教材：于希宁主编
第一章自动控制的一般概念第章自动控制的
自动控制的基本原理与方式
基本
1-1 1 自动控制的基本原理与方式自动控制系统的一般概念
1-2 2 自动控制系统的一般概念
2自动控制系统的般概念13 3 自动控制系统的分类
自动控制系统的分类
-3
自动控制系统的基本要求
1-4 4 自动控制系统的基本要求
.
1.
自动控制技术及其应用
1. 自动控制技术及其应用
自动控制理论的发展
2. 自动控制理论的发展
2.
2.
反馈控制原理
3. 反馈控制原理
3.
3.
4. 反馈控制系统的基本组成
反馈控制系统的基本组成4.
自动控制系统基本控制方式5. 自动控制系统基本控制方式5.
.
?自动控制
在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。
?自动控制技术应用
?开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度
?后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船
?目前渗透到更多领域：系统工程、交通管理?生物学系统：生物控制论、人造器官
?经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论
现代化的工厂
飞机的自动驾驶
卫星的发射与回收
?胚胎萌芽期（
1945年以前）
年以前）
胚胎萌芽期（1945
?十八世纪以后
蒸汽机的使用提出了调速稳定问题
年英国人瓦特发明了调速器1784年英国人瓦特发明了调速器
1784
1877年产生了古氏判据和劳斯稳定判据年产生了古氏判据和劳斯稳定判据1877
?十九世纪前半叶
动力使用了发电机、电动机
促进电压、电流的自动调节技术的发展
年以前）
?胚胎萌芽期（
1945年以前）
胚胎萌芽期（1945
?十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业的发展产生了伺服控制和过程控制
?二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展快速飞机、雷达、火炮上的伺服机构
总结了自动调节技术及反馈放大器技术，
搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科
?经典控制理论时期（
1960））
1940--1960
经典控制理论时期（1940
年奈奎斯特对控制系统稳定性研究--1932
1932年奈奎斯特对控制系统稳定性研究
氏判据
1940年伯德在频域法中引入对数坐标
年伯德在频域法中引入对数坐标1940
年伊万斯提出根轨迹
1948年伊万斯提出根轨迹
1948
《
年维纳出版划时代巨著《
1949年维纳出版划时代巨著
1949
?主要内容
对单输入单输出系统进行分析，
根轨迹法、相平面法、描述函数法；讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等
?现代控制理论时期（
年代末-
现代控制理论时期（5050年代末
空间技术的发展提出了许多复杂控制问
题,用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上天。?庞特亚金的极大值原理
?贝尔曼的动态规划理论
?Kalman 最优滤波理论
主要研究对象: 多输入、多输出、时变参?:
数、高精度复杂系统的分析和设计问题。
?大系统和智能控制时期（7070年代）
各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。例人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等。
?自适应控制
?模糊控制
?人工神经元网络
?混沌理论
?自动控制系统
为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。
?反馈
把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为
若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，称为负反馈；反之，称为
?反馈控制系统
能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为反馈控制系统
由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制
环控制。
手臂人眼大脑
输入
信号
人眼
用自动装
置代替人
工操作
操作
+
给定值r控制器执行机构
-
测量信号
测量变送器
?被控量
表征设备或生产过程运行情况或状态并需要加以控制的物理量。
+
给定值r控制器执行机构
-
测量信号
测量变送器
?给定值
按生产和管理要求，被控量必须维持的期望值，又叫参考输入或设定值。
+
给定值r控制器执行机构
-
测量信号
测量变送器?扰动
引起被控量变化的各种原因。
+
给定值r控制器执行机构
-
测量信号
测量变送器
?控制量
由控制装置改变的用以控制被控量变化的物理量。
自动控制原理第六章课后习题答案（免费） 线性定常系统的综合 6－1 已知系统状态方程为： ()100102301010100x x u y x ? -???? ? ?=--+ ? ? ? ?????= 试设计一状态反馈阵使闭环系统极点配置为－1，－2，－3. 解: 由()100102301010100x x u y x ? -???? ? ?=--+ ? ? ? ?????=可得: (1) 加入状态反馈阵()0 12K k k k =,闭环系统特征多项式为: 32002012()det[()](2)(1)(2322)f I A bK k k k k k k λλλλλ=--=++++-+--+- (2) 根据给定的极点值,得期望特征多项式: *32()(1)(2)(3)6116f λλλλλλλ=+++=+++ (3) 比较()f λ与*()f λ各对应项系数,可得:0124,0,8;k k k === 即:()408K =
6－2 有系统： ()2100111,0x x u y x ? -????=+ ? ?-????= （1） 画出模拟结构图。 （2） 若动态性能不能满足要求，可否任意配置极点？ （3） 若指定极点为－3，－3，求状态反馈阵。 解(1) 模拟结构图如下: (2) 判断系统的能控性； 0111c U ?? =?? -?? 满秩，系统完全能控，可以任意配置极点。 (3)加入状态反馈阵01(,)K k k =,闭环系统特征多项式为: ()2101()det[()](3)22f I A bK k k k λλλλ=--=+++++ 根据给定的极点值,得期望特征多项式: *2()(3)(3)69f λλλλλ=++=++ 比较()f λ与*()f λ各对应项系数,可解得:011,3k k == 即:[1,3]K =
自动控制原理课后答案 1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。 解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成； 受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程 扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值 参考输入即为给定值。 反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。 2 请说明自动控制系统的基本组成部分。 解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成： ①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；
②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应 的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达 等。 ③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）； ④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给 出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。常用 的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。 ⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果 这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。 常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传 感器等； ⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元 件去控制被控对象。如电压偏差信号，可用电子管、 晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和 功率放大级加以放大。 ⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件， 用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统 的性能。常用的校正元件有电阻、电容组成的无源 或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一
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（ c ） 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（ d ）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（ d ） 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 ） 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（ d ） 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（c ） A.1 B.2 C.5 D.10 7. 二阶系统的传递函数5 2 5 ) (2 ++= s s s G ，则该系统是（b ） 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（b ） 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（ a ） A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ d ） 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。 A.10 B.20 C.30 D.40 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（ ） A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()s s s s G ++= 65 2，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ） A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.05 15.若已知某串联校正装置的传递函数为1 101 ) (++= s s s G c ，则它是一种（ ） A.反馈校正 B.相位超前校正
1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。 解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程 扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值 参考输入即为给定值。 反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。 2 请说明自动控制系统的基本组成部分。 解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成： ①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象； ②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常 用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。 ③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）； ④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值 进行比较，求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大 器、机械差动装置和电桥等。 ⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量
是非电量，一般需要将其转换成为电量。常用的测量元部件有 测速发电机、热电偶、各种传感器等； ⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被 控对象。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、 晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。 ⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反 馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。常用的校正元 件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或 与原系统构成一个内反馈系统。 3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？ 解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统； 开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差； 闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。 4 请说明自动控制系统的基本性能要求。 解：（1）稳定性：对恒值系统而言，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。而对随动系统而言，被控制量始终跟踪参考量的变化。稳定性通常由系统的结构决定的，与外界因素无关，系统的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。
自控原理第六版答案 【篇一：自动控制原理第六章习题参考答案】 n6 g(s)??222 s(s?4s?6)s(s?2??ns? ?n) 2?n?6 ?n???n=4?? 42?n ? ?0.816 k?1 所以，?c?1 20lgk?0 ?(?c)??90??arctg? ?2??c/?n??2*0.816*1/2.45? ??90??arctg?? 22?2 ?1?1/2.45??1??c/?n? ?2*0.816*1/2.45??0.666? ??90??arctg???90??arctg?????90??arctg0.79952 ?1?1/2.45??0.833???90??38.64???128.64? ??180???(?c)?180??128.64??51.36? 50 403020100-10-20 -30-40 (2) ?1?1, ?2=1/0.2=5 ?(?c)??90??arctg? ?2??c/?n???c???c? ?arctg?arctg???? 22?1??/??cn??1???2?? ?1??1? ??128.64??arctg???arctg????128.64??45??11.31???94.95? ?1??5? ??180???(?c)?180??94.95??85.05? 50403020100-10-20 -30-40 6-5 (1) g(s)? 10 s(0.5s?1)(0.1s?1)
??1, 20lgk=20lg10=20db ?1?1/0.5?2, ?2?1/0.1?10 ?1?2 时，l(?1)?20?20(lg2?lg1)?20lg10?20lg2?20lg5?14db ?2?10 时，l(?2)?14?40(lg10?lg2)??13.96db 所以，?1??c??2 l(?1)?40(lg?c?lg2)?40(lg?c/2)?14db ?c?4.48 ?(?c)??90??arctg0.5?c?arctg0.1?c??90??arctg2.24?arctg0.4 48 ??90??65.94??24.13???180.07? ??180???(?c)?180??180.07???0.07? 50403020100-10-20-30-40 (2) g(s)gc(s)? 10(0.33s?1) s(0.5s?1)(0.1s?1)(0.033s?1) ??1, 20lgk=20lg10=20db ?1?1/0.5?2, ?2?1/0.33?3, ?3?1/0.1?10, ?4?1/0.033?30 ?2?3 时，l(?1)?l(?2)?40(lg?2?lg?1)14?l(?2)?40(lg4.35?lg2) l(?2)?7db l(?3?10)?l(?2?3)??20(lg?3?lg?2)??3.37db 所以?2??c2??3 l(?2)?20(lg?c2?lg?2)?20(lg?c2/3)?7db ?c2?6.72 ?(?c)??90??arctg0.5?c2?arctg0.1?c2?arctg0.33?c2?arctg0.03 3?c2 ??90??arctg3.36?arctg0.672?arctg2.22?arctg0.222 ??90??73. 43??33.90??65.75??12.52???144.1? ?2?180???(?c2)?180??144.1??35.9? 50403020100-10-20 -30-40 校正环节为相位超前校正，校正后系统的相角裕量增加，系统又不稳定变为稳定，且有一定 的稳定裕度，降低系统响应的超调量；剪切频率增加，系统快速性提高；但是高频段增益提高，系统抑制噪声能力下降。 【篇二：自动控制原理第1章习题参考答案】