自动控制理论一

1、什么是自动控制？自动控制就是应用控制装置自动的、有目的地控制或调解机器设备或生产过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。

2、参数值（给定值输入）：电动机转速就有一定值，故电位器的变化3、自动控制系统：电动机转速变化的测速发电机电压的发至输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速。

4、扰动：当电源变化、负载变化等将引起转速变化，也称受控对象。

5、人工控制系统：当发现电动机转速高于给定值时，马上调节电位器的动点，使电动机的电枢电压减少，降低转速，使之恢复到给定值。

6、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中不包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。

7、开环控制系统：一个系统，如果在其控制器的输入信号中包括含受控对象输出端的被控量的反馈信号。

8、多回路反馈控制系统：一个复杂的控制系统（实际生产过程往往是很复杂的，因而构成的控制系统也往往是很复杂的）也可能有多个反馈信号（除被控量的反馈信号外，还有其他的反馈信号），组成多个闭合回路。

9、恒值控制系统：的任务是保持被控量恒定不变，也即是被控量在控制过程结束在一个新的稳定状态时，被控量等于给定值。

（发电机电压控制，电动机转速控制，电力网的频率（周波））10、随动控制系统（随动系统）：他是被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下使被控量跟踪给定值的变化。

（运动目标的自动跟踪、跟踪卫星的雷达天线控制系统，工业控制中的位置控制系统，工业自动化仪表中的现实记录等）11、控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性12、建立系统微分方程步骤：1. 确定系统输入量(给定量和扰动量) 与输出量(被控制量, 也称系统响应2. 列写系统各部分3. 消去中间变量,求出系统的微分方程 4. 将微分方程整理成标准形式。

13、顺馈控制：按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出的影响。

⾃动控制理论第⼀、⼆章练习题《⾃动控制理论》（⼆）第⼆章测试题⼀、选择题1、⽅框图化简时，并联连接⽅框总的输出量为各⽅框输出量的（） A ．乘积 B ．代数和 C ．加权平均 D ．平均值2、决定系统传递函数的是系统的（） A ．结构 B ．参数 C ．输⼊信号 D ．结构和参数3、终值定理的数学表达式为（） A ．)(lim )(lim )(0s X t x x s t →∞→==∞B ．)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞→∞→==∞C ．)(lim )(lim )(0s sX t x x x t ∞→→==∞D ．)(lim )(lim )(0s sX t x x s t →∞→==∞4、梅森公式为（） A ．∑=?nk k k p 1B ．∑=??nk k k p 11C ．∑=?nk k11D ．∑?kkp 15、斜坡输⼊函数r(t)的定义是（）A ．t t r =)(B ．)(1·)(0t x t r =C ．2)(at t r =D ．vt t r =)(6、单位抛物线输⼊函数 r(t) 的数学表达式是 r(t) ＝（） A ． at 2 B ． Rt 2 C ．1/2t 2 D ． t 27、单位阶跃函数的拉⽒变换是（） A ． B ． C ．1/sD ． 18、⽐例微分控制器中，微分时间常数越⼤，则系统的（）A ．动态偏差越⼩B ．动态偏差越⼤C ．振荡越⼩D ．过渡过程缩短 9、同⼀系统，不同输⼊信号和输出信号之间传递函数的特征⽅程（） A ．相同 B ．不同 C ．不存在 D ．不定 10、控制系统中 , 基本环节的划分，是根据（） A ．元件或设备的形式 B ．系统的物理结构 C ．环节的连接⽅式D ．环节的数学模型11、单位斜坡函数 r(t) 的数学表达式是 r(t)= （） A ． a 2t B ． t 2 C ． t D ． vt12、若受控对象存在较⼤的延迟和惯性，效果较好的控制⽅式是（）A ．⽐例控制B ．积分控制C ．⽐例微分控制D ．⽐例积分控制13、 PI 控制器的传递函数形式是 ( ) A ． 5+3s B ． 5+4s2 C ．D ．14、决定系统静态性能和动态性能的是系统传递函数的 ( )A ．零点和极点B ．零点和传递系数C ．极点和传递系数D ．零点、极点和传递系数15、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 ( ) A ．代数⽅程 B ．特征⽅程 C ．差分⽅程D ．状态⽅程16、研究⾃动控制系统时常⽤的典型输⼊信号是（）A ．脉冲函数B ．斜坡函数C ．抛物线函数D ．阶跃函数17、PID 控制器的传递函数形式是（）A ．5+3sB ．5+3s 1C ．5+3s+3s 1D ．5+1s 118、拉⽒变换将时间函数变换成（） A ．正弦函数B ．单位阶跃函数C ．单位脉冲函数D ．复变函数19、线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（） A ．系统输出信号与输⼊信号之⽐ B ．系统输⼊信号与输出信号之⽐C ．系统输⼊信号的拉⽒变换与输出信号的拉⽒变换之⽐D ．系统输出信号的拉⽒变换与输⼊信号的拉⽒变换之⽐ 20、PID 控制器中，积分控制的作⽤是（） A ．克服对象的延迟和惯性 B ．能使控制过程为⽆差控制 C ．减少控制过程的动态偏差D ．使过程较快达到稳定21、PD 控制规律指的是( )。

⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。

(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。

(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。

(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。

(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。

常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。

被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。

控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。

给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。

给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。

除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。

⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。

3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。

在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。

复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。

5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。

第一章自动控制系统概述1、组成自动控制系统的基本元件或装置有哪些各环节的作用控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输入量。

(2) 测量变送环节用来检测被控量的实际值，测量变送环节一般也称为反馈环节。

(3) 比较环节其作用是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。

(4) 放大变换环节将比较微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。

(5) 执行环节直接推动被控对象，使其被控量发生变化。

常见的执行元件有阀门，伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、干扰量举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量又称输出量、输出信号。

控制量也称操纵量，是一种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。

给定值是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。

给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。

除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰，干扰又称扰动。

比如一个水箱液位控制系统，其控制对象为水箱，被控量为水箱的水位，给定量是水箱的期望水位。

3、自动控制系统的控制方式有哪些自动控制系统的控制方式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制与开环控制有什么不同若系统的输出量不返送到系统的输入端（只有输入到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。

在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息（有输出到输入的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。

复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式，既有前馈通道，又有反馈通道。

5、自动控制系统的分类（按元件特性分、按输入信号的变化规律、按系统传输信号的性质）按系统输入信号的时间特性进行分类，可分为恒值控制系统和随动系统。

⾃动控制理论第⼀章习题答案第⼀章⾃动控制概论思考题1、什么是⾃动控制？他对⼈类活动有什么意义？所谓⾃动控制就是在没有⼈直接参与的情况下，通过控制装置使被控制对象或⽣产过程⾃动地按照预定的规律运⾏，使之达到预期的状态或性能要求。

⾃动控制是⼈类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的⼀门重要的科学技术。

依靠它，⼈类可以从笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的⼯作。

2、什么是反馈？什么是负反馈？通常，我们把输出量送回到输⼊端并与输⼊信号⽐较的过程称为反馈。

若反馈的信号是与输⼊信号相减⽽使偏差值越来越⼩，则称为负反馈。

3、开环控制系统是怎样实现控制作⽤的？请举例说明。

开环控制系统：如果系统的输出端和输⼊端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作⽤没有影响，这样的系统称为开环控制系统。

例：原始的数控机床进给系统就是开环控制系统。

指令输⼊到计算机控制系统之中，带动步进电机运动，使⼯作台移动，产⽣位移输出。

在⽇常⽣活中，许多控制系统都可以理解成开环控制系统，如电风扇的转速是由档位决定的，不能根据环境温度⾃动调节；洗⾐机定时系统是由功能和时间决定，不能根据所洗⾐物清洁程度⾃动调节。

4、闭环控制系统是怎样实现控制作⽤的？请举例说明。

闭环控制系统：闭环控制（亦称为反馈控制，Feedback Control）是指能对输出量与输⼊量进⾏⽐较，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。

如：⾃动调温空调，当环境温度⾼于设定温度时，空调制冷系统⾃动开启，调定室温到设定值。

5、对⾃动控制系统的基本要求是什么？对控制系统的基本要求是：系统的稳定性、响应的快速性、响应的准确性。

6、试叙述电冰箱中温度控制系统的温度控制过程。

电冰箱温度控制系统由感温管，温度调节，执⾏动作等系统组成。

冰箱没⼯作时，感温管内⽓体遇热就膨涨，触点就将两原来断开的接触点靠在⼀起了。

冰箱在⼯作时，由于冰箱内制冷系统在给冰箱不段的输⼊冷⽓，就越来越冷，随着温度不短降低，感温管内的⽓体缩⼩，⽓垫就将断点段开，然⽽就将冰箱停⽌⼯作！7、试叙述骑⾃⾏车时的闭环控制过程。

(单选题)1: 梅森公式主要用来（）。

A: 判断稳定性B: 计算输入误差C: 求系统的传递函数D: 求系统的根轨迹正确答案:(单选题)2: 放大环节的对数幅频特性曲线是（）。

A: 平行于横轴的直线B: 斜率为1的直线C: 逐渐增大至某一值的曲线D: 垂直于横轴的直线正确答案:(单选题)3: 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: 稳态误差越小正确答案:(单选题)4: 典型二阶系统的超调量越大，反映出系统（）A: 频率特性的谐振峰值越小B: 阻尼比越大C: 闭环增益越大D: 相角裕度越小正确答案:(单选题)5: 系统的频率特性（）A: 是频率的函数B: 与输入幅值有关C: 与输出有关D: 与时间t有关正确答案:(单选题)6: 系统在r(t)=t2作用下的稳态误差ess=∞，说明( )。

A: 型别ν<2B: 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正确答案:(单选题)7: 已知单位反馈控制系统在阶跃函数作用下，稳态误差为常数，则此系统为（）。

A: 0型系统B: I型系统C: II型系统D: 高阶系统正确答案:(单选题)8: 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，才能改善系统性能正确答案:(单选题)9: 一阶系统的阶跃响应（）。

A: 无超调B: 当时间常数较大时有超调正确答案:(单选题)10: 用实验法求取系统的幅频特性时，一般是通过改变输入信号的（）来求得输出信号的幅值。

A: 相位B: 频率C: 稳定裕量D: 时间常数正确答案:(单选题)11: 开环控制系统特征是没有（）环节。

A: 给定B: 放大C: 反馈D: 执行正确答案:(单选题)12: 系统型次越高，稳态误差越（）。

北理工《自动控制理论1 》在线作业试卷总分:100 得分:100一、单选题1.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. 相除正确答案:C2.主导极点的特点是（）。

A. 距离虚轴很近B. 距离实轴很近C. 距离虚轴很远D. 距离实轴很远正确答案:A3. 开环控制系统特征是没有（）环节。

A. 给定B. 放大C. 反馈D. 执行正确答案:C4.典型欠阻尼二阶系统，当开环增益K增加时，系统（）A. 阻尼比增大，超调量增大B. 阻尼比减小，超调量增大C. 阻尼比增大，超调量减小D. 无阻尼自然频率减小正确答案:B5.Bode图包括幅频特性图和相频特性图，横坐标均为（）。

A. 时间B. 弧度C. 角频率D. 相位正确答案:C6.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正确答案:A7. 系统的传递函数在右半S平面上没有零点和极点，则该系统称作（）。

A. 非最小相位系统B. 最小相位系统C. 不稳定系统D. 振荡系统满分：3 分正确答案:B8. 适合应用传递函数的系统是（）。

A. 单输入，单输出的线性定常系统B. 单输入，单输出的线性时变系统C. 单输入，单输出的定常系统D. 非线性系统满分：3 分正确答案:A9. 单位反馈系统的开环传递函数G(s)=16/(s(s+4*sqrt(2)))，其幅值裕度h等于（）A. 0B. 4sqrt(2)dBC. 16dBD. 无穷满分：3 分正确答案:D10. 典型二阶系统的超调量越大，反映出系统（）A. 频率特性的谐振峰值越小B. 阻尼比越大C. 闭环增益越大D. 相角裕度越小满分：3 分正确答案:D11. 放大环节的对数幅频特性曲线是（）。

A. 平行于横轴的直线B. 斜率为1的直线C. 逐渐增大至某一值的曲线D. 垂直于横轴的直线满分：3 分正确答案:A12. 系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。

自动控制理论 ___自动控制理论是一门研究自动化系统行为和设计控制策略的学科，具有广泛的应用领域和重要性。

自动控制理论的研究对象是各种自动化系统，包括机械系统、电气系统、化工系统等。

通过研究自动化系统的动态特性和响应，我们可以设计合适的控制策略来实现系统的稳定性、精确性和优化性能。

自动控制理论不仅在工业领域得到广泛应用，也在生活中各种自动化设备和系统中发挥着重要作用。

例如，自动驾驶汽车、智能家居系统、工业生产自动化线等都依赖于自动控制理论的研究成果。

在本文中，我们将详细介绍自动控制理论的重要性和研究对象，探讨其在实际应用中的意义和挑战。

通过深入理解自动控制理论，我们可以应用合适的控制方法来优化系统的性能，提高工作效率和质量，推动技术的进步和创新。

本文探讨自动控制理论的基本原理和主要概念。

自动控制理论是研究如何通过系统的设计和调整，使得系统能够自动地对外界变化做出相应的调节和控制的一门学科。

它是现代科学技术中的重要部分，被广泛应用于工业、交通、航空、航天等领域。

自动控制理论的核心原理是反馈控制。

通过测量系统的输出，并与预定的输入进行比较，然后根据差异来调整系统的行为，以使系统输出与预期目标保持一致。

这种反馈过程是实现自动控制的关键。

在自动控制理论中，有一些重要的概念需要理解。

首先是系统模型，它描述了系统的动态行为和性能。

系统模型可以是数学方程、图表或仿真模拟等形式。

其次是控制器，它是根据系统模型和目标要求设计的，用于调节系统行为的装置或算法。

还有传感器和执行器，它们分别用于测量系统输出和对系统进行控制。

除了基本原理和概念，自动控制理论还涉及许多方法和技术。

例如，经典控制理论包括比例、积分、微分控制等方法。

现代控制理论则包括状态空间方法、最优控制、自适应控制等方法。

不同的方法适用于不同的系统和控制需求。

总之，自动控制理论是一门重要的学科，它提供了对系统进行智能调节和控制的方法和工具。

通过理解自动控制理论的基本原理和主要概念，我们可以更好地设计和优化系统，提高系统的稳定性和性能。