自动控制系统基本知识
自动控制原理知识点汇总
自动控制原理知识点汇总自动控制原理是现代工程中的重要学科，它研究如何利用自动化技术实现对各种工业过程和系统进行控制和调节。
本文将对自动控制原理的相关知识点进行汇总，并进行详细说明。
1. 自动控制系统的基本组成自动控制系统主要由控制对象、感知器、执行器和控制器四个部分组成。
控制对象是需要被控制和调节的物理系统或工艺过程，感知器用于感知控制对象的运行状态，执行器负责根据控制器的指令执行相应的动作，而控制器则是整个系统的核心，根据感知器采集到的信号进行处理，并通过执行器对控制对象进行控制。
2. 控制系统的闭环与开环控制控制系统可以分为闭环控制和开环控制两类。
闭环控制是通过对控制对象的输出进行实时测量，并与预设的目标值进行比较，从而实现对系统状态的反馈控制。
开环控制则是不考虑控制对象的实际输出，仅根据预设的输入信号进行控制，无法实时调节系统状态。
3. 控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指系统在受到外界扰动或控制指令变化时，能够恢复到稳定状态的能力。
稳定性分为绝对稳定和相对稳定两种。
绝对稳定是指系统在任何初始条件下都能恢复到稳定状态，相对稳定则是指系统在一定初始条件下能恢复到稳定状态。
稳定性分析常用的方法有根轨迹法、Nyquist稳定判据和Bode稳定判据等。
4. 控制系统的系统响应控制系统的系统响应描述了系统对输入信号的响应速度和质量。
常用的系统响应指标有超调量、调整时间、稳态误差和频率响应等。
超调量是指系统响应超过目标值的最大偏差，调整时间是系统从开始响应到稳定所需的时间，稳态误差是系统在稳定状态下与目标值之间的偏差，频率响应是系统对不同频率信号的响应特性。
5. PID控制器PID控制器是自动控制系统中最常用的控制器之一，它由比例项（P 项）、积分项（I项）和微分项（D项）组成。
比例项用于根据误差大小调节控制量，积分项用于对误差进行积分，以解决稳态误差问题，微分项用于预测误差的未来变化趋势，以减小超调和提高系统响应速度。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是一门研究自动控制系统的基本理论和方法的学科，它对于理解和设计各种控制系统具有重要意义。
下面将对自动控制原理的一些关键知识点进行总结。
一、控制系统的基本概念控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的。
控制对象是需要被控制的物理过程或设备，例如电机的转速、温度的变化等。
控制器则是根据输入的控制信号和反馈信号来产生控制作用，以实现对控制对象的期望控制。
反馈环节则将控制对象的输出信号反馈给控制器，形成闭环控制，从而提高系统的控制精度和稳定性。
在控制系统中，常用的术语包括输入量、输出量、偏差量等。
输入量是指施加到系统上的外部激励，输出量是系统的响应，而偏差量则是输入量与反馈量的差值。
二、控制系统的数学模型建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的基础。
常见的数学模型有微分方程、传递函数和状态空间表达式。
微分方程描述了系统输入与输出之间的动态关系，通过对系统的物理规律进行分析和推导，可以得到微分方程形式的数学模型。
传递函数则是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
它将复杂的微分方程转化为简单的代数形式，便于系统的分析和设计。
状态空间表达式则是用一组状态变量来描述系统的内部动态特性，能够更全面地反映系统的性能。
三、控制系统的性能指标为了评估控制系统的性能，需要定义一些性能指标。
常见的性能指标包括稳定性、准确性和快速性。
稳定性是控制系统能够正常工作的前提，如果系统不稳定，输出将无限制地增长或振荡，无法实现控制目标。
准确性通常用稳态误差来衡量，它表示系统在稳态时输出与期望输出之间的偏差。
快速性则反映了系统从初始状态到达稳态的速度，常用上升时间、调节时间等指标来描述。
四、控制系统的稳定性分析判断控制系统的稳定性是自动控制原理中的重要内容。
常用的稳定性判据有劳斯判据和赫尔维茨判据。
劳斯判据通过计算系统特征方程的系数来判断系统的稳定性，具有计算简单、直观的优点。
自动控制原理知识点总结
自动控制原理知识点总结自动控制原理是一门研究自动控制系统的分析与设计的学科，它对于理解和实现各种工程系统的自动化控制具有重要意义。
以下是对自动控制原理中一些关键知识点的总结。
一、控制系统的基本概念控制系统由控制对象、控制器和反馈通路组成。
控制的目的是使系统的输出按照期望的方式变化。
开环控制系统没有反馈环节，输出不受控制，精度较低；闭环控制系统通过反馈将输出与期望的输入进行比较，从而实现更精确的控制。
二、控制系统的数学模型数学模型是描述系统动态特性的工具，常见的有微分方程、传递函数和状态空间表达式。
微分方程是最直接的描述方式，但求解较为复杂。
传递函数适用于线性定常系统，将输入与输出的关系以代数形式表示，便于分析系统的稳定性和性能。
状态空间表达式则能更全面地反映系统内部状态的变化。
三、时域分析在时域中，系统的性能可以通过单位阶跃响应来评估。
重要的性能指标包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
一阶系统的响应具有简单的形式，其时间常数决定了系统的响应速度。
二阶系统的性能与阻尼比和无阻尼自然频率有关，不同的阻尼比会导致不同的响应曲线。
四、根轨迹法根轨迹是指系统开环增益变化时，闭环极点在复平面上的轨迹。
通过绘制根轨迹，可以直观地分析系统的稳定性和动态性能。
根轨迹的绘制遵循一定的规则，如根轨迹的起点和终点、实轴上的根轨迹段等。
根据根轨迹，可以确定使系统稳定的开环增益范围。
五、频域分析频域分析使用频率特性来描述系统的性能。
波特图是常用的工具，包括幅频特性和相频特性。
通过波特图，可以评估系统的稳定性、带宽和相位裕度等。
奈奎斯特稳定判据是频域中判断系统稳定性的重要方法。
六、控制系统的校正为了改善系统的性能，需要进行校正。
校正装置可以是串联校正、反馈校正或前馈校正。
常见的校正方法有超前校正、滞后校正和滞后超前校正。
校正装置的设计需要根据系统的性能要求和原系统的特性来确定。
七、采样控制系统在数字控制系统中，涉及到采样和保持、Z 变换等概念。
自动控制原理知识点汇总
自动控制原理知识点汇总自动控制原理是研究和设计自动控制系统的基础学科。
它研究的是用来实现自动化控制的基本概念、理论、方法和技术，以及这些概念、理论、方法和技术在工程实践中的应用。
下面是自动控制原理的一些重要知识点的汇总。
一、控制系统的基本概念1.控制系统的定义：控制系统是用来使被控对象按照一定要求或期望输出的规律进行运动或改变的系统。
2.控制系统的要素：输入、输出、被控对象、控制器、传感器、执行器等。
3.控制系统的分类：开环控制和闭环控制。
4.控制系统的性能评价指标：稳定性、快速性、准确性、抗干扰性、鲁棒性等。
二、数学建模1.控制对象的数学建模方法：微分方程模型、离散时间模型、差分方程模型等。
2.控制信号的形式化表示：开环信号和闭环信号。
三、传递函数和频率响应1.传递函数：描述了控制系统输入和输出之间的关系。
2.传递函数的性质：稳定性、正定性、因果性等。
3.频率响应：描述了控制系统对不同频率输入信号的响应。
四、稳定性分析和设计1.稳定性的定义：当外部扰动或干扰没有足够大时，系统的输出仍能在一定误差范围内稳定在期望值附近。
2.稳定性分析的方法：根轨迹法、频域方法等。
3.稳定性设计的方法：规定根轨迹范围、引入正反馈等。
五、PID控制器1.PID控制器的定义：是一种用于连续控制的比例-积分-微分控制器，通过调节比例、积分和微分系数来实现对系统的控制。
2.PID控制器的工作原理和特点：比例控制、积分控制、微分控制、参数调节等。
六、根轨迹设计方法1.根轨迹的定义：描述了系统极点随控制输入变化时轨迹的变化规律。
2.根轨迹的特点：实轴特征点、虚轴特征点、极点数量等。
3.根轨迹的设计方法：增益裕量法、相位裕量法等。
七、频域分析与设计1.频率响应的定义：描述了系统对不同频率输入信号的响应。
2.频率响应的评价指标：增益裕量、相位裕量、带宽等。
3.频域设计方法：根据频率响应曲线来调整系统参数。
八、状态空间分析与设计1.状态空间模型：描述了系统状态和输入之间的关系。
自动控制系统的基本知识重点表1
自动控制系统的基本知识01.自动控制系统的定义：P6是指带有反馈装臵的闭环控制系统。
从检出偏差到利用偏差进行控制，从而减小或消除偏差这个控制过程却是相同的。
02.自动控制系统的分类：P12恒值控制系统：（自动调整系统）特点：输入信号为某个常数，故称为恒值。
程序控制系统：输入信号不是常数，而是按照一种预先知道的时间函数变化。
随动系统：（伺服系统）输入信号是预先不知道的随时间任意变化的函数。
03.开环与闭环控制的特点：P5、P6开环系统：系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路；开环控制系统的精度，主要取决于标定精度以及控制装臵参数的稳定程度，系统没有抵抗外部干扰的能力，故控制精度较低。
闭环系统：引入反馈环节，将输出量测出来，经物理量的转换后在反馈到输入端，使输出量对控制作用有直接影响；具有很强的纠偏能力，对干扰作用具有良好的适应性；由于采用反馈装臵，导致设备增多，线路复杂。
04.自动控制系统的三个特征：P6在结构上，系统必须具有反馈装臵，并按负反馈的原理组成系统。
由偏差产生控制作用。
控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量尽量接近期望值。
05.自动控制系统方框图的画法：P7、P1106.反馈信号的获得：电动机实际转速n经发电机转换为反馈电压Uf，再反送到系统的输出端。
与给定值Ugd进行比较，从而得到偏差信号：Ue＝Ugd－Uf，Ue经放大器放大后，作为电枢电压控制电动机转速n。
07.负反馈的实现：P5反馈回路使信号的传送路径形成闭合环路，使输出量反过来直接影响控制作用，并按偏差Ue的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差（从而是误差）的控制系统。
反馈信号由系统的输出端测量出来并转换为Uf，再反送到输入端与Ugd进行比较。
08.对自动控制系统的基本要求：P18稳定性（稳）：评价系统在过渡过程中的振荡倾向和重新建立并平衡状态的能力。
快速性（快）：控制系统不但要求稳，而其要求被控量能迅速地按照输入信号所规定的规律变化，即要求系统具有一定的响应速度。
自动控制知识
自动控制知识一、自动控制原理的基本概念1、什么是自动控制。
自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置控制被控对象，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。
2、自动控制系统的分类按控制方式分：开环控制、闭环控制(反馈控制)和复合控制。
3、什么是开环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量不被引回到输入端来对系统的控制部分产生影响。
（即开环系统无反馈）特性：在保证系统动态特性的前提条件下，放大倍数越大越好；不能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响（即结构简单，调试方便，但精度低、无抗扰能力。
）4、什么是闭环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量通过反馈环节返回到输入端来对系统的控制部分产生影响。
（即闭环系统有反馈）特性：能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响，但系统稳定性变差。
（即偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。
精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。
）5、对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求：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）。
（一）、稳定性：1）对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。
2）对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。
稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。
稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。
（二）、快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。
稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。
（三）、准确性：用稳态误差来表示。
在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。
显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。
二、直流调速系统1、调速范围与静差率调速范围：是指在额定负载（及一定的静差率要求）下，电动机所能达到的最高转速与最低转速之比。
自动控制基本知识
自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。
现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。
这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。
在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。
〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。
空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。
2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。
例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。
例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。
4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。
空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。
自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。
自动控制系统基本知识01
反馈的概念
反馈控制是一种最基本最重要的控制方式，引 入反馈信号后，系统对来自内部和外部干扰的响应 变得十分迟钝，从而提高了系统的抗干扰能力和控 制精度。与此同时，反馈作用又带来了系统稳定性 问题，正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题 激发了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情， 推动了自动控制理论的发展与完善。因此从某种意 义上讲，古典控制理论是伴随着反馈控制技术的产 生和发展而逐渐完善和成熟起来的。
要使炼钢炉提供优质的产品，就必须严格控制炉 温……等等。
所有这一切都是以高水平的自动控制技术为前提的。
近几十年来，自动控 制技术正在迅猛的发展， 并在工农业生产、交通运 输、国防建设和航空航天 事业等领域中获得广泛应 用。比如：人造地球卫星 的成功发射与安全返回， 导弹的准确击中目标，雷 达系统的准确跟踪目标， 自动控制技术都起着极其 重要的作用。
或元部件的组合，一般由控制装臵和被控对象组成。一般包
括三种机构：测量机构、比较机构、执行机构。 自动控制系统的功能和组成是多种多样的，其结构有简 单也有复杂。它可以只控制一个物理量，也可以控制多个物 理量甚至一个企业机构的全部生产和管理过程；它可以是一 个具体的工程系统，也可以是比较抽象的社会系统、生态系 统或经济系统。
扰 动
输出量 炉温 （炉温实际值）
闭环控制系统方框图的组成、名词术语
控制装置:外加的设备或装置，亦叫控制器。 受控对象:被控制的机器或物体。
给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统给
定值。
比较元件：其职能是把测量到的被控量实际值与给定元件
给出的输入量进行比较，求出他们之间的偏差。
测量元件：其职能是检测被控制量的物理量。
统称为开环控制系统。
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方
式
检查人：检查时间：年月日
1．1/1.2
在工业生产过程或设备运行中，为了维持正常的工作条件，需要对某些物理量进行控制，使其维持在某个数值附近，或按一定规律变化，要满足这种要求，可用人工操作完成，又可用自动装置的操作完成，前者为手动控制，后者为自动控制。
自动控制和手动控制极为相似，自动控制系统只是把某些装置有机的组合在一起，代替人的职能。
任何一个控制系统，都由被控对象和控制器两大部分组成。
自动控制定义：
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（简称控制器）使整个生产过程或工作机械（被控对象）自动地按预定的规律运行，或使它的某些物理量（被控量）按预定的要求变化。
1．3
根据信号传送的特点或系统的结构形式，控制系统分为开环控制和闭环控制。
开环控制系统：只有输入量Ugd 对n 的单向控制作用，而输出量n 对输入量Ugd 却没有任何影响和联系，即系统的输入与输出之间不存在反馈回路。
开环系统没有抵抗外部干扰的能力，故控制精度低。
但结构简单、造价低，所以在系统参数稳定、无干扰或小干扰的场合大量使用。
闭环控制系统：通过反馈回路使系统形成闭合环路，并按偏差ue 的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制系统。
闭环控制原理：
负反馈：指反馈信号Uf 的正负极性必须与给定值Ugd 的极性相反，以便取得偏差值作
为控制之用。
自动控制系统的特征：
1、 系统必须具有反馈装置，并按反馈的原则组成系统。
2、 由偏差产生控制作用。
3、 控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量尽量接近期望值。
1．4 自动控制系统的组成：
由测量反馈元件、比较元件、校正元件、放大元件、执行元件以及被控对象等基本环节组成。
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如图1-8 典型自动控制系统功能框图，各元件功能见P7页。
方框图的绘制：
1）组成：由方框、带箭头的信号线、综合点和分支点组成。
方框代表设备或部件；信号线代表信号流动方向；综合点又称相加点，对信号作比较；分支点称引出点。
2）绘制步骤：
1、弄清系统的工作原理及各元器件的作用，明确输入、输出
2、对组成系统的各个元件绘出基本单元图，标出输入/输出量字母代号。
3、系统给定值和综合点置于图形最左端，被控对象置于最右端，其输出信号就是系统输出，即被控量。
4、按系统变量传递顺序，将变量连接，即为系统方框图。
例：书P10 图1—11
1．5系统分类
按输入信号分：
1、恒值控制系统：给定值不变
2、程序控制系统：给定值是变化的，如何变化也是早知道的
3、随动系统：又称伺服系统，给定值是变化的而且不知道如何变
1．6应用事例
1．7对系统的基本要求：稳、快、准
1．8 PID控制器
控制器是对偏差信号进行加工、处理的重要环节，其输出信号随偏差信号的变化而变化的规律称为控制规律，又称控制算法。
一、比例控制器P
若控制器输出量与输入量成正比，
即：Uo=Kp△U
则称控制器为比例控制器，如图：
可见，该比例器其实是个反相放大器，其输出电压U0为：
U0=-R1/R0△U=Kp△U
Kp为放大倍数，由R1和R0的比值确定，负号是由放大器为反相输入所致，使输出电压极性和输入偏差电压的极性相反。
比例控制器具有作用及时、快速、控制作用强的优点，且Kp的绝对值越大，系统的偏差就越小。
但Kp过大会造成系统的不稳定。
故在工程设计中一般不单独使用，而与其他控制规律一起使用，以达到更好的效果。
多级输入信号的比例控制器：将多个输入信号在放大器的输入段并联连接。
二、积分控制器I
若控制器的输出量与输入量对时间的积分成正比，
即：Uo=K1∫t0△Udt
则称控制器为积分控制器，如图：
可见，该比例器其实是个运算放大积分电路，其输出电压为：
U0=-1/R0C1∫t0△Udt
根据特性曲线表明：因电容C1的充电性能，使控制器最终形成“无输入，但有输出：
的状态。
用这种输出去控制系统，可使其保持在△U=0的条件下正常运行，可见，I控制器可以消除系统输出量的稳态误差，实现无静差控制，就是积分控制的最大优点。
但由于I控制器的U0是随时间积累而逐渐增强的，其过程缓慢，时间上落后于偏差信号的变化，故控制过程不及时。
所以I控制器通常作为辅助控制手段。
三、比例积分控制器（PI）
PI控制器的输出U0实际上是由比例和积分两个分量叠加而成的，其比例作用使系统的动态响应速度加快，而积分作用又使系统的静态性能显著提高，实现无静差控制。
原理图如下：
四、比例微分（PD）控制器
“预见性”“超前性”是比例微分控制规律的突出优点，能反映偏差的大小及其变化趋势，并能在偏差信号的数值尚未变得太大之前，就在系统中引进一个有效的早期修正信号。
有助系统的稳定性，并抑制过大的超调量。
但也存在放大干扰信号的缺点。
原理图如下：
五、比例积分微分（PID）控制器
如前所述，积分控制可以减小或消除静差，提高精度；微分控制则可以抑制过大的超调量，提高稳定性，加快过度过程。
若将，比例、积分、微分结合起来，就可以得到更完善的控制效果。
如图
由于PID控制规律全面的综合了比例、积分、微分的优点，不但实现了系统无静差控制，而且动态响应速度快。
故PID控制器是一种相当完善的控制器，在工程中广泛应用。