控制工程基础基本知识

《控制工程基础》应知应会
一、基本概念及基本原理
1、静态系统的输入输出关系：实时输出只与当时的输入
相关。

2、动态系统的输入输出关系：实时输出不仅与当时输入
相关，且与过去的输入和输出有关。

3、线性系统与非线性系统：输入和输出满足叠加原理的
系统，否则为非线性系统。

4、开环控制系统与闭环控制系统：开环系统指没有输出
反馈的一类系统，否则称为闭环控制系统。

5、与开环系统相比较，闭环系统有哪些优缺点？
6、按控制器结构分类，控制系统分为哪几类？
7、什么是调节系统、跟踪系统和伺服系统？
8、控制系统的三大性能指标是什么？
9、什么是系统的传递函数？
10、学会化简控制系统的框图
11、学会用梅森公式求解系统的传递函数
12、用公式表述系统型次为I=0、1、2时单输入单输出系
统的位置误差系数、速度误差系数、加速度误差系数。

13、用公式表述系统相角稳定裕量和增益稳定裕量。

14、画出PID控制器的原理图并用传递函数描述数学模
型。

15、什么是时域分析法，其性能指标参数有哪些？
16、什么是频域分析法，其性能指标参数有哪些？
17、什么是时域ROUTH判据？什么是频率域的拟奎斯特
判据
18、控制器设计的一般步骤有哪些？
19、什么是脉冲传递函数?
20、离散系统用什么数学方法描述?如何求解？
21、什么是离散系统的稳定性ROUTH判据？
22、采用频率对离散系统稳定性的影响如何?
二、计算分析题：
2-2,2-6,2-11,2-13,3-5,3-16,4-6,4-7,4-14,5-3,6-5,6-8，。

控制工程必备知识点总结一、控制系统的基本概念1. 控制系统的定义和基本组成控制系统是一个通过对系统输入信号进行调节，使得系统输出信号满足特定要求的系统。

控制系统由输入、输出、反馈和控制器等基本组成部分构成。

2. 控制系统的分类控制系统根据其控制方式可以分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统只能通过输入信号来控制系统输出，而闭环控制系统可以通过反馈信号来对系统进行调节。

3. 控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、灵敏度、鲁棒性、动态性能等，这些指标反映了控制系统对信号变化的响应能力和稳定性。

二、控制系统的建模与分析1. 控制系统的数学模型控制系统的数学模型是控制工程的核心，它描述了系统的输入输出关系以及系统内部的动力学特性。

控制系统的数学模型可以用微分方程、差分方程、状态方程等形式进行描述。

2. 控制系统的传递函数传递函数是控制系统数学模型的一种常用表示形式，它描述了系统输入和输出之间的传输特性。

控制系统的传递函数可以通过系统的输入输出数据进行辨识或通过系统的数学模型进行求解。

3. 控制系统的频域分析频域分析是控制系统分析的重要方法之一，它将控制系统的动态响应从时域转换到频域，通过频域特性来分析控制系统的稳定性、干扰抑制能力等。

4. 控制系统的状态空间分析状态空间分析是控制系统分析与设计的另一种常用方法，它描述了系统的状态变量与输入输出变量之间的关系，并可以用于分析控制系统的稳定性、可控性和可观测性等。

5. 控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性分析是控制工程中的重要内容，它用于评估控制系统的稳定性，并设计满足稳定性要求的控制器。

三、控制系统的设计与实现1. 控制系统的控制器设计控制系统的控制器设计是控制工程的核心内容之一，它通过对系统数学模型的分析和综合，设计出满足性能指标要求的控制器。

2. 控制系统的闭环控制闭环控制系统通过对系统的反馈信号进行处理，实现对系统输出的精确控制，提高系统的鲁棒性和鲁棒性。

控制工程基础控制工程基础控制工程是应用数理科学、工程科学和计算机科学等，对动态系统进行建模、分析、设计和实现的一门学科。

它的基础知识包括：系统理论、信号与系统、自动控制理论、数字信号处理、电子电路、计算机科学基础等，是自动化技术、机械工程、电子工程、信息工程、材料科学、冶金工程、化工工程、生物工程以及安全工程等众多工程领域的基础学科。

下面将对控制工程的基础知识进行简要介绍。

一、系统理论系统理论是控制工程的基石，它研究如何将物理、力学、电子学等各种不同类型的系统用一种公共的方式表示，以便于对系统进行分析和设计。

它包括了系统的三个基本部分：输入、输出和系统本身。

系统理论还涉及到系统的稳定性、响应特性、频率特性、自由度、模态等方面的概念和方法。

以温度调节器为例，它的输入和输出分别是设定的温度值和实际的温度值。

它所调节的系统就是温度系统，该系统可以被看作是一个变量到变量的映射函数。

系统理论的目的就是找到如何调整该映射函数的方法，从而让实际的温度值无限趋近于设定值，即实现对于温度的精确控制。

二、信号与系统信号与系统是控制工程中另一个基础概念，它是指在时间或空间上变化的各种信号，并且它们可以用某种系统进行处理。

信号可以是电压、电流、温度、光等，而系统可以是传感器、运算放大器、放大器、滤波器、元件等。

例如，温度调节器的信号就是温度值的变化，系统就是温度调节器本身。

这个系统可以通过控制电路来实现对于温度的控制。

信号与系统理论主要研究信号的特征、传输及处理系统的处理特性，以及信号和系统之间互相作用的规律等。

三、自动控制理论自动控制理论是指通过一定的算法和控制策略来实现目标的自动控制系统。

当系统出现误差时，自动控制系统会自动地对系统进行反馈调整。

该理论是实现各种控制系统的核心。

它不仅涉及到系统的稳定性分析、响应特性、控制系统的设计方法以及控制策略的选择等基本问题，还包括控制器设计、检测和分析等方面。

四、数字信号处理数字信号处理（DSP）是将模拟信号转化为数字信号，并对这些数字信号进行处理的技术。

控制工程基础
控制工程是一门工程学科，关注的是如何设计和实现能够自动控制系统的技术。

它涉及到了多个学科领域，包括数学、电子工程、计算机科学和物理学等。

在控制工程中，人们使用数学模型来描述和分析控制系统的行为。

这些模型可以是线性或非线性的，可以是连续时间或离散时间的。

通过分析这些模型，人们可以设计和实现具有特定性能要求的控制系统。

控制工程的基础知识包括：
1. 系统建模：掌握如何将实际控制系统抽象成数学模型的方法，包括连续时间和离散时间的系统建模方法。

2. 控制系统分析：通过对系统模型进行分析，评估系统的稳定性、敏感性和性能。

3. 控制器设计：设计合适的控制器，以实现对系统的稳定性和性能要求。

4. 闭环控制：了解闭环控制系统的原理和特点，以及如何设计和实现闭环控制系统。

5. 实时控制：理解如何在实时环境下进行控制系统设计和实现，以满足系统对响应时间和稳定性的要求。

6. 数字控制：掌握离散时间控制系统的建模和设计方法，以及数字信号处理的基本知识。

7. 监控与优化：学习如何使用传感器和反馈控制技术对系统进行监控和优化。

总之，控制工程基础包括建模、分析和设计控制系统的技术和原理。

这些基础知识是实现自动化控制系统的关键，并广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天和交通运输等领域。

《控制工程基础》课程考核知识点：第1章绪论考核知识点：（一）机械工程控制的基本含义1.控制论与机械工程控制的关系；2.机械工程控制的研究对象。

（二）系统中信息、信息传递、反馈及反馈控制的概念1.系统信息的传递、反馈及反馈控制的概念；2.系统的含义及控制系统的分类。

第2章控制系统的数学模型考核点：（一）数学模型的概念1.数学模型的含义；2.线性系统含义及其最重要的特征——可以运用叠加原理；3.线性定常系统和线性时变系统的定义；4.非线性系统的定义及其线性化方法。

（二）系统微分方程的建立1.对于机械系统，运用达朗贝尔原理建立运动微分方程式；2对于电气系统运用克希霍夫电流定律和克希霍夫电压定律，建立微分方程式；3.简单液压系统微分方程式的建立。

（三）传递函数1.传递函数的定义；2.传递函数的主要特点：（1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与本身参数和结构有关，与输入无关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中S的阶数必不少于分子中S的阶次；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理系统只要它们的动态特性相同，其传递函数相同；3.传递函数零点和极点的概念。

（四）方块图及系统的构成1.方块图的表示方法及其构成；2.系统的构成（1）串联环节的构成及计算；（2）并联环节的构成及计算；（3）反馈环节的构成及计算；3.方块图的简化法则（1）前向通道的传递函数保持不变；（2）各反馈回路的传递函数保持不变；4.画系统方块图及求传递函数步骤。

（五）机、电系统的传递函数1.各种典型机械网络传递函数的计算及表示方法；2.各种典型电网络及电气系统传递函数的计算及表示方法；3.加速度计传递函数计算；4.直流伺服电机驱动进给系统传递函数计算。

.第3章控制系统的时域分析考核知识点：（一）时间响应1.时间响应的概念；2.瞬态响应和稳态响应的定义。

（二）脉冲响应函数1.脉冲响应函数的定义；2.脉冲响应函数与传递函数的关系；3.如何利用脉冲响应函数求系统在任意输入下的响应。

控制工程基础应掌握的重要知识点控制工程是一门研究控制系统及其应用的理论和方法的学科。

其核心任务是通过对被控对象以及环境的监测和测量，对系统进行控制和调节，以达到预期的控制效果。

以下是控制工程基础中应掌握的重要知识点：1.连续系统与离散系统：控制系统可以分为连续系统和离散系统。

连续系统是指系统变量是连续变化的，通常使用微分方程描述。

离散系统是指系统变量是离散变化的，通常使用差分方程描述。

掌握连续系统与离散系统的建模与分析方法是控制工程的基础。

2.传递函数与状态空间模型：传递函数描述了系统输入与输出之间的关系，是一个复频域函数。

状态空间模型则是通过描述系统的状态量对时间的导数来建模。

掌握传递函数的提取与描述以及状态空间模型的建立与分析方法是进行系统分析与控制设计的基础。

3.控制系统的基本性能指标：控制系统的基本性能指标包括稳定性、快速性、精确性和抗干扰性。

稳定性是系统在受到干扰或参数变化时保持状态有界的能力；快速性是系统输出快速收敛到期望值的能力；精确性是系统输出与期望值之间的偏差大小；抗干扰性是系统对干扰的敏感性。

掌握这些性能指标的衡量方法是控制系统设计的基础。

4.反馈控制原理：反馈控制是一种常用的控制方式，通过对系统输出进行测量并与期望输出进行比较，根据差值来修正输入以调节系统行为。

掌握反馈控制的原理，包括比例控制、积分控制和微分控制的组合应用是进行控制系统设计和分析的关键。

5.PID控制器：PID控制器是一种基于比例、积分和微分操作的控制器。

它能够通过调整三个参数来适应不同的系统需要，并具有较好的稳定性和快速性能。

掌握PID控制器的设计和调节方法是控制工程的重要内容。

6.控制系统的稳定性分析与设计：稳定性是控制系统的基本要求。

控制系统的稳定性分析包括对开环传递函数的极点位置、稳定裕量、相角裕量等指标的评估。

稳定性设计则是通过修改系统参数或者设计合适的控制器来保证系统的稳定性。

掌握稳定性分析与设计的方法是进行控制系统设计的重要基础。

《控制工程基础》考试知识点一、控制工程基础考试的总体要求：控制工程基础是以控制理论为基础，密切结合工程实际的—门专业基础课。

本课程主要内容包含相关的数学模型的建立、时域分析、频域分析、综合校正的基本理论及基本分析计算方法。

二、需掌握的课程基本内容和具体要求(一)控制系统的基本概念(1)控制的任务，被控制对象、输入量、输出量、扰动量的概念。

(2)开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念。

(3)控制系统的组成、分类、基本环节及对控制系统的基本要求。

(4)三种基本控制方式及特点。

(二)控制系统的数学模型(1)数学模型概念。

简单机、电元件及系统列写微分方程式的方法。

(2)控制系统开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数的含义，控制系统的微分方程建立传递函数计算。

(3)传递函数的定义、性质、求法，典型环节的传递函数及瞬态(动态)特性。

(4)系统方框图描述及闭环传递函数推导。

系统结构图绘制方法及简化原则，串联、并联、反馈连接时传递函数的求法。

用结构图简化方法及梅逊公式，求系统的传递函数。

(三)控制系统时域分析(1)定常系统时域性能分析的基本内容，典型输入信号和时域性能指标。

(2)时间响应概念(3)—阶系统的瞬态响应。

(4)二阶系统的瞬态响应与性能指标。

(5)稳定性的概念，判别系统闭环稳定性的主要条件：劳斯稳定判据：稳态误差分析计算(误差定义、静态误差系数、动态误差系数)：扰动误差：减小稳态误差方法。

(6)系统零、极点与系统瞬态响应的关系：(7)系统的稳态误差：典型输入下的稳态误差、扰动输入下的稳态误差。

(四)控制系统的频域分析(1)频率特性基本概念。

(2)频率特性的表示方法：极坐标图、对数频率特性图。

(3)典型环节(放大、积分、微分、惯性、—阶微分、二阶振荡环节)频率特性，系统开环频率特性曲线绘制方法。

(4)奈魁斯特稳定判据与对数频率稳定判据。

(5)开环系统与闭环系统的频率响应；控制系统的相对稳定性：相角裕量、幅值裕量定义及计算方法。

控制工程基础知识点【篇一：控制工程基础知识点】◎控制论与系统论、信息论的发展紧密结合，使控制论的基本概念和方法被应用于各个具体科学领域其研究的对象从人和机器扩展到环境、生态、社会、军事、经济等许多方面，，并将控制论向应用科学方面迅速发展。

其分支科学主要有：工程控制论、生物控制论、社会控制论和经济控制论、大系统理论、人工智能等。

◎闭环控制系统主要由给定环节、比较环节、运算放大环节、执行◎由此可见，系续稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根全部具有负实部。

系统的特征根就是系统闭环传递函数的极点，因此，系统稳定的充分必要条件还可以表述为系统闭环传递函数的极点全部位于〔s〕平面的左半平面线性定常系统对正弦输入的稳态响应被称为频率响应，该响应的频率与输入信号的频率相同，幅值和相位相对于输入信号随频率 w 的变化而变化，反映这种变化特性的表达式 x (? ) 和-arctantw 称系统的频率特性，它与系统传递函数的关系将 g(s)中的s 用 jw 歹取代， g(jw)即为系统的频率特性。

环节、被控对象、检测环节（反馈环节）组成◎开环控制反馈及其类型：内反馈、外反馈、正反馈、负反馈。

◎1、从数学角度来看，拉氏变换方法是求解常系数线性微分方程的工具。

可以分别将“微分”与“积分”运算转换成“乘法”和“除法”运算，即把微分、积分方程转换为代数方程。

对于指数函数、超越函数以及某些非周期性的具有不连续点的函数，用古典方法求解比较烦琐，经拉氏变换可转换为简单的初等函数，就很简便。

2、当求解控制系统输入输出微分方程时，求解的过程得到简化，可以同时获得控制系统的瞬态分量和稳态分量。

3、拉氏变换可把时域中的两个函数的卷积运算转换为复频域中两函数的乘法运算。

在此基础上，建立了控制系统传递函数的概念，这一重要概念的应用为研究控制系统的传输问题提供了许多方便。

◎描述系统的输入输出变量以及系统内部各变量之间的数学表达式称为系统的数学模型，各变量间的关系通常用微分方程等数学表达式来描述。

控制工程基础名词解释1.频率特性:当输入信号的幅值不变而频率变化时，输入幅值和相位围着输入信号的变化而变化。

2.传递函数：传递函数时在拉氏变换的基础上，以系统本身的参数描述的线性定常系统输入量和输出量的关系式。

3.伯德图：对数坐标图，是将幅值对频率的关系和相位对频率的关系分别画在两张图上，用半对数坐标纸绘制，频率坐标按对数分度，幅值和相角坐标则以线性分度.4.稳态误差：系统过渡完成后控制准确度的一种度量。

5.乃氏图：频率响应是输入频率的复变函数，是一种变换,当从0逐渐增长到时，作为一个矢量,其端点在复变平面相对应的轨迹就是频率响应的极坐标图。

6.反馈和反馈信号：输出量通过测量装置返回系统输入端,使之与输入端进行比较，并产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号，输出量的返回过程称为反馈，返回的全部或部分信号称为反馈信号。

7.瞬态响应：系统在输入信号的作用下，其输出从初始状态到稳定状态的相应过程。

8.n阶系统：由n阶微分方程描述的系统。

9.n型系统：开环频率特性时的系统10.闭环控制系统误差：控制系统希望输出量和实际输出量之差。

11.最小相位系统：极点和零点全部位于s左半平面的系统。

12.幅值裕量：当为相位交界频率时，开环频率幅频特性的倒数.13.相位裕量：当时,相频特性据线的相位差。

概论1.开环系统和闭环系统的优缺点开环系统：优点是结构简单，价格便宜，容易维修。

缺点是精度低，容易受环境变化(如电源波动，温度波动）的干扰闭环系统：优点是精度高，动态性能好，抗干扰能力强。

缺点是结构比较复杂，价格比较贵，对维修人员要求较高。

2.简要说明控制系统相应的快速性，稳定性,准确性和其之间的关系快速性:在系统稳定的条件下，当系统的输出量与给定的输入量之间产生偏差时消除偏差的快慢程度。

稳定性：动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力.准确性:调整过程结束后输出量与输入量之间的偏差。

由于受控对象的具体情况不同，各种系统对稳准快的要求各有侧重。

控制工程基础1. 简介控制工程是研究如何通过对系统的控制和调节来达到预期的目标的一门学科。

它是自动化技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域，包括工业制造、交通运输、航空航天、能源等。

本文将介绍控制工程的基础知识和主要内容。

2. 控制系统控制系统是由多个组成部分相互作用构成的集成系统。

它由输入、输出、控制器和被控对象组成。

输入是系统外部施加在被控对象上的影响，输出是被控对象产生的响应，控制器通过根据输入和输出之间的关系来调整输入，以达到预期的目标。

被控对象可以是物理系统，也可以是软件系统。

3. 控制器控制器是控制系统的核心部分，它根据输入和输出之间的关系来计算出合适的控制信号。

常见的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器。

比例控制器根据当前误差的大小来计算控制信号，积分控制器根据误差的累积量来计算控制信号，微分控制器根据误差变化的速率来计算控制信号。

这些控制器可以通过组合来构建更复杂的控制算法。

4. 控制算法控制算法是控制系统的核心思想和方法，它用来根据输入和输出之间的关系来计算出合适的控制信号。

常见的控制算法有PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法。

PID控制算法通过比例、积分和微分三个部分来计算控制信号，模糊控制算法通过模糊推理和模糊规则来计算控制信号，自适应控制算法通过根据系统的动态特性来自动调整控制参数来计算控制信号。

5. 控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指控制系统在经过一段时间后能够达到稳定状态的能力。

对于连续系统，稳定性可以通过系统的传递函数来判断；对于离散系统，稳定性可以通过系统的差分方程来判断。

稳定性分为渐进稳定和绝对稳定两种情况。

6. 控制系统的性能指标控制系统的性能指标用来评估控制系统的性能好坏。

常见的性能指标有超调量、调节时间、稳态误差和阻尼比。

超调量是指系统响应的峰值与稳态值之间的差值，调节时间是指系统从初始状态到达稳定状态所需要的时间，稳态误差是指系统在稳定状态下的输出与期望输出之间的差值，阻尼比是指系统过渡过程中响应的振荡情况。

控制工程基础基本知识与公式
控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。

自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。

输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。

自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。

自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。

自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。

自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。

自动控制系统按系统输入输出变量数量分为单变量系统与多变量系统。

对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。

拉普拉斯变换：
拉普拉斯反变换
拉普拉斯变换解微分方程 传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来。

传递函数与微分方程是等价的。

传递函数适合线性定常系统。

)a s (F )t (f e at +→-
典型环节传递函数：
比例环节K 惯性环节
一阶微分环节 二阶微分环节 传递函数框图的化简
闭环传递函数 开环传递函数 误差传递函数 闭环传递函数是输出信号与输入信号间的传递函数。

误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。

系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。

系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。

特征方程的根就是系统的极点。

1S +τ
1
S 2S 22+ζτ+τ
一阶惯性系统
的单位阶跃响应：。