自动控制原理闭环系统知识点总结
自动控制系统中开环系统和闭环系统讲解
⾃动控制系统中开环系统和闭环系统讲解在我们做项⽬的时候经常也听到开环控制和闭环控制，那么什么是开环控制和闭环控制呢？下⾯我们就了解⼀下。
先讲开环控制系统和闭环控制系统之前我们先了解⼀下什么是”反馈“。
反馈：顾名思义是指将系统的输出返回到输⼊端并以某种⽅式改变输⼊，它们之间存在因果关系的回路，进⽽影响系统功能的过程。
”反馈可分为负反馈和正反馈。
1）负反馈：使输出起到与输⼊相反的作⽤，使系统输出与系统⽬标的误差减⼩，系统趋于稳定。
2）正反馈：使输出起到与输⼊相似的作⽤，使系统偏差不断增⼤，使系统振荡，可以放⼤控制作⽤。
根据信号传送的特点和系统的结构⽅式，控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统：开环控制是指⽆反馈信息的系统控制⽅式。
当操作者启动系统，使之进⼊运⾏状态后，系统将操作者的指令⼀次性输向受控对象。
此后，操作者对受控对象的变化便不能作进⼀步的控制。
采⽤开环控制设计的⼈机系统，操作指令的设计⼗分重要，⼀旦出错，将产⽣⽆法挽回的损失。
简单的说就是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。
举例：我们打开灯的开关按下开关后的⼀瞬间，控制活动已经结束，灯有没有亮已经对着这个开关没有意义了；闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进⾏校正的控制⽅式，它是在测量出实际与计划发⽣偏差时，按定额或标准来进⾏纠正的。
闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为⽐较量反馈给输⼊端控制输⼊量，⼀般这个取出量和输⼊量相位相反，所以叫负反馈控制，⾃动控制通常是闭环控制。
⽐如家⽤空调温度的控制。
简单来说就是可以将控制的结果反馈回来与希望值⽐较，并根据它们的误差调整控制作⽤的系统举例：调节⽔龙头⾸先在头脑中对⽔流有⼀个期望的流量，⽔龙头打开后由眼睛观察现有的流量⼤⼩与期望值进⾏⽐较，并不断的⽤⼿进⾏调节形成⼀个反馈闭环控制。
两⼤系统开环闭环的区别：1、有⽆反馈；2、是否对当前控制起作⽤。
开环控制⼀般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制⼀定会持续⼀定的时间，可以借此判断。
自动控制原理课件三、开环控制系统与闭环控制系统
即：
% x max x c () 100 % xc ()
的相
它反映系统的暂态过程的平稳性。
2．上升时间：tr
指输出量第一次到达稳态值所需的时间。
自动控制系统的性能指标
3．调节时间：ts
指输出量与稳态值之间的偏差达到所允许范围并 维持在此范围内所需的时间。
4．振荡次数：
指在ts内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。
③持续振荡
x(t)
t
(a)给定突增
④发散振荡
x(t)
t
(a)给定突增
x(t)
t
(b)扰动突变
x(t)
t
(b)扰动突变
自动控制系统的性能指标
2、暂态性能指标
下图给出了系统对突加给定信号的动态响应。
xm ax
xc ()
tr tm
ts
自动控制系统的性能指标
1. 最大超调量：δ%
指输出量的最大值 与xmax 稳态xc (值)
自动控制系统的性能指标
y2 y1 x2
暂态（动态）
稳态（静态）
x1
t
自动控制系统的性能指标
一、稳态性能
描述了系统稳态时的稳定程度。 用稳态误差表示,它是指系统达到稳态时输 出量的实际值与期望值(给定值)之间的误差。 稳态误差越小，稳定精度越高。 稳态误差为零，称为无差系统。
二、暂态性能 描述系统从一个稳态到达另一个稳态期间
三、开环控制系统与闭环控制系统
例2 直流电动机闭环调速系统
U1
K U g
Dn n
Uf
CF
第一章：第二节
§1-2自动控制系统的性能指标
系统的状态行为 是指输出量受输入量的影响在时间方向上表现出
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）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换之比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）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。
自动控制原理5第七节闭环系统性能分析
利用频率特性分析系统的性能： 稳定性、稳态性能、瞬态性能
1
⒈ 频率尺度与时间尺度的反比关系
若有两个系统的频率特性F1(jw)和F2(jw)有如下关系
F1
(
jw
)
F
2
(
j
w
)
0
则两个系统的阶跃响应有如下关系
h1(t) h2 (t) 这个性质说明频率特性展宽多少倍，输出响应将加快多少倍。
-140
-160
10
100-18w0
3
⒉ 频率特性与系统性能的关系 ① 频率响应的低频区(远低于幅值穿越频率的区域)，表征了
闭环系统的稳态特性；
② 频率响应的高频区(远高于幅值穿越频率的区域)，表征了 闭环系统输出响应的起始部分；
③ 频率响应的中频区(靠近幅值穿越频率的区域)，表征了闭
环系统的稳定性和瞬态性能。
L(w) 20lg K 20lg 1 (0.2w)2 20lg 1 (0.05w)2 60lg w 20lg 1 (0.01w)2 20lg 1 (0.002w)2
(w ) tg10.2w tg10.05w 270 tg10.01w tg10.002w
18
100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80
L1 (1)
当w 1时，有：L1(1) 20 log k ，故：k 10 20
L(w)(dB) 20lgK -20
w -40
L(w)(dB) -20
-40
20lgK
-20
w
1 -40
L(w)(dB)
-40
-20 1
w
20lgK
-40
(a) 0型系统
自动控制原理知识点归纳
自动控制原理知识点归纳1.控制系统的基本概念：-控制对象：需要被控制的对象，可以是一个物理系统、电子设备或生产工艺等。
-控制器：用于监测和调节控制对象的设备或程序，根据输入信号产生输出信号以实现控制。
-反馈：通过采集控制对象的输出信息，并与给定的参考信号进行比较，形成误差信号，作为控制器的输入信号。
-开环控制和闭环控制：开环控制仅根据输入信号直接控制对象，闭环控制则根据反馈信号和误差信号来调节控制器的输出信号。
2.控制系统的数学模型：-状态空间模型：使用微分方程或差分方程描述控制对象的状态变化及其对输入和输出的影响。
-传递函数模型：通过拉普拉斯变换将控制系统描述为输入和输出之间的传递函数。
传递函数描述了系统对输入信号的响应过程。
3.控制系统的稳定性分析：-稳定性定义：稳定性是指控制系统的输出在无穷远处有一个有限的稳定值或震荡在一些范围内。
-稳定性判据：利用特征方程的根的位置或特征值来判断控制系统的稳定性。
- 稳定性分析方法：Bode图法、Nyquist图法、根轨迹法等。
4.控制系统的性能指标：-响应速度：指控制系统从输入信号发生变化到输出信号稳定在其稳定值所需要的时间。
-精度：指控制系统输出信号与给定信号的误差大小。
-稳定度：指控制系统输出信号在稳定状态下的波动程度。
-鲁棒性：指控制系统对参数变化、外部扰动和测量误差的抗干扰能力。
5.控制器的设计方法：-比例控制器：根据误差信号的大小，直接乘以比例系数后作为控制器的输出信号。
-积分控制器：根据误差信号的积分值，乘以积分系数后作为控制器的输出信号，用于消除系统的稳态误差。
-微分控制器：根据误差信号的变化率，乘以微分系数后作为控制器的输出信号，用于提高系统的快速响应能力。
6.控制系统的频域分析：-频率响应：描述控制系统在不同频率下对输入信号的变化如何进行响应的性能。
-奈奎斯特稳定判据：通过绘制控制系统的奈奎斯特曲线，判断系统的稳定性和相位裕度。
-传递函数：利用拉普拉斯变换将控制系统描述为输入和输出之间的传递函数，从而分析系统的频率特性。
自动控制原理知识点总结复习过程
⾃动控制原理知识点总结复习过程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）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换之⽐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）。
控制原理知识点总结
控制原理知识点总结- 控制原理是自动控制系统中的核心概念，它指的是通过对系统输入信号进行调节，来实现对系统输出的控制和调节。
- 自动控制系统由三个基本组成部分组成，即传感器、控制器和执行器。
传感器用于检测系统的状态，并将其转换成电信号；控制器根据输入信号和系统要求，生成输出信号；执行器将输出信号转换成能够对系统产生作用的形式。
- 控制系统根据其结构可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的输出不会影响系统的输入，而闭环控制系统通过监测输出信号，并将其与期望输出进行比较，从而调节输入信号来实现输出的精确控制。
- 反馈是闭环控制系统的核心原理，它通过将输出信号与期望输出进行比较，来调节输入信号。
反馈控制可以分为负反馈控制和正反馈控制两种形式。
负反馈控制通过减小输出和期望输出之间的差异来实现系统的稳定和精确控制，而正反馈控制则通过增大差异来引导系统朝着期望状态变化。
- 控制系统的性能可以通过调节控制器参数来优化，常用的方法包括比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制通过与误差的乘积来产生输出信号，积分控制通过积累误差和的总和来产生输出信号，微分控制通过对误差变化率的乘积来产生输出信号。
- 控制系统的稳定性是一个重要的考虑因素，它指的是系统响应在长时间内能够保持在期望范围内的能力。
稳定性可以通过确定系统的传递函数、根轨迹和频率响应来进行分析和评估。
常用的稳定性判据包括极点位置、系统增益和相位边界等。
- 控制系统的鲁棒性是指系统在存在不确定性和干扰的情况下仍然能够保持稳定和性能的能力。
鲁棒控制方法可以通过引入鲁棒性补偿器来实现，常见的鲁棒控制方法包括H∞控制和μ合成等。
- 自适应控制是一种具有自学习和自适应能力的控制方法，它可以根据系统的动态特性和不确定性进行在线调整和优化。
自适应控制方法包括模型参考自适应控制、模糊控制和神经网络控制等。
- 控制系统的仿真是设计和验证控制算法的重要工具，它可以通过对系统模型进行数值计算来模拟系统的动态行为。
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自动控制原理闭环系统知识点总结
一、引言
自动控制是现代科学技术的重要组成部分，而闭环系统作为自动控制的基础之一，在工程实践中具有广泛的应用。
本文将对闭环系统的相关知识点进行总结和归纳，旨在帮助读者更好地理解和应用闭环系统。
二、闭环系统的定义与组成
闭环系统又称反馈控制系统，是指通过测量被控对象的输出信号，并与期望值进行比较，将比较结果反馈给控制器，根据反馈信息进行调节，从而使被控对象的输出信号接近期望值的一种控制系统。
闭环系统主要由被控对象、传感器、控制器和执行器等组成。
1. 被控对象：闭环系统中需要被控制的物理或数学模型，可以是机械装置、电子电路或工业过程等。
2. 传感器：用于检测和测量被控对象的输出信号，并将其转化为电信号输入到控制器。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器等。
3. 控制器：根据传感器测量的反馈信息和期望值，采取相应的控制策略，输出控制信号，调节被控对象的行为。
控制器可以是模拟控制器或数字控制器。
4. 执行器：接收控制器输出的控制信号，并转化为物理效应，对被控对象进行调节。
执行器可以是马达、电动机或阀门等。
三、闭环控制的基本原理
闭环控制系统的基本原理是通过比较被控对象的输出信号与期望值
的差异，将差异作为反馈信息反馈给控制器，控制器对被控对象进行
调节。
闭环控制系统的基本流程如下：
1. 传感器测量被控对象的输出信号，将信号转化为电信号。
2. 控制器接收传感器的测量信号，并与期望值进行比较，计算出控
制信号。
3. 执行器接收控制信号，并对被控对象进行相应的调节。
4. 传感器再次测量被控对象的输出信号，并将测量结果反馈给控制器。
5. 控制器根据反馈信息与期望值的比较结果，调整控制信号，进一
步改变执行器对被控对象的调节。
四、闭环系统的优势
闭环控制系统相比于开环控制系统具有以下优势：
1. 鲁棒性强：闭环系统通过反馈信息不断对被控对象进行调节，可
以有效地抵抗外界干扰和系统参数变化，提高系统的稳定性和鲁棒性。
2. 精度高：闭环系统可以根据反馈信息进行实时调整，以使被控对
象的输出接近期望值，从而提高系统的控制精度。
3. 自适应性强：闭环系统可以根据反馈信息实时调整控制策略，适
应不同工况和工作要求，提高系统的适应性和灵活性。
五、闭环系统的设计与应用
闭环系统的设计和应用需要考虑多个因素，包括被控对象的特性、
控制器的选择与设计以及传感器和执行器的选型等。
1. 被控对象的特性：了解被控对象的特性对闭环系统设计至关重要。
需要考虑被控对象的动态特性、非线性特性以及可能存在的不确定性
等因素，在设计闭环控制系统时进行合理的建模和参数调节。
2. 控制器的选择与设计：根据被控对象的特性和控制要求，选择合
适的控制器类型，如比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器或者
自适应控制器等。
针对特定问题，还可以设计专用的控制器，如神经
网络控制器或模型预测控制器等。
3. 传感器和执行器的选型：根据被控对象的特性和需要测量的物理量，选择合适的传感器类型。
同样地，根据需要进行的控制动作，选
择合适的执行器类型。
六、总结
闭环系统作为自动控制的重要组成部分，对于实现稳定、精确的控
制具有重要意义。
本文对闭环系统的定义与组成、基本原理、优势以
及设计与应用进行了总结，并提供了一些参考和指导。
希望能够帮助
读者加深对闭环系统的理解，提高在自动控制领域的应用能力。