自动控制理论复习xg4 共192页
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课程名称: 自动控制理论一、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 与反馈量的差值进行的。
2、复合控制有两种基本形式:即按 的前馈复合控制和按 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 (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 。
7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--,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 )。
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 、 型别2<v ;B 、系统不稳定;C 、 输入幅值过大;D 、闭环传递函数中有一个积分环节。
5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A 、主反馈口符号为“-” ;B 、除r K 外的其他参数变化时;C 、非单位反馈系统;D 、根轨迹方程(标准形式)为1)()(+=s H s G 。
自动控制理论复习提纲(第1章)1.什么是自动控制?2.什么是自动控制理论?包括那三大部分?3.经典理论和现代理论的特点是什么?4.什么是自动控制系统?5.什么是反馈控制原理?6.三种基本控制方式是什么?7.按输入量的变化规律,控制系统可以分为哪几类?8.对控制系统的基本要求是什么?9.典型输入信号包括哪几种?自动控制理论复习提纲(第2章)1.什么是数学模型?2.经典理论常用数学模型包括哪几种?3.什么是控制系统的运动模态?有什么决定?4.什么是传递函数?5.传递函数的三种表达式形式分别是什么?6.动态结构图的四种基本组成单元是什么?7.结构图的基本连接方式包括哪三种?8.结构图的化简规则有哪些?9.信号流图的组成单元包括哪两种?10.什么是梅逊公式?学会应用梅逊公式求闭环传递函数。
11.典型结构的几个闭环传递函数:Фr(s), Фn(s),Фer(s),Фen(s)自动控制理论复习提纲(第3章)1.什么是时域分析法?2.时域性能指标的定义。
3.二阶系统的数学模型:结构图、开环传递函数、闭环传递函数、五种阻尼状态及其响应特征。
4.欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应:特征根表达式、响应表达式、性能指标关系式。
5.二阶系统的两种性能改善措施:结构、传函、特点。
6.什么是主导极点和偶极子?7.高阶系统的降阶方法。
8.什么是控制系统的稳定性?9.控制系统稳定的充分必要条件是什么?10.劳斯判据:充分必要条件、劳斯表的构造方法、两种特殊情况的处理方法。
11.劳斯判据的四种应用:判稳、求取不稳定根的个数、确定待定参会素的稳定范围、判断系统的相对稳定程度。
12.什么是误差和稳态误差?稳态误差的定义式。
13.稳态误差的一般计算式和简化计算式。
14.减小或消除稳态误差的三种措施是什么?自动控制理论复习提纲(第4章)1.什么是根轨迹?2.三种根轨迹方程分别是什么?3.8条根轨迹法则分别是什么?4.学会绘制四阶以下(含)系统根轨迹。
《自动控制原理》复习提纲自动控制原理复习提纲第一章:自动控制系统基础1.1自动控制的基本概念1.2自动控制系统的组成1.3自动控制系统的性能指标1.4自动控制系统的数学建模第二章:系统传递函数与频率响应2.1一阶惯性系统传递函数及特性2.2二阶惯性系统传递函数及特性2.3高阶惯性系统传递函数及特性2.4惯性环节与纯时延环节的传递函数2.5开环传递函数与闭环传递函数2.6频率响应曲线及其特性第三章:传递函数的绘制和分析3.1 Bode图的绘制3.2 Bode图的分析方法3.3 Nyquist图的绘制和分析3.4极坐标图的应用3.5稳定性分析方法第四章:闭环控制系统及稳定性分析4.1闭环控制系统4.2稳定性的概念和判据4.3 Nyquist稳定性判据4.4 Bode稳定性判据4.5系统的稳态误差分析第五章:比例、积分和微分控制器5.1比例控制器的原理和特性5.2积分控制器的原理和特性5.3微分控制器的原理和特性5.4比例积分(P)控制系统5.5比例积分微分(PID)控制系统第六章:根轨迹法6.1根轨迹的概念和基本性质6.2根轨迹的绘制方法6.3根轨迹法的稳定性判据6.4根轨迹设计法则6.5根轨迹法的应用案例第七章:频域设计方法7.1频域设计基本思想7.2平衡点反馈控制法7.3频域设计法的应用案例7.4系统频率响应的优化设计7.5频域方法的灵敏度设计第八章:状态空间分析和设计8.1状态空间模型的建立8.2状态空间的矩阵表示8.3状态空间系统的特性8.4状态空间系统的稳定性分析8.5状态空间设计方法和案例第九章:模糊控制系统9.1模糊控制的基本概念9.2模糊控制系统的结构9.3模糊控制器设计方法9.4模糊控制系统的应用案例第十章:遗传算法与控制系统优化10.1遗传算法的基本原理10.2遗传算法在控制系统优化中的应用10.3遗传算法设计方法和案例第十一章:神经网络及其应用11.1神经网络的基本概念和结构11.2神经网络训练算法11.3神经网络在控制系统中的应用11.4神经网络控制系统设计和优化方法第十二章:自适应控制系统12.1自适应控制的基本概念12.2自适应控制系统的结构12.3自适应控制器设计方法12.4自适应控制系统的应用案例第十三章:系统辨识与模型预测控制13.1系统辨识的基本概念13.2建模方法及其应用13.3模型预测控制的原理13.4模型预测控制系统设计和优化方法第十四章:多变量控制系统14.1多变量控制系统的基本概念14.2多变量系统建模方法14.3多变量系统稳定性分析14.4多变量系统控制器设计14.5多变量系统优化控制方法以上是《自动控制原理》的复习提纲,内容覆盖了自动控制系统的基本概念、传递函数与频率响应、传递函数的绘制和分析、闭环控制系统及稳定性分析、比例、积分和微分控制器、根轨迹法、频域设计方法、状态空间分析和设计、模糊控制系统、遗传算法与控制系统优化、神经网络及其应用、自适应控制系统、系统辨识与模型预测控制、多变量控制系统等知识点。
自动控制原理复习资料所谓自动控制,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,使被控量等于给定值。
自动控制系统的基本构成开环控制和闭环控制稳定性: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。
快速性是通过动态过程时间长短来表征的,过渡过程时间越短,表明快速性越好,反之亦然,快速性表明了系统输出对输入的响应的快慢程度。
系统响应越快,则动态精度越高,复现快变信号的能力越强。
准确性是有输入给定值与输出响应的终值之间的差值大小来表征的。
若系统的最终误差为零,则称为无差系统,否则称为有差系统。
稳定性、快速性和准确性往往是互相制约的。
求稳有可能引起反应迟缓、精度低;求快则可能加剧振荡甚至引起不稳定。
描述系统在动态过程中各物理量之间相互关系的数学表达式,称为系统的数学模型。
建立控制系统数学模型的方法有分析法和实验法。
数学模型可用微分方程、传递函数、动态结构图和频率特性几种形式描述。
上升时间r t 。
对具有振荡的系统,指响应从零值第一次上升到稳态值多需要的时间。
对于单调上升的系统,响应由稳态值的10%上升到稳态值的90%所需的时间。
峰值时间p t。
响应超过稳态值到达第一个峰值所需的时间。
调整时间。
响应0x (t )与稳态值0x (∞)之间的误差达到规定的允许范围(±2%或±5%),且以后不再超出此范围的最短时间。
最大超调量pσ。
系统响应的最大值超过稳态值的百分比。
稳态误差ss e 。
当时间t 趋于无穷大时,系统响应的期望值与实际值0x (∞)之差定义为稳态误差。
上升时间峰值时间表征系统响应初级阶段的快速性;调节时间s t 表示系统过渡过程的持续时间,从总体上反映了系统的快速性;最大超调量p σ反映了系统动态过程的平稳性;稳态误差反映了系统稳态工作时的控制精度或抗干扰能力,是衡量系统稳态质量的指标。
一般以最大超调量p σ、调整时间s t 、和稳态误差ss e ,这三项指标来评价系统响应的平稳性、 快速性和稳态精度。
第二章 控制系统的数学模型1、传递函数(线性系统在零初始状态,脉冲输入下的响应)2、计算系统的传递函数1)列写常微分方程,得到输入r(t)与c(t)的常微分方程,再使用拉普拉斯变换为频域形式(记得系统初始状态为零),求取)()(s R s C 。
2)一些最基本的拉普拉斯变换公式as A Ae s A At s A At sA A s R s dtt r d s Y s dtt y d atnnnn+⇔⇔⇔⇔⇔⇔-,21,,),()(),()(322 3)进行反拉普拉斯变换时,即将系统的频域表达式转换成为时域表达式,一般采用部分分式分解的方法,求其中的系数时用到了留数法,见p63例2-35。
4)系统的开环传递函数与闭环传递函数的异同,注意开环传递函数和单位负反馈系统闭环传递函数之间的数学关系。
对单位负反馈系统,即H(s)=1,开环和闭环传递函数关系)()(1)(,)(11)(s s s G s G s ΦΦ-=+=Φ。
3、结构图化简和梅逊增益公式 1)理解一些基本概念比较点,引出点,前向通路,回路2)结构图化简的基本原则:保持前向通路传递函数不变,保持回路传递函数不变3)化简规则包括:引出点的前(后)移动,比较点的前(后)移动,并联相加,串联相减,回路等效(见下图)。
4)根据信号流图使用梅逊增益公式计算传递函数步骤:(a )找出所有回路,并列写回路传递函数i L ;(b)找出所有前向通路,并列写前向通路的传递函数k P ;(c )判断是否存在互不接触的独立回路,并根据公式 (11)-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=∆∑∑=≠ni n j i j i i L L L 计算分母∆,其中第i 个和第j 个回路互不接触;(d )利用相同的原理计算(a )中与第k 条前向通路不接触的回路的k ∆;(e )根据梅逊增益公式∆∆∑=mk kkP 1计算系统输入到输出的传递函数)()(s R s C 。
第二章 典型习题答案课本的以下典型例题,要认真看一下,最好能试做一下。
《自动控制原理》课程概念性知识复习提纲详细版第一章:1•自动控制的任务(背):是在没有人直接参与下,利用控制装置操纵被控对象,使被控量等于给定值。
2•自动控制基本方式一•按给定值操纵的开环控制二•按干扰补偿的开环控制三•按偏差调节的闭环控制3•性能要求:稳快准第二章:4•微分方程的建立:课后2.55•传递函数定义(背)线性定常系统(或元件)的传递函数为在零初始条件下,系统(或元件)的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。
这里的零初始条件包含两方面的意思,一是指输入作用是在t=0以后才加于系统,因此输入量及其各阶导数,在t=0时的值为零。
二是指输入信号作用于系统之间系统是静止的,即t= 0时,系统的输出量及其各阶导数为零。
这是反映控制系统的实际工作情况的,因为式(2-38 )表示的是平衡工作点附近的增量方程,许多情况下传递函数是能完全反映系统的动态性能的。
6•结构图化简:课后2.14 (结构图化简一道大题,梅森公式化简一道大题)复习要点我2-1结做医等效翌换法则烷方住国專戦方槌總变换圧则■G、cn G CCG引出点前落C=J?*G相邻引出点之何移初UA'R综合点之间移动C = J?±U t ±u;琳合点丘移C- OR丄心U±L'ieg 土贾]4±*■■传递函数8•阶跃响应,阶跃响应:H(s)三•闭环系统的误差传递函数,脉冲响应,传递函数之间的关系1H(s)= 单位斜坡响应:C ts1 1(s)?- K(s)?- C t(s)s s1 、、、(s) =-2单位脉冲响应:K(s)= (s)s1 1(s)?右H(s)?-s s综合可得K(s)=sH(s) H(s)=s C tA(r第三章:9•阶跃响应的性能指标有哪些,各个性能指标的意义是什么。
图3 3捋制系统怖典型单低阶跃响应上升时间t r :指单位阶跃响应曲线 h(t),从稳态值的10%上升到90%所需要的时间(也有指从零上升到稳态值所需要 的时间) 峰值时间t p :指单位阶跃响应曲线 h(t),超过其稳态值而达到第一个峰值所需要的时间。
自动控制理论复习自动控制原理复习指导说明:本课程强调基本概念,基本规律及其物理本质的论述,要求学生能够正确理解和运用课程中讲授的基本概念和基本规律,了解和掌握所讲述的控制系统的基本分析和计算方法而不着重于理论的推导和证明.第一章绪论一.教学要求1.有关自动控制的术语及概念:自动控制系统,自动控制系统的组成,开环控制,闭环控制和开环闭环构成的复合控制.2.正确理解三种控制方式的工作原理及特点.3.初步了解自动控制系统组成原理方框图的含义.二.说明1、有关自动控制的术语及概念自动控制装置由放大变换部件,反馈比较部件,控制指令生成部件,执行部件,校正装置组成.1)自动控制就是在没有人直接参与下,利用控制装置使被控对象自动地按预订的规律运动的一种控制.2)自动控制系统的组成:自动控制系统由被控对象和控制装置组成.3)控制的目的是使被控对象的输出能按预定的规律运行,并达到预期的目的4)控制系统的基本特征:控制系统中各个组成部件之间存在着控制和信息的联系.2、三种控制方式的原理及特点1)闭环负反馈控制: 信号在系统呈现往复循环的闭环流动,系统接受偏差信号并用偏差信号产生控制作用.其优点是控制精度高,缺点是较复杂.2)开环控制:信号从输入到输出单向传递,只接受输入(或干扰)信号并以此产生控制作用.优点是控制方式简单,缺点是精度低.3) 开闭环组合的复合控制:具有以上两种控制的优点.第二章控制系统的数学模型一.教学要求1.理解拉氏变换的概念,熟记典型信号1(t), e at, (t) 的拉氏变换.2.理解传递函数的定义及其性质,能从微分方程及动态结构图求相应的传递函数,熟记几种典型环节的微分方程及传递函数.3.理解动态结构图的概念及特点,会由微分方程组画出系统的动态结构图.4.熟练地掌握结构图变换的基本法则,能针对常用的系统结构图进行等效变换,求出给定输入与输出间的传递函数。
5.熟练地利用部分分式展开法对无重根的拉氏变换进行反变换,熟练地用拉氏变换求解线性方程组。
自动控制原理总复习资料(完美)总复第一章的概念典型的反馈控制系统基本组成框图如下:输出量串连补偿放大执行元被控对元件元件件象--反馈补偿元件测量元件自动控制系统有三种基本控制方式:反馈控制方式、开环控制方式和复合控制方式。
基本要求可以归结为稳定性(长期稳定性)、准确性(精度)和快速性(相对稳定性)。
第二章要求:1.掌握运用拉普拉斯变换解微分方程的方法。
2.牢固掌握传递函数的概念、定义和性质。
3.明确传递函数与微分方程之间的关系。
4.能熟练地进行结构图等效变换。
5.明确结构图与信号流图之间的关系。
6.熟练运用梅森公式求系统的传递函数。
例1:某一个控制系统动态结构图如下,求系统的传递函数。
C1(s)C2(s)C(s)C1(s)G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)R1(s)R2(s)传递函数为:C(s) = G1(s)C1(s) / [1 -G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)]例2:某一个控制系统动态结构图如下,求系统的传递函数。
C(s)C(s)E(s)E(s)R(s)N(s)R(s)N(s)C(s)G1(s)G2(s)-G2(s)传递函数为:C(s) = G1(s)C(s) / [1 + G1(s)G2(s)H(s)N(s)]例3:i1(t)R1 i2(t)R2R(s)+u1(t) c1(t)C1 C2 r(t)I1(s)+U1(s)112+I2(s)将上图汇总得到:R1I1(s)U1(s)C1s r(t)-u(t) = i(t) R U1(s)u(t) = [i(t) - i(t)]dt Cu(t) - c(t) = i(t)Rc(t) = i(t)dtCI2(s)R2KaC(s)1C2s(b)C(s) R(s)+R1C1sR2C2s1Ui(s)1/R11/C1sIC(s)1/R21/C2s10rad/s,试求系统的传递函数、特征方程、极点位置以及阻尼比和固有频率的物理意义。