原理期末总复习
二、 控制系统的数学模型
本章主要内容：
实际系统 方程组 代入消元，得到微分方程或传递函数 绘出结构图 绘出信号流图 一一对应 结构图变换与化简 Mason公式 Mason公式
本章要点： 1、时域模型(微分方程)
复域模型(传递函数)
n阶线性定常系统微分方程的一般形式为：
d m −1 dm d n −1 dn a0 n c(t ) + a1 n −1 c(t ) + ... + an c(t ) = b0 m r (t ) + b1 m −1 r (t ) + ... + bm r (t ) dt dt dt dt
性能指标公式：
tr = π−β ωd
− ξπ 1− ξ 2
1
tp =
π ωd
t s=
3.5 4.5 或 ζωn ζωn
t
σ% = e
× 100%
10
4、高阶系统的时域分析 主导极点的概念 ——高阶系统的降阶处理； 非主导极点以及闭环零点对系统性能的影响（定性）。 5、控制系统的稳定性分析 从数学上讲: lim 暂态分量 = 0 t→∞ ※ 稳定的概念 ※
ζ=0 ζ=0.1 ζ=0.2
ζ=1 ζ=2
ζ 要明确： = 0 ——无阻尼 ——等幅振荡 ——特征根在虚轴上 0 < ζ <1 ——欠阻尼 ——衰减振荡 ——左半平面共轭复根 负实轴上一对重根 ζ = 1 ——临界阻尼 单调收敛 9 负实轴上两不同根 ζ > 1 ——过阻尼
重点：欠阻尼情况
s1, 2 = −ζω n ± jωn 1 − ζ 2 = − σ ± j ω d
s →0 s →0
s→0
5）静态误差系数：K p
自动控制原理复习提纲(版)PDF.pdf
关系。P155（背）
①要求系统稳定，则必须使所有的闭
环极点 si 均位于 s 平面的左半部。
②要求系统的快速性好，应使阶跃响 应式中每个分量衰减得快，则闭环极 点应远离虚轴。要求系统平稳性好， 则复数极点最好设置在 s 平面中与负
实轴成 45。夹角线附近。
③要求动态过程尽快消失，要求系数
6
21. 什 么 是 主 导 极
点，什么是偶极子
p155（背）
主导极点：离虚轴最 近且附近没有闭环 零点的一些闭环极 点（复数极点或实数 极点）对系统的动态 过程性能影响最大， 起着主要的决定的 作用的。 偶极子：将一对靠得 很近的闭环零、极点 称为偶极子 22.什么是最小相位 系统与非最小相位 系统 p162（背） 最小相位系统：系统 的所有开环极点和 零点都位于 s 平面的 左半部 非最小相位系统：s 平面的右半部具有 开环极点或零点的 系统 第五章： 23. 频 率 特 性 的 定 义：（背）线性定常 系统，在正弦信号作 用下，输出的稳态分 量与输入的复数比。 称为系统的频率特 性（即为幅相频率特 性，简称幅相特性）。 24.奈氏曲线 奈奎斯特图是对于一 个连续时间的线性非 时变系统，将其频率 响应的增益及相位以 极座标的方式绘出， 常在控制系统或信号 处理中使用，可以用 来判断一个有回授的 系统是否稳定。奈奎 斯特图上每一点都是 对应一特定频率下的 频率响应，该点相对 于原点的角度表示相 位，而和原点之间的 距离表示增益，因此
线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变 换之比。
这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在 t=0 以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在
自动控制原理总经典总结
《自动控制原理》总复习第一章自动控制的基本概念一、学习要点1.自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。
2.控制系统的基本方式：①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。
3.自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。
4.自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。
5.对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。
6.典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。
二、基本要求1.对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。
2.掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。
3.了解控制系统的典型输入信号。
4.掌握由系统工作原理图画方框图的方法。
三、内容结构图四、知识结构图第二章 控制系统的数学模型一、学习要点1．数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。
2．数学模型的图形表示（1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。
二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。
2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。
3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入响应、零状态响应等概念有清楚的理解。
4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。
熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数等概念。
（＃）5、掌握系统结构图和信号流图两种数学模型的定义和绘制方法，熟练掌握控制系统的结构图及结构图的简化，并能用梅逊公式求系统传递函数。
自动控制原理复习总结课件
稳定性是控制系统的重要 性能指标之一，是实现系 统正常工作的前提条件。
劳斯稳定判据
STEP 02
STEP 01
劳斯稳定判据是一种通过 计算系统的极点和零点来 判定系统稳定性的方法。
STEP 03
如果劳斯判据的公式满足 条件，则系统是稳定的； 否则，系统是不稳定的。
它通过计算劳斯表的第一列 系数，并根据劳斯判据的公 式来判断系统是否稳定。
非线性控制系统设计的局限性在于 它需要深入了解系统的非线性特性 和动态行为，设计难度较大。
非线性控制系统设计需要采用特 殊的理论和方法，如相平面法、 描述函数法等。
非线性控制系统设计的主要优点是可 以实现对非线性系统的精确控制，适 用于具有复杂非线性特性的系统。
Part
06
控制系统的实现与仿真
控制系统的硬件实现
Simulink Real-
Time
基于MATLAB/Simulink的实时仿 真工具，可用于在硬件在环仿真 中测试控制算法。
dSPACE
由dSPACE公司开发的实时仿真和 测试工具，支持在控制器硬件上 快速实现和验证控制算法。
Part
07
自动控制原理的应用案例
温度控制系统
温度控制系统采用温度传感器检测环 境温度，通过控制器计算出控制信号， 驱动执行器调节加热或制冷设备，以 实现温度的自动控制。
性质
传递函数具有复数域内极点和零点的性质，这些极点和零点决定了 系统的动态响应特性。
应用
传递函数在控制系统分析中广泛应用于描述系统的频率响应特性和稳 定性。
动态结构图
定义
动态结构图是描述控制系统动态行为的图形表示方法，通过将系统各组成部分用图形符号表示， 并按照一定的逻辑关系连接起来形成完整的系统结构图。
自动控制原理总复习资料
总复习第一章的概念1、典型的反馈控制系统基本组成框图：2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求:1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；3、明确传递函数与微分方程之间的关系；4、能熟练地进行结构图等效变换；5、明确结构图与信号流图之间的关系；6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211s R s C s R s C ，)()(,)()(2122S R S C s R s C 。
43213211243211111)()(,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --=-=例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。
例例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。
X r5214323211)()(W W W W W W S X S X r c ++=例5 如图RLC 电路，试列写网络传递函数 U c (s)/U r (s).解: 零初始条件下取拉氏变换：例6某一个控制系统的单位阶跃响应为：t te et C --+-=221)(，试求系统的传递函数、微分方程和脉冲响应。
解：传递函数： )1)(2(23)(+++=s s s s G ，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(22t r dt t dr t c dt t dc dtt c d +=++ 脉冲响应：t te et c 24)(--+-=例7一个控制系统的单位脉冲响应为t te et C ---=24)(，试求系统的传递函数、微分方程、单位阶跃响应。