《自动控制原理》名词解释、填空

词汇第一章自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。

开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。

它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。

也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。

闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。

这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。

复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。

控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。

被控量 (controlled variable ) ：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。

给定值 (set value ) ：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。

干扰 (disturbance) ：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。

第二章数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。

传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。

零点极点 (z ero and pole) ：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。

《自动控制原理》学习资料第一章 自动控制概论1、教学目的: 掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。

2、基本要求： 掌握基本概念：自动控制、反馈、控制系统的构成。

要求初步了解如何由系统原理图形成系统的原理方块图及判别控制方式的方法。

要求初步了解本门课程的意义与作用。

一、自动控制的任务通常，在自动控制技术中，把工作的机器的设备称为被控对象，把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量，而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值（或参考输入）。

则控制的任务可概括为：使被控对象的被控量等于给定值。

下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念。

图1-1 水位自动控制系统水位自动控制系统：控制任务：维持水箱内水位恒定；控制装置：气动阀门、控制器；受控对象：水箱、供水系统；被控量：水箱内水位的高度；给定值：控制器刻度盘指针标定的预定水位高度；测量装置：浮子；比较装置：控制器刻度盘；干扰：水的流出量和流入量的变化都将破坏水位保持恒定；由此可见：自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。

自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。

二、自动控制的基本方式图1-2 自动控制方框图在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，其必须具备以下三种职能部件。

测量元件：用以测量被控量或干扰量。

比较元件：将被控量与给定值进行比较。

执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。

参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。

下面根据不同的信号源来分析自动控制的几种基本控制方式：按给定值操纵的开环控制；按干扰补偿的开环控制；按偏差调节的闭环控制。

1、按给定值操纵的开环控制开环控制——系统的输出端与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。

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。

58、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t 趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

自动控制原理 【1038】
一、名词解释
1、什么是自动控制和反馈控制？
自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)，使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自动地按照预定的规律运行。

反馈控制，将取自被控量的反馈信息，用于不断的修正被控量与输入之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务就是反馈控制。

2、什么是系统结构图？
系统结构图反映的是系统中模块的调用关系和层次关系,谁调用谁,有一个先后次序(时序)关系.所以系统结构图既不同于数据流图,也不同于程序流程图.在系统结构图中的有向线段表示调用时程序的控制从调用模块移到被调用模块,并隐含了当调用结束时控制将交回给调用模块。

结构化设计方法使用的描述方式是系统结构图,也称结构图或控制结构图。

它表示了一个系统 (或功能模块) 的层次分解关系,模块之间的调用关系,以及模块之间数据流和控制流信息的传递关系,它是描述系统物理结构的主要图表工具。

二、简答题
1. 简述根轨迹绘制的八个基本法则？
答：
1) 根轨迹的起点、终点
2) 根轨迹的分支数、对称性和连续性
3) 根轨迹的实轴上的分布
4) 根轨迹的渐近线
5) 根轨迹的分离点和分离角
6) 根轨迹的起始角和终止角
7) 根轨迹与虚轴的交点
8) 根之和
三、计算题
2.单位反馈系统的开环传递函数为1
1)(+=s s G k ，求: 1)系统在单位阶跃信号输入下的稳态误差是多少?
2)求系统的频率特性，幅频特性，相频特性?
3)当系统的输入信号为)30sin()( +=t t x i ,系统的稳态输出？。

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.107. 二阶系统的传递函数52 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T1=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。

第三章习题答案名词解释1．超调量:系统响应的最大值与稳态值之差除以稳态值。

定义为)()(max ∞∞-=c c c σ 2．开环传递函数中含有2个积分因子的系统称为II 型系统。

3．单位阶跃响应达到第一个峰值所需时间。

4．指响应达到并保持在终值5%内所需要的最短时间。

5. 稳态误差：反馈系统误差信号e(t) 的稳态分量(1分)，记作e ss (t)。

6．开环传递函数中不含有积分因子的系统。

7．上升时间:○1响应从终值10%上升到终值90%所需的时间；或○2响应从零第一次上升到终值所需的时间。

简答1. 在实际控制系统中，总存在干扰信号。

1） 时域分析：干扰信号变化速率快，而微分器是对输入信号进行求导，因此干扰信号通过微分器之后，会产生较大的输出；2） 频域分析：干扰信号为高频信号，微分器具有较高的高频增益，因此干扰信号易被放大。

这就是实际控制系统中较少使用纯微分器的原因。

2．系统稳定的充分条件为：劳斯阵列第一列所有元素不变号。

若变号，则改变次数代表正实部特征根的数目。

3．二阶临界阻尼系统特征根在负实轴上有两个相等的实根，其单位阶跃响应为单调递增曲线，最后收敛到一个稳态值。

4. 闭环特征根严格位于s 左半平面；或具有负实部的闭环特征根。

5．欠阻尼状态下特征根为一对具有负实部的共轭复数，单位阶跃响应是一个振荡衰减的曲线，最后收敛到一个稳态值。

6．阻尼小于-1的系统，特征根位于正实轴上，单位阶跃响应是一个单调发散的曲线。

7. 无阻尼状态下特征根为一对虚根，响应为等幅振荡过程，永不衰减。

8．图4(a)所示系统稳定，而图4(b)所示系统不稳定。

原因是图4(b)所示系统的小球收到干扰后将不能恢复到原来的平衡状态。

9．不能。

原因是：两个一阶惯性环节串联后的极点为实极点；而二阶振荡环节的极点为复数极点。

计算题1. 解：r(t)=2t.v=1,系统为I 型系统k v =2,e ss =1.2.解：构造Routh 表：25:010:255:03/803/16:25203:35121:012345s s s s s s辅助方程：02552=+s 故纯虚根为：j s 52,1±=；故系统处于临界稳定状态。

自动控制原理常用名词解释词汇第一章自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。

开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。

它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。

也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。

闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。

这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。

复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。

控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。

被控量 (controlled variable ) ：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。

给定值 (set value ) ：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。

干扰 (disturbance) ：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。

第二章数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。

传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。

零点极点 (z ero and pole) ：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。

1.控制概念（1）开环控制：开环控制是最简单的一种控制方式。

它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。

闭环控制：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制系统。

复合控制：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

（2）反馈：指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

（3）传递函数：在零初始条件下，系统输出信号的拉手变换与输出信号的拉氏变换的比。

（4）被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

执行机构：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。

（5）线性化：a条件：连续且各阶导数存在 b方法：工作点附近泰勒级数展开。

2.时域指标（1）上升时间tr：响应从终值10%上升到终值90%所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需时间。

上升时间是响应速度的度量。

峰值时间tp：响应超过其终值到达第一个峰值所需时间。

调节时间ts：响应到达并保持在终值内所需时间。

（2）超调量σ%：响应的最大偏离量h(tp)与终值h(∞)之差的百分比。

振荡次数：是在阶跃信号作用下，系统在达到指定deta范围下，系统所震荡的总次数。

（3）动态降落：系统稳定运行时，突然加一个扰动量N，在过度过程中引起输出量的最大降落值Cmax称为动态降落。

恢复时间：系统从波动回复到稳态时候所需要的时间。

（4）稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。

3.频域特性（1）频率特性：对于线性系统来说，当输入信号为正弦信号时，稳态时的输出信号是一个与输入信号同频率的正弦信号，不同的只是其幅值与相位，且幅值与相位随输入信号的频率不同而不同。