自动控制原理概念题
自动控制原理课后习题与答案
目录1自动控制系统的基本概念1.1内容提要1.2习题与解答2自动控制系统的数学模型2.1内容提要2.2习题与解答3自动控制系统的时域分析3.1内容提要3.2习颗与他答4根轨迹法4.1内容提要4.2习题与解答5频率法5.1内容提要5.2习题与解答6控制系统的校正及综合6.1内容提要6.2习题与解答7非线性系统分析7.1内容提要7.2习题与解答8线性离散系统的理论基础8.1内容提要8.2习题与解答9状态空间法9.1内容提要9.2习题与解答附录拉普拉斯变换参考文献1自动控制系统的基本概念1. 1内容提要基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象；基本结构：开环，闭环，复合；基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；基本要求：暂态，稳态，稳定性。
本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
1.2习题与解答题1-1图P1-1所示，为一直流发电机电压白动控制系统示意图。
图中，1为发电机；2为减速器；3为执行电机；4为比例放大器；5为可调电位器。
(1)该系统有哪些环节组成，各起什么作用” (2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定 (3)该系统是有差系统还是无 差系统。
(4)系统中有哪些可能的扰动， 答(1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。
给定环节:电压源0U 。
用来设定直流发电机电压的给定值。
比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的中间环节:比例放大器。
它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动 执行机构工作。
该环节又称为放大环节执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。
该环节的 作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发 电机的输出电压被控对象:发电机。
《自动控制原理》考纲、试题、答案
《自动控制原理》考纲、试题、答案一、考试说明《自动控制原理与系统》通过本课程的学习，为其它专业基础及专业课的学习奠定理论基础。
充分理解自动控制系统所涉及到的基本概念，掌握自动控制系统各种数学模型的建立及转换方法，掌握分析自动控制系统的各种经典方法及常用综合方法。
了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
本课程闭卷考试，满分100分，考试时间90分钟。
考试试题题型及答题技巧如下：一、单项选择题 (每空2分，共40分)二、选择题 (每题2分，共20分)三、名词解释（每题5分，共20分）答题技巧：相关知识点要回答全面，因为都可能是采分点，涉及的基本概念要表述清楚，要点清晰，简明扼要，进行必要解释，切忌长篇大论。
四、计算题（每题10分，共20分）答题技巧：第一，审题。
审题时需明确题目要求和给出的已知条件，注意各已知条件的单位，注意各因素比较的基准等，并注意所给条件中哪些是有用的，哪些是用来迷惑考试人员的，以防用错。
第二，确定解题方法和解题思路。
通过审题，明确了题目要求和已知条件，便可确定以哪种估价方法为主线，并根据该方法中用到的未知条件确定需借助的其他方法。
明确的解题思路，并保持清醒的头脑。
第三，公式和计算步骤。
计算过程中，涉及的计算公式一定要列出，哪怕没有时间计算，列出需要的几个公式也能得到相应的分数。
计算一定要分步计算，而且尽量细分。
并能对计算步骤作简要说明，答题时按顺序进行，避免跳步被扣分。
王建辉《自动控制原理》(课后习题 自动控制系统的基本概念)【圣才出品】
第1章 自动控制系统的基本概念1-1 什么是自动控制系统？自动控制系统通常由哪些基本环节组成？各环节起什么作用？答：（1）自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和（或）工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。
（2）组成自动控制系统的基本环节及其作用如下：①被控对象或调节对象：进行控制的设备或过程；②执行机构：使被控制量达到所要求的数值；③检测装置或传感器：检测被控制量；④给定环节：设定被控制量的给定值；⑤比较环节：确定被控制量与给定量之间的偏差；⑥中间环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号。
1-2 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
答：（1）开环控制系统的优缺点①优点：结构简单、稳定性好。
②缺点：不能自动补偿扰动对输出量的影响。
（2）闭环控制系统的优缺点①优点：可以有效克服被控对象变化和扰动对输出的影响，提高系统的精度。
②缺点：结构较复杂，稳定性差。
1-3 什么是系统的暂态过程？对一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？答：（1）系统的暂态过程是指系统从一个稳态过渡到新的稳态的过程。
（2）当给定量或扰动量突然增加到某一给定值时，输出量的暂态过程有以下几种情况：①单调过程。
这一过程的输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值；②衰减振荡过程。
被控制量变化很快，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态；②持续振荡过程。
被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。
1-4 日常生活中有许多开环控制系统和闭环控制系统，试举例说明它们的工作原理。
答：（1）开环控制系统实例-电加热系统，如图1-1：图1-1 温度控制系统自耦变压器滑动端的位置（按工艺要求设置）对应一个电压值u c ，即对应了一个电阻炉的温度值T c ，改变u c 即改变了T c 。
当系统中出现外部扰动（如炉门开、关频度变化）或内部扰动（如电源电压波动）时，T c 将偏离u c 所对应的数值。
《自动控制原理》 胡寿松 习题答案(附带例题课件)
二、本课程实验的基本理论与实验技术知识
采用 MATLAB 软件上机进行实验，就是利用现代计算机硬件和计算机软件技术，以数字仿真技术为核 心，实现对自动控制系统基本理论和分析方法的验证以及控制系统设计。 通过上机实验，使学生在 MATLAB 软件的基本使用、编程调试、仿真实验数订人：杨志超 大纲审定人：李先允 制订日期：2005 年 6 月
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《自动控制原理》电子教案
《自动控制原理》课程实验教学大纲
一、实验教学目标与基本要求
《自动控制原理》 课程实验通过上机使用 MATLAB 软件， 使学生初步掌握 MATLAB 软件在控制理论中的 基本应用，学会利用 MATLAB 软件分析控制系统，从而加深对自动控制系统的认识，帮助理解经典自动控 制的相关理论和分析方法。 通过本课程上机实验， 要求学生对 MATLAB 软件有一个基本的了解， 掌握 MATLAB 软件中基本数组和矩阵的表示方法，掌握 MATLAB 软件的基本绘图功能，学会 MATLAB 软件中自动控制理论 常用函数的使用，学会在 MATLAB 软件工作窗口进行交互式仿真和使用 M_File 格式的基本编程方法，初步 掌握利用 MATLAB 软件进行控制系统设计，让学生得到撰写报告的基本训练。
4．频率法反馈校正的基本原理和方法（选讲）
（七）非线性控制系统 了解非线性系统与线性系统的区别，了解非线性特性和非线性系统的主要特征，学会非线性系统的描 述函数分析方法，了解非线性系统的相平面分析法（选讲） 。
3
《自动控制原理》电子教案
1． 非线性系统的基本概念 2． 典型非线性特性、非线性系统的主要特征 3． 描述函数定义、应用条件和求取方法 4． 应用描述函数分析非线性系统的稳定性 5． 非线性系统自激振荡分析和计算 6． 介绍非线性系统相平面分析法（选讲）
自动控制原理
《自动控制原理》课程练习题第一章自动控制的基本概念一、概念：1、自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些？时域分析法、根轨迹法、频率特性法。
2、举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？如直流电动机转速闭环控制系统。
特点是：通过反馈回路使系统构成闭环，并按偏差的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制系统。
3、举例说明什么是开环系统？它具有什么特点？只有前项通道，无反馈通道，输出信号对输入信号无影响。
不存在系统稳定性问题。
(例子任意)。
4、闭环控制系统的基本环节有？给定、比较、控制、对象、反馈；5、自控系统各环节的输出量分别为？给定量、反馈量、偏差、控制量输出量；6、闭环控制系统由哪几个基本单元组成？由4个基本单元组成：控制器（调节器）、执行器（调节阀）、变送器（测量单元）和被控对象（过程、装置）；7、画出自动控制系统基本组成方框结构图？第二章 自动控制系统的数学模型一、概念：1、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？分析法（机理建模法）、实验法（系统辨识）和综合法。
机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限综合法：以上两种方法的结合通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点 2、传递函数的定义？传递函数指线性定常系统在零初始条件下输出量的拉氏变换与输入量拉氏变换之比； 3、利用分析法建立系统微分方程的步骤？ （1）确定系统输入、输出变量；（2）分析元件工作仲所遵循的物理或化学规律，得到相应的微分方程； （3）消去中间变量，得到输入输出间关系的微分方程； 4、给出梅逊公式，及其中各参数意义？梅逊增益公式为：∑=∆∆=nk k k p P 11其中，k p ：从输入到输出的第k 条前向通路总增益； n ：从输入到输出的总路数；k ∆：流图余因子式，流图特征式中除去与第k 条前向通道相接触的回路增益项（包括回路增益的乘积项）以后的余式； ∑∑-+-=∆ cbaLL L 1：∑a L 单独回路增益之和；∑c b L L 所有互不接触的回路中，每次取其中两个回路的回路增益之和；二、计算题1、求下面各电路传递函数：2、化简以下传递函数：)1/()(2++=RCs LCs RCs sG )]11(1/[2)(+-=Cs R R R s G3、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Ui(s)。
自动控制原理简答题
自动控制原理简答题自动控制原理是指利用各种控制器和执行器，通过对被控对象进行测量、比较、运算和判断，对被控对象进行调节和控制的一种技术体系。
它是现代工业自动化技术的核心内容，也是现代信息技术和智能技术的基础。
自动控制原理主要包括控制系统的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的稳定性分析、控制系统的性能指标和控制系统的设计方法等内容。
控制系统的基本概念是自动控制原理的起点。
控制系统由输入、输出、控制器和被控对象组成。
输入是控制系统接受的外部命令或干扰信号，输出是控制系统产生的对被控对象的控制作用，控制器是控制系统的核心部分，它根据输入信号和输出信号之间的差异，通过控制被控对象的作用，使输出信号逼近输入信号。
被控对象是控制系统所要控制的对象，可以是机械系统、电气系统、液压系统等。
控制系统的数学模型是自动控制原理的重要内容。
数学模型是对控制系统的动态特性进行描述的数学方程，它可以用微分方程、差分方程、传递函数等形式表示。
通过数学模型，可以对控制系统的动态特性进行分析，从而设计出合适的控制器，使控制系统具有良好的动态性能。
控制系统的稳定性分析是自动控制原理的核心内容之一。
稳定性是控制系统的基本性能指标之一，它是指控制系统在受到外部干扰或参数扰动时，能够保持稳定的性能。
稳定性分析可以通过根轨迹法、频域法、状态空间法等方法进行，通过稳定性分析，可以确定控制系统的稳定性条件，从而设计出合适的控制器，使控制系统具有良好的稳定性。
控制系统的性能指标是自动控制原理的另一个重要内容。
性能指标是对控制系统性能进行评价的指标，包括超调量、调节时间、静态误差等。
通过性能指标的分析，可以对控制系统的性能进行评价，从而设计出合适的控制器，使控制系统具有良好的性能。
控制系统的设计方法是自动控制原理的最终目的。
设计方法是指根据控制系统的要求，确定控制系统的结构和参数，从而使控制系统具有良好的控制性能。
常用的设计方法包括比例积分微分（PID）控制器设计方法、根轨迹法设计方法、频域法设计方法等。
自动控制原理概念最全整理
1.在零初始条件下,线性定常系统输出量得拉普拉斯变换与输入量得拉普拉斯变换值比,定义为线性定常系统得传递函数。
传递函数表达了系统内在特性，只与系统得结构、参数有关,而与输入量或输入函数得形式无关。
2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成,常用得典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节与延迟环节等。
3.构成方框图得基本符号有四种,即信号线、比较点、方框与引出点。
4.环节串联后总得传递函数等于各个环节传递函数得乘积。
环节并联后总得传递函数就是所有并联环节传递函数得代数与。
5.在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点与输出节点之间.6.上升时间tr、峰值时间tｐ与调整时间ｔs反应系统得快速性；而最大超调量Mp与振荡次数则反应系统得平稳性。
7.稳定性就是控制系统得重要性能,使系统正常工作得首要条件。
控制理论用于判别一个线性定常系统就是否稳定提供了多种稳定判据有:代数判据(Routh 与Hurwitｚ判据)与Ｎyquｉｓt稳定判据。
8.系统稳定得充分必要条件就是系统特征根得实部均小于零,或系统得特征根均在跟平面得左半平面。
9.稳态误差与系统输入信号ｒ(t）得形式有关,与系统得结构及参数有关。
10.系统只有在稳定得条件下计算稳态误差才有意义,所以应先判别系统得稳定性.11.Kp得大小反映了系统在阶跃输入下消除误差得能力,Kp越大,稳态误差越小；Kv得大小反映了系统跟踪斜坡输入信号得能力，Kv越大，系统稳态误差越小;Kａ得大小反映了系统跟踪加速度输入信号得能力,Ka越大，系统跟踪精度越高12.扰动信号作用下产生得稳态误差essｎ除了与扰动信号得形式有关外，还与扰动作用点之前(扰动点与误差点之间）得传递函数得结构及参数有关，但与扰动作用点之后得传递函数无关.13.超调量仅与阻尼比ξ有关,ξ越大,Mp则越小，相应得平稳性越好。
反之，阻尼比ξ越小,振荡越强,平稳性越差。
当ξ=0,系统为具有频率为Wn得等幅震荡。
自动控制原理：第1章 自动控制的基本概念 (2)
m
Md ML
J s2 Bs
c
1
i
m
将每个子方程的结构图按照相互关系，正确地连接起来， 得到下图
自动控制原理
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2.4.3 结构图的等效变换
(1)结构图的基本组成形式 1）串联连接
C(s) G2 (s)U (s) G2 (s)G1(s)R(s)
C(s) R(s)
G1(s)G2 (s)
2）并联连接
在控制系统稳定的前提下，总是希望响应越快越好，而 且超调量越小越好。
自动控制原理
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1.4 对控制系统的性能要求
1.4.3 稳态误差
控制系统在稳定的情况下，希望的输出与实际的输出之 差称为误差，误差的稳态分量称为稳态误差（或称为静态误 差），一般用ess表示。
自动控制系统的性能指标分别描述了系统在稳定性、动态 性能、稳态性能三个方面的要求，根据这些性能指标，就可以 判别系统性能的优劣。
i
(2-6)
式（2-5）或（2-6）就是描述简单水槽对象特性的数 学模型。它是一个一阶常系数微分方程式。
T为时间常数。 K 为放大系数。
自动控制原理
16
2.3 传递函数
2.3.1 传递函数的概念
RC电路如下：根据克希霍夫定律， 可列写微分方程
Ri(t) uc (t) ur (t)
uc
(t)
1 C
1
uc (t) C idt
（2）消去中间变量i后，得输入输出微分方程式
LC
d
2uc (t) dt 2
RC
duc (t) dt
uc
(t)
ur
(t)
或
T1T2
d
2uc (t) dt 2
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1. 在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换值比,定义为线性定常系统的传递函数;传递函数表达
了系统内在特性,只与系统的结构、参数有关,而与输入量或输入函数的形式无关;
2. 一个一般控制系统由若干个典型环节构成,常用的典型环节有比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和延迟环节等;
3. 构成方框图的基本符号有四种,即信号线、比较点、方框和引出点;
4. 环节串联后总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积;环节并联后总的传递函数是所有并联环节传递函数的代数和;
5. 在使用梅森增益公式时,注意增益公式只能用在输入节点和输出节点之间;
6. 上升时间tr、峰值时间tp和调整时间ts反应系统的快速性；而最大超调量Mp和振荡次数则反应系统的平稳性;
7. 稳定性是控制系统的重要性能,使系统正常工作的首要条件;控制理论用于判别一个线性定常系统是否稳定提供了多种稳定判据有：代
数判据Routh与Hurwitz判据和Nyquist稳定判据;
8. 系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零,或系统的特征根均在跟平面的左半平面;
9. 稳态误差与系统输入信号rt的形式有关,与系统的结构及参数有关;
10.系统只有在稳定的条件下计算稳态误差才有意义,所以应先判别系统的稳定性;
11. Kp的大小反映了系统在阶跃输入下消除误差的能力,Kp越大,稳态误差越小;
Kv的大小反映了系统跟踪斜坡输入信号的能力,Kv越大,系统稳态误差越小；
Ka的大小反映了系统跟踪加速度输入信号的能力,Ka越大,系统跟踪精度越高
12.扰动信号作用下产生的稳态误差essn除了与扰动信号的形式有关外,还与扰动作用点之前扰动点与误差点之间的传递函数的结构及参
数有关,但与扰动作用点之后的传递函数无关;
13.超调量仅与阻尼比ξ有关,ξ越大,Mp则越小,相应的平稳性越好;反之,阻尼比ξ越小,振荡越强,平稳性越差;当ξ=0,系统为具有频率
为Wn的等幅震荡;
14.过阻尼ξ状态下,系统相应迟缓,过渡过程时间长,系统快速性差；ξ过小,相应的起始速度较快,但因震荡强烈,衰减缓慢,所以调整时间
ts亦长,快速性差;
15.当ξ=时,系统的超调量Mp<5%,,调整时间ts也最短,即平稳性和快速性均最佳,故称ξ=位最佳阻尼比;
16.当阻尼比ξ为常数时,Wn越大,调节时间ts就越短,快速性越好;系统的超调量Mp和振荡次数N仅仅有阻尼比ξ决定,他们反映了系统的
平稳性;
17.系统引入速度反馈控制后,其无阻尼自然振荡频率Wn不变,而阻尼比ξ加大,系统阶跃响应的超调量减小;
18.系统中增加一个闭环左实极点,系统的过渡过程将变慢,超调量将减小,系统的反应变得较为滞呆;
19.根轨迹的规律是相角条件和幅值条件;
20.K的变动只影响幅值条件不影响相角条件,也就是说,跟轨迹上的所有点满足同一个相角条件,K变动相角条件是不变的;
21.跟轨迹图揭示了稳定性、阻尼系数、振型等动态性能与系统参数的关系,用跟轨迹图设计控制系统的关键是配置合适的闭环主导极点;
22.系统的开环对数幅频特性Lw等于各个串联环节对数幅频特性之和,系统的开环相频特性Фw等于各个环节相频特性之和;
23.在s右半平面上既无极点有无零点的传递函数,称为最小相位传递函数;具有最小相位传递函数的系统,称为最小相位系统
24.最小相位系统的Lw曲线的斜率增大或减小时,对应相频特性的相角也增大或减小,二者变化趋势是一致的;对最小相位系统,幅频特性和
相频特性之间存在着唯一的对应关系;
25.对于最小相位系统,当|GjwHjw|<1或20lg|GjwHjw|<0时,闭环系统稳定;当γ〉0时闭环系统稳定;
26.时域性能指标,包括稳态性能指标和动态性能指标；频域性能指标,包括开环频域指标和闭环频域指标;
27.校正方式可以分为串联校正、反馈并联校正、前置校正和扰动补偿等;串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式;
28.根据校正装置的特性,校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后-超前校正装置;
29.校正装置中最常用的是PID控制规律;PID控制是比例积分微分控制的简称,可描述为
Gcs=Kp+KI/s+KDs
30.PD控制器是一高通滤波器,属超前校正装置；PI控制器是一低通滤波器,属滞后校正装置；而PID控制器是由其参数决定的带通滤波器;
31.非线性系统分析的基础知识,主要包括相平面法和描述函数法;
32.只有在Ws≥2Wmax的条件下,采样后的离散信号才有可能无失真的恢复原来的连续信号;这里2Wmax为连续信号的有限频率;这就是香农
采样定理;由于它给出了无失真的恢复原有连续信号的条件,所以成为设计采样系统的一条重要依据;
33.在z域中采样系统稳定的充要条件是：当且仅当采样特征方程的全部特征跟均分布在z平面上的单位圆内,后者所有特征跟的模均小于
1,相应的线性定常系统是稳定的;