风险分析的概念和基本内容
风险分析包括三个部分：风险评估、风险管理与风险情况交流。
1．定义
根据CAC工作程序手册（1997年，第10版），与食品安全有关的风险分析术语的定义如下，需要说明的是，风险分析是一个正在发展中的理论体系，因此有关术语及其定义也在不断地修改和完善。
危害（hazard）：食品中可能导致一种健康不良效果的生物、化学、或者物理因素或状态。
风险（risk）：一种健康不良效果的可能性以及这种效果严重程度的函数，这种效果是由食品中的一种危害所引起的。
风险分析（risk analysis）:包含三个部分的一个过程，即：风险评估、风险管理和风险情况交流。
风险评估（risk assessme n）：—个建立在科学基础上的包含下列步骤的过程：（i）危
害识别，（ii）危害描述，（iii）暴露评估，以及（iv）风险描述。
危害识别（hazard identification ）：识别可能产生健康不良效果并且可能存在于某种或某类特别食品中的生物、化学和物理因素。
危害描述（hazard characterization）:对与食品中可能存在的生物、化学和物理因素有关的健康不良效果的性质的定性和/或定量评价。对化学因素应进行剂量-反应评估。对生物
或物理因素，如数据可得到时，应进行剂量-反应评估。
剂量-反应评估（dose-response assessmen t:确定某种化学、生物或物理因素的暴露水平（剂量）与相应的健康不良效果的严重程度和/或发生频度（反应）之间的关系。
暴露评估（exposure assessmen）:对于通过食品的可能摄入和其他有关途径暴露的生物、化学和物理因素的定性和/或定量评价。
风险描述（risk characterization）:根据危害识别、危害描述和暴露评估，对某一给定人群的已知或潜在健康不良效果的发生可能性和严重程度进行定性和/或定量的估计，其中
包括伴随的不确定性。
风险管理（risk management）:根据风险评估的结果，对备选政策进行权衡，并且在需要时选择和实施适当的控制选择、包括规章管理措施的过程。
风险情况交流（risk communication ）：在风险评估人员、风险管理人员、消费者和其他有关的团体之间就与风险有关的信息和意见进行相互交流。
2．基本内容
（1）风险评估
风险评估的过程可以分为四个明显不同的阶段：危害识别，危害描述，暴露评估，以及风险描述。危害识别采用的是定性方法，其余三步可以采用定性方法，但最好采用定量方法。相对于微生物危害而言，这一方法更适用于化学危害，这主要是因为考虑许多混淆因素比较困难。因此，对微生物危害来说，这一方法仍停留在概念应用阶段。
风险评估是一种系统地组织科学技术信息及其不确定度的方法，用以回答有关健康风险的特定问题。它要求对相关信息进行评价，并且选择模型根据信息作出推论。风险评估过程中的不确定度来自资料和选择模型两个方面，前者源于可获得资料的有限性以及流行病学和毒理学研究实际资料的评价和解释；后者是当试图采用某一特定条件下发生的具体事件的资料来估计或预测另外一种条件下类似事件的发生时产生的。风险评估的毒理学试验应采用标准化规程，并且具备有关权威组织认可的最少数据量。有时，为了克服知识和资料的不足，在风险评估中可以使用合理的假设。
简单来说，对于化学因素（包括食品添加剂、农药和兽药残留、污染物和天然毒素）而言，危害识别主要是指要确定某种物质的毒性（即产生的不良效果），在可能时对这种物质导致不良效果的固有性质进行鉴定。由于资料往往不足，因此最好采用所谓的“证据力” （weight-of-evidence ）方法。这种方法要求对从适当的数据库、同行评审的文献以及可获得的其它来源（如企业界）未发表的研究中得到的科学信息进行充分的评议。通常按照下列顺序对不同的研究给予不同的重视：流行病学研究、动物毒理学研究、体外试验和定量的结构-活性关系。阳性的流行病资料以及临床资料对于危害的识别十分有用，但是由于流行病学研究的费用较高，对于大多数危害的研究而言提供的数据有限，因此实际工作中，危害识别一般采用动物和体外试验的资料作为依据。动物试验包括急性和慢性毒性试验，它们必须遵循广泛接受的标准化试验程序，同时必须实施良好实验室规范（GLP ）和标准化的质量保证/质量控制（QA/QC ）程序。最少数据量应当包含规定的品系数量、两种性别、适当的剂量选择、暴露途径和足够的样本量。动物试验的主要目的在于确定无可见作用剂量水平（NOEL ）、无可见不良作用剂量水平（NOAEL ）或者临界剂量。通过体外试验可以增加对危害作用机制的了解。通过定量的结构-活性关系研究，对于同一类化学物质（如多环芳烃、多氯联苯、二恶英），可以根据一种或多种化合物已知的毒理学资料，采用毒物当量的方法来预测其它化合物的危害。
简单来说，危害描述一般是由毒理学试验获得的数据外推到人，计算人体的每日容许摄入量（ADI 值）（严格来说，对于食品添加剂、农药和兽药残留，为制定ADI 值；对于污染物，为制定暂定每周耐受摄入量（PTWI 值，针对蓄积性污染物如铅、镉、汞）或暂定每日耐受摄入量（PTDI 值，针对非蓄积性污染物如砷）；对于营养素，为制定每日推荐摄入量（RDI 值）。目前，国际上由JECFA 制定食品添加剂和兽药残留的ADI 值以及污染物的
PTWI/PTDI 值，由JMPR 制定农药残留的ADI 值）。由于食品中所研究的化学物质的实际含量很低，而一般毒理学试验的剂量又必须很高，因此在进行危害描述时，就需要根据动物试验的结论对人类的影响进行估计。为了与人体的摄入水平相比，需要把动物试验的数据外推到低得多的剂量，这种剂量-反应关系的外推存在质和量两方面的不确定性；此外，剂量的种属间度量系数也是目前争论
很大的问题。致癌物可分为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物，前者能够直接或者间接引起靶细胞的遗传改变，其主要作用靶是遗传物质，后者作用于非遗传位点，可能导致细胞增殖和/或靶位点的持续性的功能亢进/衰竭。某些非遗传毒性致癌物（称为啮齿类动物特异性致癌物）在剂量大小不同时会产生不同的效果（致癌或不致癌），相反，遗传毒性致癌物没有这种作用。因此，从原则上讲，非遗传毒性致癌物可以采用阈值方法如NOEL- 安全系数法进行管理，最重要的就是要根据NOEL 或者NOAEL 值除以安全系数得出ADI 值。目前，安全系数一般选为100，用以估计试验动物与人体、以及人群不同个体之间的差异。遗传毒性致癌物应当采用非阈值法进行管理，一是禁止该种化学物质的商业性使用，二是制定一个极低的可忽略不计的、对健康影响甚微或者社会可接受的风险水平。后者需要对致癌物进行定量的风险评估。
暴露评估主要根据膳食调查和各种食品中化学物质暴露水平调查的数据进行的。通过计算，可以得到人体对于该种化学物质的暴露量。进行暴露评估需要有有关食品的消费量和这些食品中相关化学物质浓度两方面的资料，一般可以采用总膳食研究、个别食品的选择性研究和双份饭研究进行。因此，进行膳食调查和国家食品污染监测计划是准确进行暴露评估的基础。
风险描述是就暴露对人群产生健康不良效果的可能性进行估计，对于有阈值的化学物质，就是比较暴露和ADI 值（或者其它测量值），暴露小于ADI 值时，健康不良效果的可能性理论上为零；对于无阈值物质，人群的风险是暴露和效力的综合结果。同时，风险描述需要说明风险评估过程中每一步所涉及的不确定性。将动物试验的结果外推到人可能产生两种类型的不确定性：（i）动物试验结果外推到人时的不确定性。例如，喂养丁基羟基茴香醚（BHA ）的大鼠发生前胃肿瘤和甜味素引发小鼠神经毒性作用可能并不适用于人。（ii）
人体对某种化学物质的特异易感性未必能在试验动物上发现。例如人对谷氨酸盐的过敏反应。在实际工作中，这些不确定性可以通过专家判断和进行额外的试验（特别是人体试验）加以克服。这些试验可以在产品上市前或上市后进行。
与公众健康有关的生物性危害包括致病性细菌、病毒、蠕虫、原生动物、藻类和它们产生的某些毒素。目前全球食品安全最显著的危害是致病性细菌。就生物因素而言，由于目前尚未有一套较为统一的科学的风险评估方法，因此一般认为，食品中的生物危害应该完全消除或者降低到一个可接受的水平，CAC 认为危害分析和关键控制点（HACCP ）体系是迄今为止控制食源性危害最经济有效的手段。HACCP 体系确定具体的危害，并制定控制这些危害的预防措施。在制定具体的HACCP 计划时，必须确定所有潜在的危害，而这些危害的消除或者降低到可接受的水平是生产安全食品的关键。然而，确定哪些潜在危害是必须控制的，这需要包括以风险为基础的危害评估。这种危害评估将找出一系列显著性危害，并应当在HACCP 计划中得到反映。
目前，对于生物性危害进行定量评估是非常困难的，以细菌性危害为例：（i）危害
识别的主要困难在于，调查爆发事件所需的经费和调查的困难，缺乏可靠或完整的流行病学数据，以及无法分离和鉴定新的病原体。（ii）在危害描述步骤中，进行剂量-反应关系研究
的主要困难包括：宿主对病原菌的易感性有高度差异；病原菌侵袭力的变化范围大；病原菌菌株间的毒力差别大；病原菌的致病力易受因频繁突变产生的遗传变异的影响；食品或人体消化系统的其它细菌的拮抗作用可能影响致病力；食品本身会改变细菌的感染力和/或影响
宿主。（iii）在暴露评估步骤中，与化学因素不同，食品中的细菌性病原体会发生动态变化，这主要受到下列因素的影响：细菌性病原体的生态学；食品的加工、包装和贮存；制备过程
如烹调可能使细菌灭活；消费者的文化因素。（iv）对于食源性细菌病原体来说，采用定性
方法进行风险描述可能是目前唯一的选择。定性的风险评估取决于：特定的食品品种、细菌性病原体的生态学知识、流行病学数据、以及专家对与食品生产、加工、贮存和制备等方式有关的危害的判断。
（2）风险管理
风险管理的首要目标是通过选择和实施适当的措施，尽可能有效地控制食品风险，从而保障公众健康。措施包括制定最高限量，制定食品标签标准，实施公众教育计划，通过使用其它物质、或者改善农业或生产规范以减少某些化学物质的使用等。风险管理可以分为四
个部分：风险评价、风险管理选择评估、执行管理决定、以及监控和审查。
风险评价的基本内容包括确认食品安全问题、描述风险概况、就风险评估和风险管理的优先性对危害进行排序、为进行风险评估制定风险评估政策、决定进行风险评估、以及风险评估结果的审议。风险管理选择评估的程序包括确定现有的管理选项、选择最佳的管理选项（包括考虑一个合适的安全标准）、以及最终的管理决定。监控和审查指的是对实施措施的有效性进行评估、以及在必要时对风险管理和/ 或评估进行审查。
为了作出风险管理决定，风险评价过程的结果应当与现有风险管理选项的评价相结合。保护人体健康应当是首先考虑的因素，同时，可适当考虑其它因素（如经济费用、效益、技术可行性、对风险的认知程度等），可以进行费用-效益分析。执行管理决定之后，应当对控制措施的有效性以及对暴露消费者人群的风险的影响进行监控，以确保食品安全目标的
实现。
重要的是，所有可能受到风险管理决定影响的有关团体都应当有机会参与风险管理的过程。他们可能包括（但不应仅限于）消费者组织、食品工业和贸易的代表、教育和研究机构、以及管理机构。他们可以以各种形式进行协商，包括参加公共会议、在公开文件中发表评论等。在风险管理政策制定过程的每个阶段，包括评价和审查中，都应当吸收有关团体参加。
食品安全风险管理的一般原则包括：
（i）风险管理应当采用一个具有结构化的方法，它包括风险评价、风险管理选择评估、执行管理决定、以及监控和审查。在某些情况下，并不是所有这些方面都必须包括在风险管理活动当中。
（ii）在风险管理决策中应当首先考虑保护人体健康。对风险的可接受水平应主要根据对人体健康的考虑决定，同时应避免风险水平上随意性的和不合理的差别。在某些风险管理情况下，尤其是决定将采取的措施时，应适当考虑其它因素（如经济费用、效益、技术可行性和社会习俗）。这些考虑不应是随意性的，而应当保持清楚和明确。
（iii）风险管理的决策和执行应当透明。风险管理应当包含风险管理过程（包括决策）所有方面的鉴定和系统文件，从而保证决策和执行的理由对所有有关团体是透明的。
（iv）风险评估政策的决定应当作为一个特殊的组成部分包括在风险管理中。风险评估政策是为价值判断和政策选择制定准则，这些准则将在风险评估的特定决定点上应用，因此最好在风险评估之前，与风险评估人员共同制定。从某种意义上讲，决定风险评估政策往往成为进行风险分析实际工作的第一步。
（v）风险管理应当通过保持风险管理和风险评估二者功能的分离，确保风险评估过程的科学完整性，减少风险评估和风险管理之间的利益冲突。但是应当认识到，风险分析是一个循环反复的过程，风险管理人员和风险评估人员之间的相互作用在实际应用中是至关重要的。
（vi）风险管理决策应当考虑风险评估结果的不确定性。如有可能，风险的估计应包括将不确定性量化，并且以易于理解的形式提交给风险管理人员，以便他们在决策时能充分考虑不确定性的范围。例如，如果风险的估计很不确定，风险管理决策将更加保守。
（诚）在风险管理过程的所有方面，都应当包括与消费者和其他有关团体进行清楚的相互交流。在所有有关团体之间进行持续的相互交流是风险管理过程的一个组成部分。风险情况交流不仅仅是信息的传播，而更重要的功能是将对有效进行风险管理至关重要的信息和意见并入决策的过程。
（w）风险管理应当是一个考虑在风险管理决策的评价和审查中所有新产生资料的连续过程。在应用风险管理决定之后，为确定其在实现食品安全目标方面的有效性，应对决定进行定期评价。为进行有效的审查，监控和其它活动可能是必须的。
目前，国际上公认的风险评估政策包括：（i）依赖动物模型确立潜在的人体效应；
（ii）采用体重进行种间比较；（iii）假设动物和人的吸收大致相同；（iv）采用100倍的
安全系数来调整种间和种内可能存在的易感性差异，在特定的情况下允许偏差的存在；（v）对发现属于遗传毒性致癌物的食品添加剂、兽药和农药，不制定ADI 值。对这些物质，不进行定量的风险评估。实际上，对具有遗传毒性的食品添加剂、兽药和农药残留还没有认可的可接受的风险水平；（vi）允许污染物达到“尽可能低的”水平；（诚）在等待提交要求的
资料期间，对食品添加剂和兽药残留可制定暂定的ADI值。但需要指出的是，JMPR并没有
将这一政策用于农药残留ADI 值的制定。
（3）风险情况交流
风险情况交流的目的在于：（i）通过所有的参与者，在风险分析过程中提高对所研
究的特定问题的认识和理解；（ii）在达成和执行风险管理决定时增加一致化和透明度；（i）为理解建议的或执行中的风险管理决定提供坚实的基础；（v）改善风险分析过程中的整体
效果和效率；（v）制定和实施作为风险管理选项的有效的信息和教育计划；（vi）培养公
众对于食品供应安全性的信任和信心；（诚）加强所有参与者的工作关系和相互尊重；（就）在风险情况交流过程中，促进所有有关团体的适当参与；（诙）就有关团体对于与食品及相
关问题的风险的知识、态度、估价、实践、理解进行信息交流。
风险情况的交流应当包括下列组织和人员：国际组织（包括CAG FAO和WHOWTO、
政府机构、企业、消费者和消费者组织、学术界和研究机构、以及大众传播媒介（媒体）。
进行有效的风险情况交流的要素包括：风险的性质（包括危害的特征和重要性，风险的大小和严重程度，情况的紧迫性，风险的变化趋势，危害暴露的可能性，暴露的分布，能够构成显著风险的暴露量，风险人群的性质和规模，最高风险人群）、利益的性质（包括与每种风险有关的实际或者预期利益，受益者和受益方式，风险和利益的平衡点，利益的大小和重要性，所有受影响人群的全部
利益）、风险评估的不确定性（包括评估风险的方法，每种不确定性的重要性，所得资料的缺点或不准确度，估计所依据的假设，估计对假设变化的敏感度，有关风险管理决定的估计变化的效果）、以及风险管理的选择（包括控制或管理风险的行动，可能减少个人风险的个人行动，选择一个特定风险管理选项的理由，特定选择的有效性，特定选择的利益，风险管理的费用和来源，执行风险管理选择后仍然存在的风险）。
风险情况交流的原则包括了解听众和观众、科学专家的参与、建立交流的专门技能、成为信息的可靠来源、分担责任、区分科学与价值判断、保证透明度、以及全面认识风险。
为了确保风险管理政策能够将食源性风险减少到最低限度，在风险分析的全部过程中，相互交流都起着十分重要的作用。许多步骤是在风险管理人员和风险评估人员之间进行的内部的反复交流。其中两个关键步骤，即危害识别和风险管理方案选择，需要在所有有关方面进行交流，以改善决策的透明度，提高对各种产生结果的可能的接受能力。
目前，进行有效的风险情况交流还存在以下三方面的障碍：（i）在风险分析过程中，
企业由于商业等方面的原因、政府机构由于某些原因，不愿意交流他们各自掌握的风险情况，造成信息获取方面的障碍；另外，消费者组织和发展中国家在风险分析过程中的参与程度不够。（ii）由于经费缺乏，目前CAG寸许多问题无法进行充分的讨论，工作的透明度和效率有所降低，另外，在制定有关标准时，考虑所谓非科学的“合理因素”造成了风险情况交流中的障碍；（iii）由于公众对风险的理解、感受性的不同以及对科学过程缺乏了解，加之信息来源的可信度不同和新闻报道的某些特点，以及社会特征（包括语言、文化、宗教等因素）的不同，造成进行风险情况交流时的障碍。因此，为了进行有效的风险情况交流，有必要建立一个系统化的方法，包括搜集背景和其它必要的信息、准备和汇编有关风险的通知、进行传播发布、对风险情况交流的效果进行审查和评价。另外，对于不同类型的食品风险问题，应当采取不同的风险情况交流方式。
需要指出的是，在进行一个风险分析的实际项目时，并非风险分析三个部分的所有具体步骤都必须包括在内，但是某些步骤的省略必须建立在合理的前提之上，而且整个风险分析的总体框架结构应当是完整的。
在目前的国际食品贸易中，SPS协定是保证食品安全的基础。基于SPS协定的所有措
施必须以科学性为基础，同时保持一致化和透明度。所谓科学性，就是要以风险分析的原理研究所关心的问题。由此可以看出，风险分析在WTOE作中的作用至关重要。它是制定食品安全标准和解决国际食品贸易争端的依据。另外，风险分析体系的建立，也为各国在食品安全领域建立合理的贸易壁垒提供了一个具体的操作模式。按照目前的发展趋势，风险分析很
可能成为将来制定食品安全政策，解决一切食品安全事件的总模式，同时还将指导设计进出口检验体系，食品放行或退货标准，监控和调查程序，提供制定有效管理策略的信息，以及根据食品危害类别全面分配食品安全管理资源等。
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
第一 章 过 程控制基本概念 教学要求：了解过程 控制的发展概况及特点； 负反馈概念； 控制系统的基本控制 要求及质量指标。 难 点：常用术语物理意 义（操纵变量与扰动量区别 ）； 根据控制系统要求绘 制方框图； 静态，过渡过程概念 。 自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用，自动控 制水平的高低也是衡 量一个国家科学技术先进与否的重要标志 之一。随着国民经济和国防 建设的发展，自动控 制技术的应用日益广泛，其重要作用也越 来越显著。 生产过程自动控制（ 简称过程控制） ------------ 自动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、 机械、轻工、纺织等 生产过程的具体应用，是自动化技术的重 要组成部分。 §1.1 过程控 制的发展概况及特点 一、过 程控制的发展概况 在过程控制发展的历 程中，生产过程的需求、控制理论的开拓 和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进，推动了过程控制不断的向前 发展。纵观过程控制的发展 历史，大致经历了以 下几个阶段： 20 世纪 40 年代： 手工操作状态，只有 少量的检测仪表用于生产过程，操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数，用人工来改变操作条件，凭经 验去控制生产 过程。 20世纪40年代末?50年代： 过程控制系统：多为 单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是 基地式 仪表和部分单元组合仪表（气动I 型和电动I 型）； 部分生产过程实现了 仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为 中心的经典控制理论 掌握管道及仪表流程 学会绘制简单系 统的 图绘制方法，认识常见图形符号、文字代 号 ； 掌握控制系统的基本 控制要求（稳定、快速、准确 ）； 掌握静态、动态及过 渡过程概念； 掌握品质指标的定义 ，学会计算品质指标。 掌握过程控制系统各 部分作用，系统的组成； 重 点：自动控制系统的 组成及各部分的功能；
《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。
《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。
过程控制基本概念 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。 §1.1 过程控制的发展概况及特点 一、过程控制的发展概况 在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段： 20世纪40年代： 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到 的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代： 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 部分生产过程实现了仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。 自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为主流产品 60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控 制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。 控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制 理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输入单输出系统发展到多 输入多输出系统领域，、型、型 20世纪70～80年代： 微电子技术的发展，大规模集成电路制造成功且集成度越来越高（80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管，于是32位微处理器问世），微型计算机的出 现及应用都促使控制系统发展。 过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。 集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器(PLC) 、工业PC机、 和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家系统控制、模式 识别技术 20世纪90年代至今：信息技术飞速发展 过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
《自动控制原理》基本概念总结 1.自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性 2.一个控制系统至少包括控制装置和控制对象 3.反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的控制系统 4.根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类，控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统。 根据信号的结构特点分类，控制系统可分为：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统。根据给定值信号的特点分类，控制系统可分为：恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 根据控制系统元件的特性分类，控制系统可分为：线性控制系统、非线性控制系统。 根据控制信号的形式分类，控制系统可分为：连续控制系统、离散控制系统。 5.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的特征方程 6.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定 7.对复杂系统的方框图，要求出系统的传递函数可以采用梅森公式 8.线性控制系统的特点是可以应用叠加原理，而非线性控制系统则不能 9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 10.信号流图中，节点可以把所有输入支路的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。 11.从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有负反馈形式。 12.组成控制系统的基本功能单位是环节。 13.系统方框图的简化应遵守信号等效的原则。 14.在时域分析中，人们常说的过渡过程时间是指调整时间 15.衡量一个控制系统准确性／精度的重要指标通常是指稳态误差 16.对于二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的必要条件 17.若单位反馈系统在阶跃函数作用下，其稳态误差ess为常数，则此系统为0型系统 18.一阶系统的阶跃响应无超调 19.一阶系统 G(s)= K/(Ts+1)的T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间越长。 20.控制系统的上升时间tr、调整时间tS等反映出系统的快速性。 21.二阶系统当0<ζ<1时，如果ζ增加，则输出响应的最大超调量将减小。 22.对于欠阻尼的二阶系统，当阻尼比ξ保持不变时，无阻尼自然振荡频率ωn越大，系统的超调量σp不变 23.在单位斜坡输入信号作用下，?II型系统的稳态误差 ess=0 24.衡量控制系统动态响应的时域性能指标包括动态和稳态性能指标。 25.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…，这是按开环传递函数中的积分环节数来分类的。 26.二阶系统的阻尼系数ξ=时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。 27.系统稳定性是指系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原来的平衡状态的性能。 28.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。 29.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量减小。 30.确定根轨迹与虚轴的交点，可用劳斯判据判断。 31.主导极点的特点是距离虚轴很近。 32.根轨迹上的点应满足的幅角条件为∠G(s)H(s)等于±(2l+1)π (l=0,1,2,…) 33.如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离虚轴越远越好。 34.根轨迹的分支数等于特征方程的阶数/开环极点数，起始于开环传递函数的开环极点，终止于开环传递函数的开环零点。 35. 根轨迹与虚轴相交时，在该交点处系统处于临界稳定状态，系统阻尼为0
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，
第十九章控制与控制过程 一、教学要点 1、控制的必要性。 2、控制的基本原理。 3、种种类型控制的概念。 4、预先控制、现场控制和成果控制的内涵，及其各自的优缺点。 5、有效控制有的基本特征。 6、控制过程的基本内容。 7、如何选择控制的重点？ 8、制定控制标准的方法。 9、纠偏措施应满足的要求。 10、关键名词：控制、程序控制、跟踪控制、自适应控制、最佳控制、预先控制、现场控制、成果控制、适时控制、适度控制、客观控制、弹性控制、统计性标准、工程标准、评估性标准、 二、习题 (一)填充题 1、控制是为了保证_________与_________适应的管理职能。 2、控制工作的主要内容包括_________、_________和_________。 3、预先控制的内容包括_________和_________两个方面。 4、成果控制的主要作用，是通过总结过去的经验和教训，为_________提供借鉴。 5、成果控制主要包括_________、_________、_________以及_________等内容。 6、企业应根据_________和_________来确定控制的范围和频度，建立有效 的控制系统。 7、适度控制是指控制的_________、_________和_________要恰到好处。 8、控制的过程都包括三个基本环节的工作：_________、_________和_________。 9、一般来说，企业可以使用的建立标准的方法有三种：_________、_________、_________ 。 10、工程标准也是一种用统计方法制定的控制标准，不过它不是对历史性统计资料的分析，而是通过对_________ 。 11、在采取任何纠正措施以前，必须首先对_________。 12、一般地说，弹性控制要求企业制定_________和_________。 (二)选择题 1、1、有效的控制要求_________ A. 选择关键的经营环节 B. 确定恰当的控制频度 C. 收集及时的信息 D. 合理运用预算或非预算的控制手段 2、根据确定控制标准Z值的方法，控制过程可以分为_________。 A.程序控制 B.跟踪控制 C.最佳控制 D.自适应控制 3、在企业生产经营活动中，属于跟踪控制性质的有_________。 A. 税金的交纳 B. 利润、工资、奖金的分配 C. 信息控制程序 D. 资金、材料的供应 4、_________都是应用了最佳控制原理进行决策和管理。 A. 用最小费用来控制生产批量
1．什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。 答：串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。 2．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合? 答串级控制系统的主要特点为： (1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统； (2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量} (3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响； (4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。 3．串级控制系统中主、剧变量应如何选择? 答主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的。 副变量的选择原则是：． (1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化； (2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰； (3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近； (4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生 4．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统? 答串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。 5．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。 6．如何选择串级控制系统中主、副控制器的正、反作用? 答副控制器的作用方向与副对象特性、控制阀的气开、气关型式有关，其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择方法相同，是按照使副回路成为—个负反馈系统的原则来确定的。 主控制器作用方向的选择可按下述方法进行：当主、副变量在增加(或减小时)，如果要求控制阀的动作方向是一致的，则主控制器应选“反”作用的；反之，则应选“正”作用的。 从上述方法可以看出，串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定，或者说，只取决于主对象的特性，而与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关。这种情况可以这样来理解：如果将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时，副回路这个环节的输入就是主控制器的输出(即副回路的给定)，而其输出就是副变量。由于副回路
第一章自动控制的基本概念 显示所有|| 隐藏所有例1－1 一晶体稳压电源如图1-1所示。试画出其方块图，并说明被控量、给定值、干扰量是什么，哪些元件起着测量、放大和执行作用。 例1－2 图1－3中给出了一个反坦克导弹控制系统工作原理示意图。试分析其工作原理并画出系统功能方块图。
解：该控制系统采取光学跟踪和有线制导。由于采用光学制导系统（红外线、激光），射手只需将与光学跟踪器（如红外线测角仪）同步的瞄准镜的十字线对准目标，光学制导系统能测出目标与导弹的偏差角，产生偏差控制信号，操纵导弹自动修正它与瞄准线间的偏差而飞向目标。 该系统导弹是被控对象，导弹运动的航迹是被控量，光学瞄准具是测量比较装置，目标运动是给定输入信号，其功能方块图如图所示。 例1－3 图1－5为发电机电压调节系统，该系统通过测量电枢回路电流i产生附加的激励电压Ub来调节输出电压Uc。试分析在电枢转速ω和激励电压Ug恒定不变而负载变化的情况下系统的工作原理并画出原理方框图。
例1－4 某住宅楼水池水位控制系统如图1-7所示。试简述系统各组成元件的作用及系统的工作原理，并画出系统的方块图。
解：该系统的控制任务是保持水池水位基本不变。水池是被控对象，水位H是被控量，而Hr 是水位的希望值。 浮子随水位上下浮动，可以反映水位的实际高度H，也可以表示水位给定（希望）高度与实际高度的偏差Hr-H，相当于测量元件和比较元件。 浮子带动铰链机构控制进水阀开度，调节进水量，从而控制水位高度，故铰链和控制阀相当于放大元件和执行元件。 系统的工作原理：设系统原来处于进、出水量相等，水位高度等于给定值（即H = Hr） 的工作状态下，如出水量Q2增大（而进水量一时没有改变），则Q1
自动控制原理概念题 1 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。 则越小，相应的平稳性越好。反之，Mp越大，ξ有关，ξ超调量仅与阻尼比13.自动控制原理概念题 2 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=0.707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=0.707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
过程控制系统复习 总结!
过程控制系统知识点总结 ） 一、概论 1、过程控制概念：五大参数。 过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。
4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式，各自特点。 电压传输特点： 1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点； 3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点： 1).某台仪表出故障时，影响其他仪表； 第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪 （Recorder ） A ——报警器（Alarm ）
2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制和二线制之分。区别。 1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。 7、本安防爆系统的2个条件。 1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。 2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。 8、安全栅的作用、种类。 安全栅的作用： 1、安全栅作为本安仪表的关联设备，可用于传输信号。 2、控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下， 以确保系统的本安防爆性能。 安全栅的种类：齐纳式安全栅、隔离式安全栅 二、基型调节器 1、基型调节器组成：控制单元和指示单元。基型调节器控制单元构成。 基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，输出4-20mA（DC）直流控制信号。 控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路； 指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路。 2、测量信号、内给定信号范围；外给定信号范围。 测量和内给定信号：1~5V(DC)； 外给定信号：4～20mA直流电流。（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压） 3、输入电路、输出电路的作用。 输入电路作用： 1). 信号综合。将（U i-U s）后放大两倍反相以U o1输出，即U o1= -2(U i-U s)。 2). 电平转换。将以0V为基准的输入信号转换为以U B（10V）为基准的输出信号U o1。 电平转换的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。 输出电路作用：把PID输出ΔU o3（以UB为基准）转换成4-20mA.DC输出。实现电压—电流转换。 4、放大系数和比例度。
第一章过程控制基本概念 教学要求：了解过程控制的发展概况及特点； 掌握过程控制系统各部分作用，系统的组成； 掌握管道及仪表流程图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号； 学会绘制简单系统的管道及仪表流程图； 掌握控制系统的基本控制要求（稳定、快速、准确）； 掌握静态、动态及过渡过程概念； 掌握品质指标的定义，学会计算品质指标。 重点：自动控制系统的组成及各部分的功能； 负反馈概念； 控制系统的基本控制要求及质量指标。 难点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）； 根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。 §1.1 过程控制的发展概况及特点 一、过程控制的发展概况 在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段： 20世纪40年代： 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到 的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代： 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 部分生产过程实现了仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。
考试大纲（自动控制原理，共150分） （*号所注内容为考查的重点） 一、总要求 命题内容以胡寿松教授主编的教材《自动控制原理》为主要参考书，全面考查考生对自动控制原理的基本概念、基本方法掌握的程度及运用基本概念、原理、灵活解决问题、分析问题的能力。 二、命题范围及考查的知识点 1 自动控制的基本概念 1）自动控制系统三种基本控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制； *2）反馈控制的机理； *3）闭环控制系统的基本组成； *4）对控制系统的基本要求。 2 控制系统的数学模型 微分方程、传递函数和结构图是描述系统数学模型的三种主要形式，重点考查： *1）传递函数定义及性质，结构图的概念； *2）获取具体物理系统的传递函数，以及绘制系统结构图的方法； 3）通过结构图的化简，求取开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数及干扰信号作用下的闭环传递函数； 4）一般了解信号流图的建立及梅逊公式的应用。 3 线性系统的时域分析法 重点考查考生对系统稳定性、稳态误差、动态品质等性能的分析方法。 *1）系统性能指标的定义； *2）系统稳定性概念、劳斯稳定判据及其应用； *3）一阶、二阶系统（主要是二阶）的动态性能分析，二阶系统阶跃响应的分析及动态性能指标的计算； *4）系统类型的定义、静态误差系数的定义及计算方法，利用静态误差系数计算系统的静态误差； 5）主导极点的概念，一般了解高阶系统动态性能的分析方法。 4 线性系统的根轨迹法 1）掌握根轨迹的基本概念，根轨迹与系统性能的关系； 2）掌握根轨迹绘制的基本法则，灵活应用基本法则绘制系统的根轨迹； 3）利用根轨迹分析系统的性能； 4）了解参数根轨迹和零度根轨迹的概念。 5 线性系统的频率响应法 *1）频率特性的定义及其几何表示法； *2）系统开环对数频率特性图、幅相曲线图的绘制； 3）最小相位系统与非最小相位系统的概念； 4）利用开环对数频率特性求开环传递函数的条件、方法； *5）利用奈奎斯特稳定判据、对数频率稳定性判据判断闭环系统的稳定性； *6）相角稳定裕量和幅值稳定裕量的定义及其求取方法，它们与系统性能的关系； 7）掌握开环幅值穿越频率、相角交界频率的定义，了解闭环谐振峰值、谐振频率及带宽的定义。 6 控制系统的综合校正 1）正确理解控制系统校正的基本概念；
《自动控制原理》总复习
第一章自动控制的基本概念 一、学习要点 1.自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对 象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。 2.控制系统的基本方式： ①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。 3.自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。 4.自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有： 恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。 5.对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。 6.典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。 二、基本要求 1.对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。 2.掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制 系统稳、准、快三方面的基本要求。 3.了解控制系统的典型输入信号。 4.掌握由系统工作原理图画方框图的方法。 三、内容结构图
四、知识结构图 第二章 控制系统的数学模型 一、学习要点 1．数学模型的数学表达式形式 （1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。 2．数学模型的图形表示 （1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。 二、基本要求 1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变 量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。 2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。 3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入 响应、零状态响应等概念有清楚的理解。 4、正确理解传递函数的定义、性质和意义。熟练掌握由传递函数派生出来的系统开环传递函
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、振荡环节与延迟环节等。 3.构成方框图的基本符号有四种,即信号线、比较点、方框与引出点。 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 递函数就是所有并联环节传递函数的代数与。 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反应系统的快速性;而最大超调量Mp 与振荡次数则反应系统的平稳性。 7.稳定性就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.系统稳定的充分必要条件就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。