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r(t)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L(w)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Ф（w）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L（w）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|G(jw)H(jw)|<1或20lg|G(jw)H(jw)|<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
Gc(s)=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平面上的单位园内，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。
1、控制系统的基本控制方式有哪些？
2、什么是开环控制系统？
3、什么是自动控制？
4、控制系统的基本任务是什么？
5、什么是反馈控制原理？
6、什么是线性定常控制系统？
7、什么是线性时变控制系统？
8、什么是离散控制系统？
9、什么是闭环控制系统？
10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？
11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？
12、典型控制环节有哪几个？
13、典型控制信号有哪几种？
14、控制系统的动态性能指标通常是指？
15、对控制系统的基本要求是哪几项？
16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成?
17、什么是控制系统时间响应的动态过程？
18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？
19、控制系统的动态性能指标有哪几个？
20、控制系统的稳态性能指标是什么？
21、什么是控制系统的数学模型？
22、控制系统的数学模型有：
23、什么是控制系统的传递函数？
24、建立数学模型的方法有?
25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有?
26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么?
27、控制系统的分析法有哪些？
28、系统信号流图是由哪二个元素构成？
29、系统结构图是由哪四个元素组成？
30、系统结构图基本连接方式有几种？
31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？
32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？
33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？
34、二阶系统的阻尼比1
<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？
0<
35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？
36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？
37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？38、二阶系统开环增益K增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？
39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。
40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡信号（有稳态误差）
41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点
42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？
43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？
44、恒值控制系统
45、谐振频率
46、随动控制系统
47、稳态速度误差系数K V
48、谐振峰值
49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。
50、什么是控制系统的根轨迹？
51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？
52、根轨迹图是开环系统的极点在s平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s平面上运动轨迹？
53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？
54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？
55、试述采样定理。
56、采样器的功能是？
57、保持器的功能是？
二、填空题：
1、经典控制理论中，控制系统的分析法有：、、。
2、控制系统的动态性能指标有哪几个？、、、、。
3、改善二阶系统的性能常用和二种控制方法。
4、二阶系统中阻尼系数ξ＝0，则系统的特征根是；系统的单位阶跃响应为。
5、根据描述控制系统的变量不同，控制系统的数学模型有：、、。
6、对控制系统的被控量变化全过程提出的共同基本要求归纳为：、、。
7、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的。
8、设系统有二个闭环极点，实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，哪一个极点对系统动态过程的影响大？
9、反馈控制系统的基本组成元件有元件、元件、元件、元件、元件。
10、经典控制理论中，针对建立数学模型时所取的变量不同而将系统的数学模型分为：
模型、模型、模型。
11、控制系统的分析法有：、、。
12、、和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。
13、二阶振荡环节的标准传递函数是。
14、一阶系统1
Ts 1+的单位阶跃响应为 。 15、二阶系统的阻尼比ξ在______范围时，响应曲线为非周期过程。
16、在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差e ss =______。
17、单位斜坡函数t 的拉氏变换为______。
18、在单位斜坡输入信号作用下，I 型系统的稳态误差e ss =__________。
19、当且仅当闭环控制系统传递函数的全部极点都具有__________时，系统是稳定的。
20、线性定常系统的传递函数，是在________条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。
21、控制系统的校正方式有： ； ； ； 。
22、反馈控制系统是根据给定值和__________的偏差进行调节的控制系统。
23、在某系统特征方程的劳斯表中，若第一列元素有负数，那么此系统______。
24、根据根轨迹绘制法则，根轨迹的起点起始于 ，根轨迹的终点终止于 。
25、若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间，则这两个极点之间必定存在 点。
26、线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为_____。
27、设系统的频率特性为)(jI )j (R )j (G ω+ω=ω，则)(R ω称为 。
28、在小迟延及低频情况下，迟延环节的频率特性近似于 的频率特性。
29、Ⅰ型系统极坐标图的奈氏曲线的起点是在相角为______的无限远处。
30、根据幅相曲线与对数幅频、相频曲线的对应关系，幅相曲线单位园上一点对应对数幅频特性的 线，幅相曲线单位圆外对应对数幅频特性的 范围。
31、用频率校正法校正系统，在不影响系统稳定性的前提下，为了保证稳态误差要求，低频段 要充分大，为保证系统的动态性能，中频段的斜率为 ，为削弱噪声影响，高频段增益要 。
32、利用滞后网络进行串联校正的基本原理是：利用校正网络对高频信号幅值的 特性，使已校正系统的 下降，从而使系统获得足够的 。
33、超前校正是将超前网络的交接频率1/aT 和1/T 选择在待校正系统 的两边，可以使校正后系统的 和 满足性能指标要求。
34、根据对数频率稳定判据判断系统的的稳定性，当幅频特性穿越0db线时，对应的相角裕度γ＜0，这时系统是；当相频特性穿越－180。线时，对应的幅频特性h＜0，这时系统是。
35、在频域设计中，一般地说，开环频率特性的低频段表征了闭环系统的；开环频率特性的中频段表征了闭环系统的；开环频率特性的高频段表征了闭环系统的；
36、滞后校正装置最大滞后角的频率
= 。
m
37、0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为______dB/dec，高度为20lgK p。
38、串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和__________。
39、积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为__________dB／dec。
40、在离散控制系统中有二个特殊的环节，它们是和。
自动控制原理填空题复习（一）
1.对于一个自动控制的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性、准
确性。
2.反馈控制系统的工作原理是按偏差进行控制，控制作用使偏差消除或减
小，保证系统的输出量按给定输入的要求变化。
3.系统的传递函数只与系统本身有关，而与系统的输入无关。
4.自动控制系统按控制方式分，基本控制方式有：开环控制系统、闭环控制系
统、混合控制系统三种。
5.传递函数G(S)的拉氏反变换是系统的单位阶跃响应。
6.线性连续系统的数学模型有电机转速自动控制系统。
7.★系统开环频率特性的低频段，主要是由惯性环节和一阶微分环节来
确定。
8.稳定系统的开环幅相频率特性靠近（-1，j0）点的程度表征了系统的相对稳定性，
它距离（-1，j0）点越远，闭环系统相对稳定性就越高。
9.频域的相对稳定性常用相角裕度和幅值裕度表示，工程上常用这里两
个量来估算系统的时域性能指标。
10. 某单位反馈系统的开环传递函数2()(5)
G S s s =+，则其开环频率特性是 2-2.0tan -)(1πωω?-= ，开环幅频特性是424252
)(A ωωω+=，开环对数频
率特性曲线的转折频率为 。
11. 单位负反馈系统开环传递函数为2()(5)
G S s s =+，在输入信号r(t)=sint 作用下，，系统的稳态输出c ss (t)= , 系统的稳态误差
e ss (t)= .
12. 开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。开环系统的低频段表征闭环
系统的 稳定性 ；开环系统的中频段表征闭环系统的 动态性能
；开环系统的高频段表征闭环系统的 抗干扰能力 。
自动控制原理填空题复习（二）
1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 输入量 与反馈量的差值进行的。
2、复合控制有两种基本形式：即按 参考输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。
3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。
5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+，
则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s
+++。 6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点或无穷远 。
7、设某最小相位系统的相频特性为
101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 1)
s(Ts s)1(++τP K 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 0()()()t
p
p i K m t K e t e t dt T =+? ， 其相应的传递函数为 ）（s
T s i 11K )(G p c +
= ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳定 性能。
自动控制原理填空题复习（三）
1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 水温 。
2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 开环控制系统 ；当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时，称为 闭环控制系统 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统 。
3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定 。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用 劳斯判据 ；在频域分析中采用 奈奎斯特判据 。
4、传递函数是指在 0 初始条件下、线性定常控制系统的 输入拉氏变换 与 输出拉氏变换 之比。
5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，相频特性为 arctan 180arctan T τωω--o 。
6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的 快速性 。 自动控制原理填空题复习（四）
1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。
2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。一阶系统传函标准形式是1()1
G s Ts =
+，二阶系统传函标准形式是222()2n n n G s s s ωζωω=++。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据 、根轨迹法或 奈奎斯特判据 等方法判断线性控制系统稳定性。
4、控制系统的数学模型，取决于系统 结构 和 参数 , 与外作用及初始条件无关。
5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 20lgA （ω） ，横坐标为lg （ω）。
6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 右半S 平面的开环极点个数 ，Z 是指 右半S 平面的闭环极点个数 ，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数 。
7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。%σ是 超调 。
8、PI 控制规律的时域表达式是 0()()()t
p p i K m t K e t e t dt T =+
? 。P I D 控制规律的传递函数表达式是 ）（s T s i 11K )(G p c += 。 9、设系统的开环传递函数为12(1)(1)
K s T s T s ++，则其开环幅频特性为
()A ω=，相频特性为 01112()90()()tg T tg T ?ωωω--=--- 。 自动控制原理填空题复习（五）
1、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、 准确性 和 快速性，其中最基本的要求是 稳定性 。
2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的开环传递函数为 G （s ） 。
3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。
4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用 劳斯判据 、 根轨迹 、 奈奎斯特判据 等方法。
5、设系统的开环传递函数为12(1)(1)
K s T s T s ++，则其开环幅频特性为
相频特性为 01112()90()()tg T tg T ?ωωω--=---。
6、PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是
0()()()()t p
p p i K de t m t K e t e t dt K T dt
τ=++?， 其相应的传递函数为 1()(1)C p i G s K s T s τ=+
+。 7、最小相位系统是指 S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点 。 自动控制原理填空题复习（六）
1. 某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 。
2. 延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使 相频特性 发生变化。
3. 若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和 幅值裕量 来做出判断。
4. 一般讲系统的加速度误差指输入是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。
5. 输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 小 。
6. 系统主反馈回路中最常见的校正形式是 串联校正 和反馈校正。
7. .已知超前校正装置的传递函数为
132.012)(++=s s s G c ，其最大超前角所对应的频率=m ω 。
8. 若系统的传递函数在右半S 平面上没有 开环零点和开环极点 ，则该系统称作最小相位系统。
9、对控制系统性能的基本要求有三个方面： 稳定性 、 快速性 、 准确性 。
10、传递函数的定义：在 0初始 条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与系统输入量的拉氏变换变换之比。
11、控制系统稳定的充分必要条件是： 系统的全部闭环极点都在复平面的左半平面上 。
12、增加系统开环传递函数中的 积分 环节的个数，即提高系统的型别，可改善其稳态精度。
13、频率特性法主要是通过系统的 开环频率特性 来分析闭环系统性能的，可避免繁杂的求解运算，计算量较小。
∞时，延迟环节频率特性极坐标图为 圆。3. 若系统的开环传递函数为2)(5 10
+s s ，则它的开环增益为 5 。
4. 在信号流图中，只有 方框图单元 不用节点表示。
5. 二阶系统的传递函数()1241
2++=s s s G ，其阻尼比ζ是 。
6. 若二阶系统的调整时间长，则说明 系统处于过阻尼状态 。
7. 比例环节的频率特性相位移()=ω? 0 。
8. 已知系统为最小相位系统，则一阶惯性环节的幅频变化范围为 0~1 。
9. 为了保证系统稳定，则闭环极点都必须在 复平面的左半平面 上。
自动控制原理填空题复习（八）
1、一阶惯性系统21
)(+=s s G 的转角频率指=ω 2
2、设单位负反馈控制系统的开环传递函数)()(a s s K
s G +=，其中K >0，a >0，则闭
环控制系统的稳定性与 C 有关。
值的大小有关 值的大小有关
和K 值的大小无关 和K 值的大小有关
3、已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为 0
4、系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的 充要 条件
5、系统稳态误差与系统的结构和参数 有 （有/无）关
6、当输入为单位加速度且系统为单位反馈时，对于I 型系统其稳态误差为 ∞ 。
7、若已知某串联校正装置的传递函数为s s G c 2)(=，则它是一种 微分 调节器
8、在系统校正时，为降低其稳态误差优先选用 超前 校正。
9、根轨迹上的点应满足的幅角条件为()()=∠s H s G ）（1k 2180o +± k=0，1，
2 。。。。 。
10、主导极点的特点是距离 虚 轴很近。 自动控制原理填空题复习（九）
1．在控制系统中,若通过某种装置将反映输出量的信号引回来去影响控制信号，这种作用称为 反馈 。
2．一般情况，降低系统开环增益，系统的快速性和稳态精度将__提高______。
3．.串联环节的对数频率特性为各串联环节对数频率特性的_乘积_。
4．频率特性由_幅频特性__和___相频特性__组成。
第一章： 1、自动控制: 指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控制对象或过程自动地按照预定的要求运行。 2、人工控制：在人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程， 3、系统的分类 （一）按数学描述形式分类： 1)．线性系统和非线性系统 (1)线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。 (2)非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。 2)．连续系统和离散系统 （1）连续系统（2）离散系统 （二）按给定信号分类: （1）恒值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 （三）按控制方式分：开环控制、反馈控制、复合控制 （四）按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统（五）按系统共用：温度控制、压力控制、位置控制 4、自动控制系统的常用术语 1)输入量（激励） 作用于一个元件、装置或系统输入端的量，可以是电量，也可以是非电量， 一般是时间的函数（确定函数或随机函数），如给定电压。 2）输出量（响应） 指确定被控对象运动状态的量，它是输出端出现的量，可以是电量或非电量，它是系统初始状态和输入量的函数。 3）被控制量 制被控对象所要求自动控制的量。它通常是决定被控对象工作状态的重要变量。例如，火箭、导弹、飞船的方向、速度和轨道参数，电动机的转速，发电机的电压、频率，轧钢机的钢板厚度和化学反应器内的相对密度等，它往往是控制系统的一部分输出量。当被控对象只要求实现自动调节，即要求某些参数保持给定数值或按一定规律变化时，被控制量就是被调节量（被调量）。 4）控制量（控制作用） 指控制器的输出量。当把控制器看成调节器时，控制量即调节量（调节作用）。 5）反馈 把系统的输出送回到输入，以增强或减弱输入信号的效应称为反馈。使输入信号增强者为正反馈，使输入信号减弱者称为负反馈。反馈信号与系统输出量成比例者称为硬反馈或刚性反馈（比例反馈），反馈信号为输出量的导数者称为软反馈或柔性反馈。 6）干扰（扰动） 除控制量之外，引起被控制量变化的所有变量，以及影响各部件输出量变化的因素都可视为干扰。 干扰产生在系统内部称为内扰；干扰产生在系统外部称为外扰。有效的自动控制系统应具有补偿内外干扰的能力，使被控对象始终处于良好的工作状态。 7）自动调节系统 能使被控对象的被控制量维持在规定值或按一定规律变化的控制系统称为自动控制系统。
自控概念及定义 1.开环控制的定义：若系统的被控制量对系统的控制作用没有影响，则此系统叫开环控制 系统 2.闭环控制的定义：凡是系统的被控制信号对控制作用有直接影响的系统都叫闭环控制系 统 3.恒值控制系统的定义：如果反馈控制系统的参考输入信号为常量则称这类反馈控制系统 为恒值控制系统 4.程序控制系统的定义：系统的参考输入信号按照一定的时间函数变化则称这类反馈控制 系统为程序控制系统 5.随动控制系统的定义：闭环控制系统中，如果参考输入信号为一任意时间函数，其变化 规律无法预先予以确定，则承受这类输入信号的闭环控制系统叫做随动控制系统 6.被控对象的定义：控制系统中被控制的设备或过程 7.被控参数或输出量的定义：指被控对象中按一定规律变化的物理量，与输入信号间满足 一定的函数关系 8.扰动量的定义：所有妨碍控制量对被控量进行正常控制的因素称为扰动量 9.控制量的定义：直接加到被控对象、直接改变被控量的变量，称为控制量 10.反馈量的定义：由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号 称为反馈量 11.偏差量的定义：参考输入与主反馈信号之差 12.控制器的定义：控制系统中除了被控对象外各个部分的组合 13.负反馈控制基本原理：在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取 自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是负反馈控制的原理。 14.前向通道的定义：在闭环控制系统中，从系统输入量到系统被控量之间的通道称为前向 通道 15.反馈通道的定义：在闭环控制系统中，从被控量到输入端的反馈信号之间的通道称为反 馈通道 16.对控制系统的基本要求：稳定，精确，迅速 17.传递函数的定义：在初始条件为零时，线性定常系统或元件输出信号的拉氏变换式与输 入信号的拉氏变换式之比称为该系统或元件的传递函数 18.什么叫基本环节：一个复杂的控制系统分成的一个个小部分称为环节。从动态方程、传 递函数和运动特性的角度看不宜再分的最小环节称为基本环节 19.比例环节传递函数：G(s)=K 20.惯性环节传递函数：G(s)=1/(Ts+1) 21.积分环节传递函数：G(s)=1/s 22.振荡环节传递函数：G(s)=1/()= 23.纯微分环节传递函数：G(s)=s 24.一阶微分环节传递函数:G(s)=s+1 25.二阶微分传递函数：G(s)= 26.延迟环节传递函数：G(s)= 27.二阶系统五个性能指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、过渡过程时间、振
可编辑word,供参考版！ 一、填空（每空1分，共18分） 1．自动控制系统的数学模型有 、 、 、 共4种。 2．连续控制系统稳定的充分必要条件是 。 离散控制系统稳定的充分必要条件是 。 3．某统控制系统的微分方程为： dt t dc ) (+0.5C(t)=2r(t)。则该系统的闭环传递函数 Φ(s)= ；该系统超调σ%= ；调节时间t s (Δ=2%)= 。 4．某单位反馈系统G(s)= ) 402.0)(21.0() 5(1002 +++s s s s ，则该系统是 阶 型系统；其开环放大系数K= 。 5．已知自动控制系统L(ω)曲线为： 则该系统开环传递函数G(s)= ； ωC = 。 6．相位滞后校正装置又称为 调节器，其校正作用是 。 7．采样器的作用是 ，某离散控制系统 ) ()1() 1()(10210T T e Z Z e Z G -----= （单位反馈T=0.1）当输入r(t)=t 时.该系统稳态误差为 。 二. 1. 求：) () (S R S C （10分） R(s)
2.求图示系统输出C（Z）的表达式。（4分） 四．反馈校正系统如图所示（12分） 求：（1）K f=0时，系统的ξ，ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差e ss. （2）若使系统ξ=0.707，k f应取何值？单位斜坡输入下e ss.=？ 可编辑word,供参考版！
五.已知某系统L（ω）曲线，（12分） （1）写出系统开环传递函数G（s） （2）求其相位裕度γ （3）欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=？，γmax=? 六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。P为开环右极点个数。г为积分环节个数。判别系统闭环后的稳定性。 （1）（2）（3）
A.比较元件 B.给定元件 C. 反馈元件 D.放大元件 第一章 自动控制的一般概念 1. 如果被调量随着给定量的变化而变化，这种控制系统叫（ ） A. 恒值调节系统 B.随动系统 C. 连续控制系统 D.数字控制系 统 2. 主要用于产生输入信号的元件称为（ ） 3. 与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（ ）进行直接或间接地测量，通过反馈 环节去影响控制信号。 A.输出量 B. 输入量 C. 扰动量 D . "r 亘. 设定量 4. 直接对控制对象进行操作的元件称为（ ) A.给定兀件 B. 放大兀件 C. 比较兀件 D . 执行兀件 5. 对于代表两个或两个以上输入信号进行 ( ）的元件又称比较器。 A.微分 B. 相乘 C. 加减 D. 相除 6. 开环控制系统的的特征是没有（ ） A.执行环节 B. 给定环节 C. 反馈环节 D . . 放大环节 7. 主要用来产生偏差的兀件称为（ ） A.比较兀件 B. 给疋兀件 C. 反馈兀件 D . 放大兀件 8. 某系统的传递函数是 G s _ 1 2s +1 s e ， 则该可看成由（ ) 环节串联而成。 A.比例.延时 B. 惯性.导前 C. 惯性.延时 D. 惯性.比例 10 . 在信号流图中，在支路上标明的是（ ) A.输入 B. 引出点 C. 比较点 D. 传递函数 11. 采用负反馈形式连接后，贝U （） A. 一定能使闭环系统稳定； B. 系统动态性能一定会提高； C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除; D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。
三.名词解释 47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。 49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。 50、香农定理：要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系： ωs ≥2ωmax 。 51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。 52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。 54、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。 55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比，即()()() C z G z R z =。 56、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。
《自动控制原理》课程标准 一、课程概述 （一）课程性质地位 自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。 （二）课程基本理念 为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。 （三）课程设计思路 本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。 二、课程目标 （一）知识与技能 通过本课程的学习，使学员掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法，重点培养学生利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，并为学习后续相关专业课程，以及进一步学习和应用自动控制方面的新知识、新技术打下必要基础。 （二）过程与方法 通过本课程的学习，使学员掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。 （三）情感态度与价值观 通过本课程的学习，使学员在五个方面得到磨练与培养。 （1）实践意识：坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。 （2）质量意识：认认真真做好每一件事，在学习中的每一个环节都坚持质量至上的思想。 （3）协作意识：现代科学技术已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同学协同工作、协调配合。 （4）创新意识：勇于不断追求和探索新意境、新见解。 （5）坚毅意志：具有坚强的意志和顽强的精神，要敢于面对困难、善于克服困难。
第8章控制系统的状态空间分析与综合 第1~7章涉及的内容属于经典控制理论的范畴，系统的数学模型是线性定常微分方程和传递函数，主要的分析与综合方法是时域法、根轨迹法和频域法。经典控制理论通常用于单输入－单输出线性定常系统，其缺点是只能反映输入－输出间的外部特性，难以揭示系统内部的结构和运行状态，不能有效处理多输入－多输出系统、非线性系统、时变系统等复杂系统的控制问题。 随着科学技术的发展，对控制系统速度、精度、适应能力的要求越来越高，经典控制理论已不能满足要求。1960年前后，在航天技术和计算机技术的推动下，现代控制理论开始发展，一个重要的标志就是美国学者卡尔曼引入了状态空间的概念。它是以系统内部状态为基础进行分析与综合的控制理论，两个重要的内容如下。 （1）最优控制：在给定的限制条件和评价函数下，寻求使系统性能指标最优的控制规律。 （2）最优估计与滤波：在有随机干扰的情况下，根据测量数据对系统的状态进行最优估计。 本章讨论控制系统的状态空间分析与综合，它是现代控制理论的基础。 8.1 控制系统的状态空间描述 8.1.1 系统数学描述的两种基本方法 统的内部结构和内部变量，如传递函数；另一种是状态空间描述（内部描述），它是基于系统内部结构的一种数学模型，由两个方程组成。一个反映系统内部变量x和输入变量u间的关系，具有一阶微分方程组或一阶差分方程组的形式；另一个是表征系统输出向量y与内部变量及输入变量间的关系，具有代数方程的形式。外部描述虽能反映系统的外部特性，却不能反映系统内部的结构与运行过程，内部结构不同的两个系统也可能具有相同的外部特性，因此外部描述通常是不完整的；内部描述则能全面完整地反映出系统的动力学特征。
自动控制原理试题与答 案解析 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 极点 ，终止于 零点或无穷远 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。
二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的，反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ）给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ）扰动；给定量 （ ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作的先决条件。 （A ）稳定性 （B ）动态特性 （C ）稳态特性 （D ）精确度 （ ） 3．系统的微分方程为 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 4．系统的微分方程为)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 5．系统的微分方程为()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6 )(3)(,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 8．系统的微分方程为 )()(2t r t c =,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 9. 设某系统的传递函数为：,1 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： （A ）t t e e 2,-- （B ）t t te e --, 《自动控制原理》题库 一、解释下面基本概念 1、控制系统的基本控制方式有哪些？ 2、什么是开环控制系统？ 答：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 3、什么是自动控制？ 答：自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 4、控制系统的基本任务是什么？ 5、什么是反馈控制原理？ 6、什么是线性定常控制系统？ 7、什么是线性时变控制系统？ 8、什么是离散控制系统？ 9、什么是闭环控制系统？ 10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？ 11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？ 12、典型控制环节有哪几个？ 13、典型控制信号有哪几种？ 14、控制系统的动态性能指标通常是指？ 15、对控制系统的基本要求是哪几项？ 16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成? 17、什么是控制系统时间响应的动态过程？ 18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？ 19、控制系统的动态性能指标有哪几个？ 20、控制系统的稳态性能指标是什么？ 21、什么是控制系统的数学模型？ 22、控制系统的数学模型有： 23、什么是控制系统的传递函数？ 24、建立数学模型的方法有? 25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有? 26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么? 27、控制系统的分析法有哪些？ 28、系统信号流图是由哪二个元素构成？ 29、系统结构图是由哪四个元素组成？ 30、系统结构图基本连接方式有几种？ 31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？ 32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？ 33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？ 34、二阶系统的阻尼比10<<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？ 35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？ 36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？ 37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？ 38、二阶系统开环增益K 增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？ 39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。 40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡 信号（有稳态误差） 41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点 42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？ 43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？ 44、恒值控制系统 45、谐振频率 46、随动控制系统 47、稳态速度误差系数K V 48、谐振峰值 49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。 50、什么是控制系统的根轨迹？ 51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？ 52、根轨迹图是开环系统的极点在s 平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s 平面上运动轨迹？ 53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？ 54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？ 55、试述采样定理。 第2章 “控制系统的状态空间描述”习题解答 系统的结构如图所示。以图中所标记的1x 、2x 、3x 作为状态变量，推导其状态空间表达式。其中，u 、y 分别为系统的输入、输出，1α、2α、3α均为标量。 3 x 2 x 图系统结构图 解 图给出了由积分器、放大器及加法器所描述的系统结构图，且图中每个积分器的输出即为状态变量，这种图形称为系统状态变量图。状态变量图即描述了系统状态变量之间的关系，又说明了状态变量的物理意义。由状态变量图可直接求得系统的状态空间表达式。 着眼于求和点①、②、③，则有 ①：2111x x x +=α& ②： 3222x x x +=α&③：u x x +=333α& 输出y 为1y x du =+，得 1112223331000100 1x a x x a x u x a x ?? ?????? ????????=+???????????????????????? &&& []123100x y x du x ?? ??=+?? ???? 已知系统的微分方程 (1) u y y y y 354=+++&&&&&& ；(2) u u y y -=+&&&&&&32； (3) u u y y y y 75532+=+++&&&&&&&&& 。试列写出它们的状态空间表达式。 (1) 解 选择状态变量1y x =，2y x =&，3y x =&&，则有： 1223 31231 543x x x x x x x x u y x =??=?? =---+??=?&&& 状态空间表达式为：[]112233123010000105413100x x x x u x x x y x x ????????????????=+????????????????---???????? ????=?????? &&& (2) 解 采用拉氏变换法求取状态空间表达式。对微分方程(2)在零初试条件 下取拉氏变换得： 3222332()3()()() 11()12 23()232 s Y s sY s s U s U s s Y s s U s s s s s +=---==++ 由公式、可直接求得系统状态空间表达式为 1122330100001031002x x x x u x x ?? ????????????????=+? ?????????????????????-?? ?? &&& 123110 2 2x y x x ?????? =- ?????????? (3) 解 采用拉氏变换法求取状态空间表达式。对微分方程(3)在零初试条件 下取拉氏变换得： 323()2()3()5()5()7()s Y s s Y s sY s Y s s U s U s +++=+ 《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 68.二阶系统中，闭环零点的出现，加快了系统响应速度，克服了阻尼过大，响应速度慢的缺点。实现快速性和平稳性均提高。 69.二阶系统中，引入比例微分控制，不影响系统误差，自然频率不变。 70.在二阶系统中引入微分反馈，速度反馈使增大，振荡和超调减小，改善了系统平稳性。 71.在二阶系统中引入微分反馈，速度负反馈控制的闭环传递函数无零点，其输出平稳性优于比例——微分控制。但是，系统快速性会降低。 72.在二阶系统中引入微分反馈，系统跟踪斜坡输入时稳态误差会加大，因此应适当提高系统的开环增益. 73.高阶系统瞬态响应各分量的衰减快慢由指数衰减系数pj和ζkωnk决定。如果某极点远离虚轴，那么其相应的瞬态分量持续时间较短。对系统暂态性能的影响就小。 74.当某极点pj靠某零点zi很近，相应瞬态分量的系数就越小，极端情况下,当pj和zi重合时，该零极点为偶极子，对系统的瞬态响应没有影响。 75.在系统中，某极点距虚轴的距离小于其他所有极点距虚轴的距离的1/5，在其附近没有零点存在,则该极点为主导极点。系统的瞬态响应取决于主导极点。若主导极点为一个负实数，高阶系统近似为一阶系统；若主导极点为一对共轭复数，高阶系统近似为二阶系统。 76.必要条件:控制系统特征方程式的所有系数ai(i=0,1,2,…,n)均大于零，小于零或者等于零（缺项）系 统必不稳定。 77.充分条件:劳斯表中第一列的元素均大于零时，系统稳定；反之，如果第一列出现小于零的元素时，系 统就不稳定。第一列元素符号的改变次数，代表特征方程的正实部根的个数。第一列出现0元素，系统临 界稳定。 78.系统的相频特性是指输入、输出正弦相位差与频率的关系，幅频特性是指输入、输出正弦幅值比与频率的关系。 79.系统的稳态输出正弦的复数形式与输入正弦函数的复数形式之比是－个复数，复数的幅值就是幅频特性，复数的幅角就是相频特性。 80.由奈氏判据可知，当ω从－∞变化到＋∞时,系统的开环频率特性G(jω)H(jω)按逆时针方向包围(－1, j0)点P周,P为位于s平面右半部的开环极点数目。 81.由奈氏判据可知，闭环系统稳定的充分和必要条件是：系统的开环频率特性G(jω)H(jω)不包围(－1,j0)点。 82.闭环系统稳定的充分必要条件是,当ω由0变到∞时,在开环对数幅频特性L(ω)≥0的频段内,相频特性φ(ω)穿越－180°线的次数(正穿越与负穿越次数之差)为P/2。P为s平面右半部开环极点数目。 83.系统校正的实质是，利用校正装置所引入的附加的零、极点，来改变整个系统零、极点的配置，改变根轨迹或频率特性的形状从而影响系统的稳、暂态性能。 84.开环对数幅频特性的低频段决定系统的稳态精度，中频段决定系统的暂态性能，高频段则决定系统的频宽和抗扰能力等。 85.比例元件在信号变换中起着改变增益而不影响相位的作用。 86.在串联校正中，比例校正元件只影响系统的开环增益，从而影响系统的稳态误差。显然，增大开环增益，系统将提高稳态精度，同时，剪切频率增大，系统的快速性提高。但是它又往往使系统的相角裕量减小， 所以系统的平稳性变差。 87.微分元件在信号变换中起着对信号取导数即起到加速的作用，同时使相位发生超前。但由于它对恒定信号起着阻断作用，故在串联校正中不能单独使用， 88.比例微分校正可全面改善系统稳态及暂态性能，但是对系统抗高频干扰的能力影响较大，只能用于原系统抗高频干扰的能力非常强的系统。 89.积分元件在信号变换中起着对信号进行积分即积累的作用，同时使相位发生滞后，积分控制可以提高系统的无差度，即提高系统的稳态性能。但积分控制相当于系统增加一个开环原点极点，这将不利于系统的 稳定性。 第一章控制系统的状态空间模型 1.1 引言 工程系统正朝着更加复杂的方向发展，这主要是由于复杂的任务和高精度的要求所引起的。一个复杂系统可能有多个输入和多个输出，并且以某种方式相互关联或耦合,可能是时变的。由于需要满足控制系统性能提出的日益严格的要求，系统的复杂程度越来越大，为了分析这样的系统，必须简化其数学表达式，转而借助于计算机来进行各种大量而乏味的分析与计算,并且要求能够方便地用大型计算机对系统进行处理。从这个观点来看，状态空间法对于系统分析是最适宜的。大约从1960年升始发展起来。这种新方法是建立在状态概念之上的。状态本身并不是一个新概念，在很长一段时间内，它已经存在于古典动力学和其他一些领域中。 经典控制理论是建立在系统的输入-输出关系或传递函数的基础之上的，而现代控制理论以n个一阶微方程来描述系统，这些微分方程又组合成一个一阶向量-矩阵微分方程。应用向量-矩阵表示方法，可极大地简化系统的数学表达式。状态变量、输入或输出数目的增多并不增加方程的复杂性。事实上，分析复杂的多输入-多输出系统，仅比分析用一阶纯量微分方程描述的系统在方法上稍复杂一些。 本课程将主要涉及控制系统的基于状态空间的描述、分析与设计。本章将首先给出状态空间方法的描述部分。将以单输入单输出系统为例，给出包括适用于多输入多输出或多变量系统在内的状态空间表达式的一般形式、线性多变量系统状态空间表达式的标准形式(相变量、对角线、Jordan、能控与能观测)、传递函数矩阵，以及利用MA TLAB进行各种模型之间的相互转换。第二章将讨论状态反馈控制系统的分析方法。第三章将给出系统的稳定性分析。第四章将给出几种主要的设计方法。 本章1.1节为控制系统状态空间分析的引言。1.2节介绍状态空间描述1.3节讨论动态系统的状态空间表达式。1.4状态空间表达式的标准形式。1.5 介绍系统矩阵的特征值基本性质.1.6讨论用MATLAB进行系统模型的转换问题。 1.2控制系统的状态空间描述 状态空间描述是60年代初，将力学中的相空间法引入到控制系统的研究中而形成的描述系统的方法，它是时域中最详细的描述方法。 特点：1.给出了系统的内部结构信息. 2.形式上简洁,便于用数字计算机计算. 1.2.1 状态的基本概念 在介绍现代控制理论之前，我们需要定义状态、状态变量、状态向量和状态空间。 一：关于液位控制的，有浮子，阀门，电动机，减速器，让画出结构图，再分析是什么类型的系统。。。。貌似经常见得题目。 知识点：系统建模，自动控制系统的概念及其基本要求，负反馈原理，系统分类 1. 对自控系统的要求 对自控系统的要求用语言叙述就是两句话： 要求输出等于给定输入所要求的期望输出值； 要求输出尽量不受扰动的影响。 恒量一个系统是否完成上述任务，把要求转化成三大性能指标来评价： 稳定——系统的工作基础； 快速、平稳——动态过程时间要短，振荡要轻。 准确——稳定精度要高，误差要小。 2、自动控制系统的概念及其基本要求 自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。 自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。 自动控制系统?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?????????????校正元件执行元件放大元件比较元件测量元件给定元件控制装置（控制器）被控对象 3、负反馈原理 把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。 实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。 实现自动控制的主要原则有三： 主反馈原则——按被控量偏差实行控制。 补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。 复合控制原则——闭环为主开环为辅的组合控制。 4、重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、 判别方法要准确理解。 线性系统??→?描述 ???? ? ???????????→????????? ????→???????????????状态空间法时域法状态方程变系数微分方程时变状态方程频率法根轨迹法时域法状态方程频率特性传递函数常系数微分方程定常分析法分析法 非线性系统? ?? ? ? ?????????→???→???→??????→?状态空间法相平面法 描述函数法本质线性化法 非本质状态方程非线性微分方程分析法 分析法分类描述 仿真题：图为液位控制系统的示意图，试说明其工作原理并绘制系统的方框图。 说明 液位控制系统是一典型的过程 控制系统。控制的任务是：在各种扰动的 作用下尽可能保持液面高度在期望的位置 上。故它属于恒值调节系统。现以水位控 制系统为例分析如下。 解 分析图可以看到：被控量为水位 高度h （而不是水流量Q 2或进水流量Q 1）； 受控对象为水箱；使水位发生变化的主要 图1-3 液位控制系统示意图 自动控制原理选择填空 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G1(s)+G2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 2 ， 阻尼比=ξ 20.7072 = ， 该系统的特征方程为 2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 1050.20.5s s s s +++ 。 6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系 统的开环传递函数为 (1) (1)K s s Ts τ++ 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t dt T =+? ， 其相应的传递函数为 1[1]p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳态性能 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( D ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( A )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( C ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( A ) A 、 型别2 第八章 控制系统的状态空间分析 一、状态空间的基本概念 1. 状态 反应系统运行状况，并可用一个确定系统未来行为的信息集合。 2. 状态变量 确定系统状态的一组独立（数目最少的）变量，如果给定了0t t =时刻 这组变量的值())()() (00201t x t x t x n 和0t t ≥时输入的时间函数)(t u ， 则系统在0t t ≥任何时刻())()()(21t x t x t x n 的行为就可完全确定。 3. 状态向量 以状态变量为元素构成的向量，即[])()()()(21t x t x t x t x n =。 4. 状态空间 以状态变量())()() (21t x t x t x n 为坐标的n 维空间。 系统在某时刻的状态，可用状态空间上的点来表示。 5. 状态方程 描述状态变量，输入变量之间关系的一阶微分方程组。 6. 输出方程 描述输出变量与状态变量、输入变量间函数关系的代数方程。 二、状态空间描述（状态空间表达式） 1. 状态方程与输出方程合起来称为状态空间描述或状态空间表达式，线性定常系统状 态空间描述一般用矩阵形式表示，对于线性定常连续系统有 ? ? ?+=+=)()()()()()(t Du t Cx t y t Bu t Ax t x （8-1） 对于线性定常离散系统有 ?? ?+=+=+) ()()() ()()1(k Du k Cx k y k Hu k Gx k x （8-2） 2. 状态空间描述的建立：系统的状态空间描述可以由系统的微分方程，结构图（方框 图），状态变量图、传递函数或脉冲传递函数（Z 传递函数）等其它形式的数学模型导出。 3. 状态空间描述的线性变换及规范化（标准型） 系统状态变量的选择不是唯一的，状态变量选择不同，状态空间描述也不一样。利用线性变换可将系统的矩阵A （见式8-1）规范化为四种标准型：能控标准型、能观标准型、对角标准型、约当标准型。 自动控制原理1 一、单项选择题（每小题1分，共20分） 1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ） A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。 A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率 3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（ ） A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电 动机可看作一个（ ） } A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6. 若系统的开环传 递函数为2) (5 10+s s ，则它的开环增益为（ ） .2 C 7. 二阶系统的传递函数52 5)(2++= s s s G ，则该系统是（ ） A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统 8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（ ） A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间 C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量 9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T 1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ ） ° ° ° ° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ） > A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小 11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 12.某单位反馈系统的开环传递函数为：()) 5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。 .20 C 13.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数 有（ ） .1 C自动控制原理选择题
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