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自动控制原理综合
自动化科学与电气工程学院
2007年11月
931自动控制原理综合考试大纲（2008版）
一、考试组成
自动控制原理占90分; 理论力学占60分；
二、自动控制原理部分的考试大纲
（一）复习内容及基本要求
1．自动控制的一般概念
主要内容：自动控制的任务；基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制；自动控制的性能要求：稳、快、准。
基本要求：反馈控制原理与动态过程的概念；由给定物理系统建原理方块图。
2．数学模型
主要内容：传递函数及动态结构图；典型环节的传递函数；结构图的等效变换、梅逊公式。
基本要求：典型环节的传递函数；闭环系统动态结构图的绘制；结构图的等效变换。
3．时域分析法
主要内容：典型响应及性能指标、一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯、古尔维茨判据。稳态误差的计算及一般规律。
基本要求：典型响应（以一、二系统的阶跃响应为主）及性能指标计算；系统参数对响应的影响；劳斯、古尔维茨判据的应用；系统稳态误差、终值定理的使用条件。
4．根轨迹法
主要内容：根轨迹的概念与根轨迹方程；根轨迹的绘制法则；广义根轨迹；零、极点分布与阶跃响应性能的关系；主导极点与偶极子。
基本要求：根轨迹法则（法则证明只需一般了解）及根轨迹的绘制；主导极点、偶极子等的概念；利用根轨迹估算阶跃响应的性能指标。
5．频率响应法
主要内容：线性系统的频率响应；典型环节的频率响应及开环频率响应；Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据；稳定裕度及计算；闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽的概念；开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。
基本要求：典型环节和开环系统频率响应曲线(Nyquist曲线和对数幅频、相频曲线)的绘制；系统稳定性判据（Nyquist判据和对数判据）；等M、等N圆图，尼柯尔斯图仅作一般了解；相稳定裕度和模稳定裕度的计算；明确最小相位和非最小相位系统的差别，明确截止频率和带宽的概念。
6．线性系统的校正方法
主要内容：系统设计问题概述；串联校正特性及作用：超前、滞后及PID；校正设计的频率法及根轨迹法；反馈校正的作用及计算要点；复合校正原理及其实现。
基本要求：校正装置的作用及频率法的应用；以串联校正为主，反馈校正为辅；以频率法为主，根轨迹法为辅；复合校正的应用。
7．线性连续系统的状态空间分析方法
主要内容：状态方程的列写；状态方程的解（矩阵指数及其性质）；系统等价变换；状态方程与传递函数的关系；系统的可控性、可观性及其判据；动态方程的标准形(可控标准型、可观标准型)；可控性、可观性分解；对偶原理，传递函数的最小实现；状态反馈及极点配置；状态观测器及其设计。
基本要求：上述主要内容中各点均要求，但仅限于单输入单输出线性定常连续系统。
8. 非线性系统理论
主要内容：非线性系统动态过程的一般特征；典型非线性特性及其影响；谐波线性化及描述函数；用描述函数法研究系统稳定性和自激振荡；相轨迹的一般特点及绘制方法；线性系统的相轨迹；非线性系统的相轨迹绘制及分析。
基本要求：明确描述函数法的使用限制条件；典型环节描述函数；用描述函数法分析非线性系统的稳定性和自激振荡；一、二阶非线性系统的相轨迹绘制及运动分析。
（二）参考教材
《自动控制原理》程鹏主编高等教育出版社出版 2003.8
《自动控制原理学习辅导与习题解答》程鹏、邱红专、王艳东编著高等教育出版社出版2004.12
三、理论力学考试大纲
（一）复习内容及基本要求
1、几何静力学
静力学的基本公理，受力分析，力系简化的基本方法和有关力学量的基本计算，平衡方程的建立与求解，摩擦（滑动摩擦和滚动摩擦）问题，桁架内力的计算，平衡结构的静定性问题。
2、分析静力学
各种力（重力、弹性力、有势力、摩擦力、合力、等效力系）的功，约束及其分类、广义坐标和自由度、虚位移与虚功、理想约束、虚位移原理及其应用、有势力作用下质点系平衡位置的稳定性。
（二）参考教材
《静力学》谢传锋主编高等教育出版社出版
目录
自动控制原理部分
1、2001年自动控制原理试题及答案 (5)
2、2002年自动控制原理试题及答案 (8)
3、2003年自动控制原理试题及答案 (12)
4、2004年自动控制原理试题及答案 (21)
5、2005年自动控制原理试题及答案 (29)
6、2006年自动控制原理试题及答案 (33)
7、2007年自动控制原理试题及答案 (36)
8、2007年17系自动控制原理试题及答案 (45)
9、答案补全及错误更正 (54)
理论力学部分
1、2004年理论力学试题及答案 (72)
2、2005年理论力学试题及答案 (79)
3、2006年理论力学试题及部分答案 (87)
4、2007年理论力学试题及答案 (90)
5、历年理论力学期末考试试题及答案 (93)
系统稳定系统不稳定
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931自动控制原理综合考试大纲（2008版） 一、考试组成 自动控制原理占90分; 理论力学占60分； 二、自动控制原理部分的考试大纲 （一）复习内容及基本要求 1．自动控制的一般概念 主要内容：自动控制的任务；基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制；自动控制的性能要求：稳、快、准。 基本要求：反馈控制原理与动态过程的概念；由给定物理系统建原理方块图。 2．数学模型 主要内容：传递函数及动态结构图；典型环节的传递函数；结构图的等效变换、梅逊公式。 基本要求：典型环节的传递函数；闭环系统动态结构图的绘制；结构图的等效变换。 3．时域分析法 主要内容：典型响应及性能指标、一、二阶系统的分析与计算。系统稳定性的分析与计算：劳斯、古尔维茨判据。稳态误差的计算及一般规律。 基本要求：典型响应（以一、二系统的阶跃响应为主）及性能指标计算；系统参数对响应的影响；劳斯、古尔维茨判据的应用；系统稳态误差、终值定理的使用条件。 4．根轨迹法 主要内容：根轨迹的概念与根轨迹方程；根轨迹的绘制法则；广义根轨迹；零、极点分布与阶跃响应性能的关系；主导极点与偶极子。 基本要求：根轨迹法则（法则证明只需一般了解）及根轨迹的绘制；主导极点、偶极子等的概念；利用根轨迹估算阶跃响应的性能指标。 5．频率响应法 主要内容：线性系统的频率响应；典型环节的频率响应及开环频率响应；Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据；稳定裕度及计算；闭环幅频与阶跃响应的关系，峰值及频宽的概念；开环频率响应与阶跃响应的关系，三频段（低频段，中频段和高频段）的分析方法。 基本要求：典型环节和开环系统频率响应曲线(Nyquist曲线和对数幅频、相频曲线)的绘制；系统稳定性判据（Nyquist判据和对数判据）；等M、等N圆图，尼柯尔斯图仅作一般了解；相稳定裕度和模稳定裕度的计算；明确最小相位和非最小相位系统的差别，明确截止频率和带宽的概念。 6．线性系统的校正方法 主要内容：系统设计问题概述；串联校正特性及作用：超前、滞后及PID；校正设计的频率法及根轨迹法；反馈校正的作用及计算要点；复合校正原理及其实现。 基本要求：校正装置的作用及频率法的应用；以串联校正为主，反馈校正为辅；以频率法为主，根轨迹法为辅；复合校正的应用。 7．线性连续系统的状态空间分析方法
第一章Matlab 基本运算 [范例1-2] 建立矩阵A={7 8 9}，B={7 8 9} >> A=[7,8,9] A = 7 8 9 >> B=A' B = 7 8 9 （2） >> B=[1 1 2 ; 3 5 8 ; 10 12 15] B= 1 1 2 3 5 8 10 12 15 （3） >> a=1:1:10 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 >> t=10:-1:1
t = 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 [范例1-3]求多项式D（S）=（5S^2+3）(S+1)(S-1)的展开式 >> D=conv([5 0 3],conv([1 1],[1 -2])) D = 5 -5 -7 -3 -6 [范例1-4]求多项式P（X）=2X^4-5X^3-X+9 （1） >> P=[2 -5 6 -1 9] P = 2 -5 6 -1 9 >> x=roots(P) x = 1.6024 + 1.2709i 1.6024 - 1.2709i -0.3524 + 0.9755i -0.3524 - 0.9755i 第二章控制系统的数学模型 [范例2-1]已知系统传递函数G(S)= s + 3/ s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1 >> num=[0 1 3]; >> den=[1 2 2 1]; >> printsys(num,den) num/den = s + 3 --------------------- s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1 [范例2-2]已知系统传递函数G(S)=【5*（S+2）^2(S^2+6S+7)】/S(S+1)^3(S^3+2S+1)],试
自控元件复习提纲 一、关于考试（从学长处获得信息，仅供大家参考）： 1、简答：eg：1）、为什么空载实验可以测r m ，x m？ 2）、变压器中是否必须有无功功率？ 2、论述：eg：1）、变压器工作原理。 2）、电机基本特点。 论述时必要时要作图说明。如要论述两相伺服电机为何有无自转特性时应该作出单相工作时两相伺服电机的机械特性曲线来说明。 3、计算：两个计算，一个直流，一个交流。 二、各章重点内容概述（参考往届笔记）： 第1章直流磁路及其计算 重点章节：1-1，1-2，1-3 磁路总是闭合的；磁路计算的正反两类任务；等效磁路的画法第2章直流电磁铁及其典型应用 重点章节：2-1，2-2，另外第三节中的继电器的主要技术指标大家也要注意第3章直流电机的一般问题 重点章节：3-1，3-2，3-4，3-5，3-6 发电机、电动机的识别，电角的概念，电枢反应的概念，直流电机的电枢电动 势和电磁转矩的计算方法，直流电机的电势平衡关系、转矩平衡关系、功率平 衡关系，电枢绕组的具体原理如果不明白大家不必深究，只要知道概念就可以， 这里不是重点。 PS：本章是比较重要的一章，计算题可能出在这一章。 第4章直流测速发电机和直流伺服电动机 重点章节：4-1，4-2 第三节要掌握直流力矩电动机的特点，知道其应用场合以 及为什么要用在这些场合。 准确理解直流伺服电动机的工作原理、四种工作状态，准确掌握直流测速发电 机和直流伺服电动机的工作原理及特性（输入、输出等） 第5章变压器 重点章节：5-2，5-3，5-4，5-5，5-6 空载电压平衡式和等效电路及相量图，负载运行的电压平衡式和磁动势平衡式 及相量图和等效电路P101的图5-12大家仔细看。参数、额定数据和特性。磁 场问题转化到电路问题。 第6章异步电动机 重点章节：6-1，6-3，6-4，6-5 转差率S，功率传递，相电动势，第三节可能考计算，注意一下习题中的最后 两道计算题6.12，6.15 另外，第六章和第五章联系很紧密，大家可以结合起来复习效果更好。 第7章两相电机 重点章节：7-1，7-2 分解磁场，无自转的分析，稳定运行范围大，第一节的第（四）部分其它大家 可以不用管。异步测速发电机的输出电压的特点，原理，频率与转速无关，只 与电源有关。 第8章同步电动机
自动控制原理 实验报告 实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试 实验三控制系统串联校正 实验四控制系统数字仿真 姓名： 学号：单位：仪器科学与光电工程学院 日期：2013年12月27日
实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：、、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：
图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ= , ζ= , ζ=1 四、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 五、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块 六、实验数据 T1 R2250K500K1M C1μF1μF1μF Ts理论 Ts实测 Ts误差%%% 响应图形图1图2图3
成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院机械工程及自动化学院 专业方向机械工程及自动化 班级 学号 学生姓名刘帆 自动控制与测试教学实验中心
实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014年11月15日 实验编号 同组同学 一、实验目的 1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3、 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1、 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。 2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间T s 。 三、实验原理 1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试 系统的传递函数为:()s ()1 C s K R s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 : 其中2 1 R K R = ,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =
2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试 系 统 传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图： 二阶系统的 模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则 442312R R C R ζ==，即42 12R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差 带，其中当ζ<1时经验公式为2 1 3.5 %100%,s n e t ζσζω- -=?= ，当ζ=1时经验公式 为n 4.75 ts ω= 四、试验设备： 1、HHMN-1型电子模拟机一台。 2、PC 机一台。 3、数字万用表一块。 4、导线若干。
《电气工程专业考研专业课初试科目及复试内容汇总》 自动化专业的考研方向 自动化专业方向很广，考的时候还分双控，模式，电力电机等等方面，你可以参看学校是否在这个方面有无国家重点实验室，是不是国家重点学科来比较。 1. 清华， 2.中科院， 3.上海交大， 4.浙大，5华工，北航，东南，东北大学，西安交大，哈 尔滨工业大学，中国科技大学，华北电力，天津大学，东南大学，华中科技，武汉大学天津大学自动化 一般说来，初试的分数是最重要的，特别是考外校。当然，你的动手能力也是很重要的，还有你的英语口语，考研复试都是要考虑的。例如上海交大的复试，双控353的复试线，有380的被刷下来，就是英语口语已经专业课不是很扎实的。考外校的话依据学校而定是否要找导师 动手能力强，参加电子设计大赛都是作为你考研复试的参考，还是好好的准备初试的考试吧，毕竟它是个门槛。 【电气工程及其自动化】 北京工业大学 421自动控制原理 复试：1、电子技术2、计算机原理 北京航空航天大学 [双控] 432控制理论综合或433控制工程综合 [检测] 433控制工程综合或436检测技术综合 [系统] 431自动控制原理或451材料力学或841概率与数理统计 [模式] （自动化学院）433控制工程综合或436检测技术综合、（宇航学院）423信息类专业综合或431自动控制原理或461计算机专业综合 [导航] （自动化学院）432控制理论综合或433控制工程综合、（宇航学院）431自动控制原理 复试：无笔试。1) 外语口语与听力考核；2) 专业基础理论与知识考核；3) 大学阶段学习成绩、科研活动以及工作业绩考核；4) 综合素质与能力考核 北京化工大学 440电路原理 复试：综合1(含自动控制原理和过程控制系统及工程)、综合2(含自动检测技术装置和传感器原理及应用)、综合3(含信号与系统和数字信号处理) 注：数学可选择301数学一或666数学（单） 北京交通大学 [双控/检测]404控制理论 [模式]405通信系统原理或409数字信号处理 复试： [电子信息工程学院双控]常微分方程 [机械与电子控制工程学院检测]综合复试（单片机、自动控制原理） [计算机与信息技术学院模式] 信号与系统或操作系统
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
B+：(20个)西南交通大学（四川成都）（④421材料力学或424机械原理）上海交通大学（④809 机械原理与设计或815 控制理论基础） 华中科技大学（湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号）机械设计基础，电子技术基础合肥工业大学 浙江大学（④832机械设计基础 或831理论力学 或833传热学 或839控制理论 或408计算机学科专业基础综合（含数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络） 华南理工大学（801 材料力学812 汽车理论）广州市 西北工业大学（电工技术与电子技术（或）西安 824计算机辅助制造（或） 845电路基础（或） 851微机原理及其应用（或） 863机械加工工艺学（或）
878机械设计（工业设计考生也可选）） 武汉理工大学（841机械原理、844汽车理论基础、848自动控制原理（选一）） 北京科技大学（材料力学C或850电工技术） 长安大学（汽车理论） 燕山大学（④815理论力学或817材料力学）河北省的秦皇岛市 哈尔滨工业大学（机械设计和机械原理） 江苏大学（理论力学、828电工技术、805机械设计选一 ） 中南大学（机械设计）湖南长沙市 北京航空航天大学（④931自动控制原理综合或934机械电子工程综合或951材料力学或892理论力学） 山东大学（机械设计基础） 天津大学（415汽车理论与汽车设计或486工程力学（理力材力） 南京航空航天大学（电工电子学815理论力学） 中国农业大学（（理力或材力）或833电子技术） 南京理工大学（机械原理或[423]电子技术基础） B等:(22个)大连交通大学、重庆交通大学、福州大学、山东理工大学、兰州交通大学，集美大学、广东工业大学，南昌大学，辽宁工业大学、黑龙江工程学院、淮阴工学院、西华大学、沈阳理工大学、河北工业大学、华南农业大学、青岛理工大学,浙江师范大学、山东科技大学、重庆工学院、长沙理工大学、河南科技大学、湖北汽车工业学院 C等(27个)：安徽工程科技学院、武汉科技大学、浙江科技学院、辽宁科技大学、山东建筑大学、上海工程技术大学、天津工程师范学院、广西工学院、安徽工业大学、北京机械工业学院、南京工程学院、攀枝花学院、重庆工学院、西南林学院、杭州电子科技大学、西南大学、华南热带农业大学、福建工程学院、重庆工学院、上海师范大学、沈阳工业大学、山东交通学院、辽宁工程技术大学、吉林农业大学、河北师范大学、福建农林大学、广西大学、南京林业大学、 车辆工程国家重点学科/博士点/硕士点
中南大学考试试卷（A 卷） 2009 -- 2010 学年 2 学期 时间110分钟 自动控制原理 课程 32 学时 2 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 建筑环境与设备 总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、基本概念（2×5=10分） 1.1 什么叫自动控制？对自动控制系统有什么要求？ 1.2 画出二阶系统特征根的位置及其响应曲线。 二．求系统的传递函数或输出响应（3×10=30分） 2.1画如下RC 无源网络的方框图，并求其传递函数。 2.2已知系统的方框图如下图所示，求X C = ? 2.3 已知某单位反馈系统的开环Bode 图如下所示，求其闭环传递函数。 三 稳定性问题(2×5=10分) 题2.1图 RC 无源网络
3.1 已知系统的特征方程为s 4+3s 3+2s 2+6s+9=0，判断系统稳定性。 3.2图6为负反馈系统的开环幅相曲线，K ＝500，p ＝0，求系统的稳定范围。 四、一单位反馈控制系统的开环传递函数为()(1) K G s s s τ= +，其单位阶跃响应曲线如 图所示。试确定系统参数K 及τ值，并求r(t)=1+sint 时的稳态响应。（25分） 图5 五、已知单位负反馈系统开环传递函数为10(0.1s 1) G(s)H(s)(0.5s 1) s +=+，绘制Nyquist 图 和对数幅频特性图。（25分） u
参考答案 二．求系统的传递函数（3×10=30分） 2.1画如下RC 无源网络的方框图，并求其传递函数。 解：用复阻抗写电路方程式： s C S I S V R S U S U S I s C S I S I S U R S U S U S I c c c c C r 222221212111 111)()(1 )] ()([)(1)]()([)(1)]()([)(? =-=? -=?-= 将以上四式用方框图表示，并相互连接即得RC 网络结构图: 用梅逊公式直接由图写出传递函数U c (s )/U r (s ) 。 1 )(1 111111 212211221212 22111222112 221111++++=+ +++= ??=s C R C R C R s C C R R s C R C R s C R s C R s C R s C R C R G G 2.2已知系统的方框图如下图所示，求 X C = ? 题2.1 图 RC 无源网络 RC 无源网络结构图
《自动控制原理》习题解答 郑州轻工业学院 电气信息工程学院
第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大
门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
自动控制原理 实验报告
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线, 并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线, 并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为：错误！未找到引用源。 模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1 由图得： 在实验当中始终取错误！未找到引用源。, 则错误！未找到引用源。, 错误！未找到引用源。 取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取错误！ 未找到引用源。误差带） 2．二阶系统: 其传递函数为： 错误！未找到引用源。 令错误！未找到引用源。，则系统结构如图1-２所示：
图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示： 图1-3 取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。取不同的值错误！未找到引用源。 , 错误！未找到引用源。, ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取错误！未找到引用源。误差带）,计算过渡过程时间Ts。 四、实验设备 1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。 3.数字式万用表一块。 4.导线若干。 五、实验步骤 1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2.断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.在Windows XP桌面用鼠标双击MATLAB图标后进入，在命令行处键入autolab 进入实验软件系统。 5.在系统菜单中选择实验项目，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型，其它步骤察看概述3.2节内容。 6.观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。 7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看概述3.3节内容。
《自动控制元件》作业 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？ 答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？ 答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流 I a 也不变 b ：KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少？ 答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.2383600 0.10590n 105.0=?=?Ea T em =T 0 +T 2=CmΦI a →T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓
自动控制轮椅 一、摘要 为了方便老人出行，特此设计出该自动控制轮椅。该自动控制轮椅设有操纵杆来接受老人的输入信号，操纵杆将位移信号转换成电信号送到比较计算单元，通过信号的处理，再送到执行元件及被控对象，即两个动力轮和两个方向轮，在这部分中，又将电信号转化成了机械信号。在该轮椅中，安装有诸多传感器，比如位移传感器用来检测前方是否有障碍，速度传感器及加速度传感器用来控制整体的速度和加速度不致过大等等。 关键词：传感器，控制系统，输入量，输出量 二、目录 一、摘要 (1)
二、 目录 ....................................................................................... 1 三、正文 ......................................................................................... 2 1.结构图 .................................................................................. 2 2.概述 ...................................................................................... 3 3.操纵杆 .................................................................................. 3 4.执行机构及被控对象 ........................................................... 4 4.1直流伺服电动机 ........................................................ 4 4.2液压系统 .................................................................... 5 5.传感器 .................................................................................. 5 5.1超声波传感器 ............................................................ 5 5.2电涡流式转速传感器 ................................................ 6 5.3压电式加速度传感器 ................................................ 7 四、结论 ......................................................................................... 8 五、参考文献 ................................................................................. 9 六、组员名单及分工 ...................................................................... 9 三、正文 1.结构图 被控对象 执行 输入量 输出量
北京航空航天大学电气实验报告 FPGA实验 张天 130325班 学号：13031220
一．实验目的 略 二．实验要求 略 三．实验设备 略 四．实验内容 略 五．实验实例 1.实例6-1 思考题1：输出信号q3q2q1绑定接口电路的七段数码管或米字型数码管或LED点 阵显示？ 答： 思考题2：怎样修改成4位二进制减法计数器，具有清零，启动控制功能等？ 答： 思考题3：把计数器修改成2位或更多位十进制计数功能，再用七段数码管进行显示等？ 答： 2.实例6-2 思考题：一位半加器电路采用VHDL语言实验 答： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use iee.std_logic_unsigned.all; entity halfadd is port (a,b;in std_logic sum,carry; out std_logic) end entity halfadd; architecture halfadd is begin sum<=a and(not b)+b and (not a); carry<= a and b; end architecture halfadd; 六．实验过程 我们组做的是一个利用led点阵规律亮灭变化形成字体，并且字体产生变化，形成“自动化?”的样子，实现图片如下图：
1.实验分析： 实验设计思路： 本实验的设计思路是利用led灯的 辉光效应，利用逐行扫描，在高频情况下就会显示所有行的亮灯，进而形成汉字，并且有时钟计数程序，当时钟数字达到规定值（本实验为111111111b）时，跳转到下一个状态，显示第二个憨子。每个汉字的颜色由led灯决定，改led矩阵有红绿两种led灯，因此有红绿橙三种颜色显示。 2.实现过程 对设计思路的实现并非一帆风顺，最初编写的时候遇到了一些问题。首先，定义输入输出角是个繁琐的事情（需要定义40+次，每次必须手动），另外，在程序编写过程中，也出现了一些逻辑错误，对于错误，我们仔细逐条语句分析，最终解决了错误，解决过程中也加深了对FPGA的语言逻辑及硬件结构的理解。 七.FPGA使用心得 在学习FPGA过程中，我获得了很多收获。首先，由于有单片机的基础，上手过程并不是十分复杂，对于输入输出的理解我没有遇到太多阻碍。这次学习也验证了我具有短时间内掌握一款新型的芯片的能力。学习过程中最大的困难就是VDHL语言的编写。我们以前有c语言的基础，不过学习这种新的语言还是花出了不少时间与精力，现在可以说基本掌握的VDHL的基本写法和思路，能运 用到需要的程序中来。另外，调试的过程能极强地加大对程序的理解及逻辑的构建，在调试中，逐渐明白了以前不懂的东西，对FPGA的工作原理的理解更加透彻了。 不了解的人可能会把FPGA当做一种单片机，但其实，相比于单片机，FPGA 是有很多优势的。其无固定的硬件结构使其具有远超单片机的灵活性，另外，它的编程方法可以同步进行多个process 使其能同步处理多个进程，因此，它的
附件：1、 3、 关于启动“2010年度我校教学改革课题中期评估、结题验收” 工作的通知 各院系及有关教学单位： 依据“北京航空航天大学教改立项管理条例”的有关管理办法，现启动我校“2010 年度教学改革课题中期评估、结题验收”工作。本次评估和验收重点针对校级教改立项 课题进行：对正在进行中的研究与改革进展情况好、有创新成果和前途的课题给予进一 步支持，对进展情况不佳的课题，酌情给予警告或撤销。教改工作完成的课题进行结题 验收，对成果显著的项目，补拨其剩余经费，并将推荐参加各级教学成果评奖。现将具 体事项说明如下： 1、 本年度的教学改革课题中期评估、结题验收工作仍以院系为主进行，即各院系 组织以教学指导委员会（或督导组）为主的专家分别进行评估和验收，教务处有关人员 随机参加。评议结果以A 、B 、C 、D 分别代表优、良、中、不及格；机关所属单位的项 目及 校重点项目由教务处组织专家进行评估和验收； 2、 2006-2007年的校级立项课题按照项目年限，均应全部结题；2008年的校级立项 课题，凡工作已经完成的项目可申请结题验收，09年立项的项日应进行中期评估。中期 评估的项目要求各课题组对照原立项书认真总结自立项以来的研究进展情况与取得的成 绩，按要求逐项填写“项目中期评估表”。 3、 申请验收的项目须完成下列几项工作： ?提交《北京航空航天大学教学研究与实践项目结题验收申请表》； ?提交项目研究总结报告（含反映项目成果的附件材料）； ?提交该项n 相关的论文，（包括：在核心刊物上发表的或在全国性或国际性学术 会议上宣读以及公开出版的专著等）； 4、 项目所在院（系）主管领导认真检查项目完成情况并审查相关材料，在“项目 中期评估表”或“项目结题验收申请表”中填写院（系）意见（文档材料在院系内存档 ）;并写出“…?院（系）2010年度教改项目中期评估、验收总结报告”，和检查结果一 并于4月15日前送交教务处教学研究科。 本次教改立项中期评估、结题验收的检查结果于2010年4月底予以公布。 请各院系及有关教学单位负责将本通知转发至本单位承担教改课题的各位教师（参 照附件1）。相关文档和表格请在如下网址下载：https://www.doczj.com/doc/057302063.html, 公告信息。 201。年度教学改革项目中期评估、验收项目汇总表 教改项目中期评估表 教改 项目验收申请表 教务处
北京航空航天大学2014年 硕士研究生入学考试试题 科目代码：931 自动控制原理综合 （共5页） 考生注意：所有答题务必书写在考场提供的答题纸上，写在本试题单上的答题一律无效（本题单不参与阅卷）。 自动控制原理部分，共6题，90分 一、(本题15分) 系统结构图如题一图所示，其中，()(0)r t t t =≥， 误差定义为()=()()e t r t c t 。 题一图 (1). 试设计一个尽可能简单的串联校正环节1()G s ，使系统无稳态误差； (2). 试设计一个前置校正环节2()G s ，使系统无稳态误差。 解： (1). 2 11()= K G s K s ，其中1220 K K （须保证闭环稳定性） (2). 2()=0.25G s s （答案不唯一）
二、 (本题15分) 已知单位负反馈最小相位系统的开环传递函数渐近对数幅频特性曲线如图所示，讨论开环传递函数G (s ) 的可能形式，绘制概略对数相频特性曲线，并用对数判据分析该闭环系统的稳定性。 解：21000 ()= (20100) G s s s s ，对数相频特性曲线如下图所示（需向上补画2 ）。 1 |(10)|= 2 G j 。若0.5 ，正负穿越都为0，稳定；若00.5 ，不稳定。 10 -1 10 10 1 10 2 10 3 -270-225 -180-135-90P h a s e (d e g ) Frequency (rad/sec)
三、(本题15分) 单位负反馈系统的开环传递函数为 *2 (4)()(1) K s G s s s 按步骤画出*:0K 时系统的根轨迹图，并确定系统的阶跃响应为振荡衰减过程时*K 的取值范围。 解：1.（1）三条根轨迹，起始于0，-1，-1，终止于-4， ， 。 （2）实轴上根轨迹(4,1)(1,0) （3）渐近线21,0,12 a k k ，1 a （4）分离点坐标 21114 d d d 解得3 d （5）与虚轴交点 2*(1)(4)0 j j K j 解得 * 1 K 2. 将分离点坐标代入闭环特征方程可得相应的* 370.0405 K 。因此， 阶跃响应为振荡衰减过程时*K 的取值范围为37,1) Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s
自动控制原理 实验报告 班级：390321 学号：39032103 姓名：朱嘉婧
目录 实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 (3) 实验二频率响应测试 (9) 实验三控制系统串联校正 (14) 实验四控制系统数字仿真 (20)
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线, 并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线, 并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为： 模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1 由图得： 在实验当中始终取, 则, 取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取 误差带） 2．二阶系统: 其传递函数为：
令，则系统结构如图1-２所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示： 图1-3 取，，则及 取不同的值 , , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带） ,计算过渡过程时间Ts。 四、实验设备 1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。 3.数字式万用表一块。 4.导线若干。 五、实验步骤 1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例 器，通电调零。 2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取 值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。 线路接好后，经教师检查后再通电。 4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。 5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
1、为什么电磁机构采用线圈加铁芯结构？ 2、简述直流测速发电机的输出特性，当不考虑电刷接触压降时，推导出该输出 特性的线性关系，造成线性误差的原因有哪几方面？ 3、什么是自动控制元件？什么是电磁元件？ 4、磁场的性质可以用哪几个基本物理量表示？ 5、极化电磁铁与拍合式、吸入式以及旋转式电磁铁的主要区别是什么？ 6、为什么电动机运行的条件是具有下倾的机械曲线？ 7、直流测速发电机与异步测速发电机的输出信号有何不同？ 8、软磁材料、硬磁材料有什么不同？各自的用途是什么？ 9、继电器可靠工作的两个条件是什么？ 10、直流电机电枢电势和磁转矩的公式，并写出C E、C T的表达式。 11、在交变磁场中，铁磁材料会产生哪两种损耗？ 12、磁路计算中，气隙磁压降和导磁磁压降怎样计算？ 13、什么是电磁铁的极性？为什么说拍合式电磁铁没有极性？ 14、简述极化电磁铁的工作原理。 15、直流发电机模型中导体电势和电刷电势各有什么特点？电刷起到什么作用？ 16、直流发电机和直流电动机的电磁转矩与电机转速的方向关系如何？ 17、判断直流电机工作状态的依据是什么？ 18、写出他励直流电动机和他励直流发电机稳态时的电势平衡式，转矩平衡式和 功率平衡式。画出他励直流电动机的功率流程图（注明每项能量的表达式）。 19、列出直流电机的电磁转矩的表达式，分析各符号的物理意义。 20、三相异步电动机中，对称三相电流通入对称三相绕组，会形成怎样的磁场？ 21、单相变压器的其他条件不变，当一次边电压减小或一次边电源频率降低或铁 芯截面面积增加，变压器的主磁通如何变化？
22、与永磁式和磁阻式相比，磁滞同步电动机的最突出的优点是什么？可以稳定 工作在哪两种状态？当负载转矩小于或大于最大同步转矩时，磁滞同步电动机工作在什么状态？ 23、磁滞同步电动机可以稳定工作在哪两种状态？哪种状态下是靠磁滞转矩工作 的？哪种状态相当于永磁电动机？ 24、永磁式、磁滞式、磁阻式、反应式步进电机转子材料主要不同的是什么？ 25、在永磁式同步电动机中，为什么在异步状态运行时笼形绕组产生转矩，而永 久磁铁则不产生转矩（即平均转矩为零）？在同步运转时永久磁铁产生转矩，而笼形绕组不产生转矩？ 26、在三相异步电动机中，如何理解“有生于无”？ 27、正余弦旋转变压器有哪两种补偿方式？补偿的目的是什么？ 28、力矩式发送机定子的三个绕组中的感生电动势的时间相位和空间相位怎样？ 29、分别说明力矩式自整角机和控制式自整角机各靠什么工作。 30、分别说明力矩式自整角机和控制式自整角机的各自应用场合和输出量。 31、直流发电机和直流电动机的电枢电动势有何区别？电磁转矩有何区别？ 32、一台他励直流电动机，如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变，而仅仅增 加电枢端电压，试问经过一段时间稳定后电枢电流、转速怎样？ 33、画出变压器感性负载运行时的T型等值电路图，并指明其中的各个参数的物 理意义。变压器折合原则是什么？写出折合后的磁势平衡式、电流平衡式和电压平衡是。变压器由空载到负载运行，主磁通是否发生变化？ 34、两相伺服电机转子的最大特点是什么？试分析由此特点使电动机具有哪些特 性？以及速度调节线性范围宽和无自转的原因。 35、以自整角机发送机和自整角机接收机组成的力矩式自整角机系统为例，详细 说明发送机转子如何受到整步转矩的作用。 36、画出拍合式继电器常开触点和常闭触点的继电特性曲线。 37、继电器可靠工作的两个条件是什么？ 38、直流发电机和直流电动机中，E A和I A的关系怎么样？