自动控制理论重点考点归纳

自动控制理论知识点总结1.控制系统的基本结构：一个典型的控制系统由被控对象、传感器、执行器、控制器和连接它们的信号线组成。

传感器将被控对象的状态转化为电信号，控制器根据目标和实际状态的差异来产生控制信号，执行器根据控制信号来调整被控对象的状态。

2.控制系统的稳定性：稳定性是控制系统最重要的性能之一、控制系统稳定即表示系统输出能够在有界的范围内保持在稳定值附近，不会出现无限增长或无限衰减的情况。

稳定性的分析基于控制系统的传递函数，通过判断系统的特征根位置来确定系统稳定性。

3.控制系统的性能指标：控制系统除了要求稳定外，还需要满足一定的性能指标。

常见的性能指标包括超调量、调节时间、稳态误差、抗干扰能力等。

这些指标通常与控制系统的设计需求有关，不同应用领域的控制系统对性能指标的要求也有所不同。

4.PID控制器：PID控制器是自动控制中最常见的一种控制器。

PID控制器根据比例、积分和微分三个部分对误差进行调节，从而实现系统状态的稳定控制。

PID控制器结构简单、调节方便，并且在很多领域都有广泛应用。

5.系统辨识：系统辨识是指通过对已有数据进行分析和处理，确定出系统的数学模型。

系统辨识可以基于频域分析、时域分析等方法进行。

通过系统辨识，可以为控制系统的设计、分析和优化提供重要的基础。

6.线性系统与非线性系统：控制系统可以分为线性系统和非线性系统。

线性系统的特点是可以通过叠加原理进行分析，传递函数和状态空间模型可以直接应用于控制系统。

而非线性系统则需要利用非线性控制的方法进行分析和设计。

7.鲁棒控制：鲁棒控制是一种能够保证控制系统在不确定性和干扰的情况下依然能保持稳定性和性能的控制方法。

鲁棒控制通常使用基于频域设计的方法，能够有效地抑制外界不确定性和不良影响。

8.自适应控制：自适应控制是指能够根据系统动态特性和外界环境变化，自动调整控制器参数和结构的控制方法。

自适应控制可以有效地应对系统参数不确定性和变化的情况，有助于提高系统的稳定性和性能。

自动控制原理重点知识点第一章 绪论P1 自动控制系统（由控制装置和被控对象组成）是指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。

P5 自动控制系统分类：1、线性和非线性2、连续和离散3、自动调节和随动（跟踪） P7 控制系统的基本要求：稳定性高、响应速度快、精确度高。

第二章、 数学基础P13 拉普拉斯变换： δ（t ）→1；1（t ）→1s；21t s→.第三章、 控制系统的数学模型P25 控制系统的数学模型是描述系统内部各物理量之间的关系的数学表达式。

建立方法：分析法和实践法。

简化的数学模型通常是一个线性微分方程。

P26 建立步骤：1、 根据系统或元器件的工作原理，确定系统和各元器件的输入/输出变量。

2、 从输入端开始，按信号的传递顺序，依照各变量所遵循的物理或化学定律，按技术要求忽略一些次要因素，并考虑相邻器件的彼此影响，列出微分方程式或微分方程组。

3、 消去中间变量，求得描述输入量与输出量得微分方程式。

4、 标准化，即将与输入变量有关的各项放在等号右侧，将与输出变量有关的各项放在等号左侧，并按降幂顺序排列。

P29 线性定常系统的传递函数定义为：在零初始条件下，输出量与输入量的拉普拉斯变换之比。

P31 传递函数的几点说明：1、 传递函数只适用于线性定常系统。

2、传递函数是真分式函数。

3、与外作用形式无关。

4、对于MIMO 系统没有统一的传递函数。

5、传递函数不能反映非零初始条件下系统的全部运动规律。

6、一定的传递函数有一定的零极点分布图与之对应。

7、传递函数的几种表示形式。

（略） P32典型环节及其传递函数： 1、比例环节（放大环节）：c （t ）=Kr （t ）； G （s ）=K 2、惯性环节：Td c d t()()c t r t +=； G （s ）=11T s +3、积分环节：c （t ）=()r t dt ⎰； G （s ）=1s4、振荡环节： ()()2222d c dc TTc t r t dtdtξ++=；()222221212nn nG s T s Ts s s ωξξωω==++++5、 微分环节：理想、一阶、二阶分别是()()()()()()()()222,,2dr t dr t dr t d r c t c t r t c t r t dtdtdtdtττξτ==+=++()()()22,1,21G s s G s s G s s s ττξτ==+=++P35结构图：1、 并联、串联。

关键知识点1、自动控制就是应用控制装置自动的、有目的地控制或调节机器设备或产生过程，使之按照人们规定的或者是希望的性能指标运行。

在无人直接参与下，利用控制装置操作受控对象，使受控对象的被控量按给定信号变化规律去变化。

2、一个自动控制系统至少包括测量、变送元件，控制器等组成的自动控制装置和受控对象。

反馈：当控制系统的被控量通过检测后作为控制量变化依据，则这个被控量称为控制系统反馈。

3、按自动控制系统是否形成闭合回路分类：1，开环控制系统；2，闭环控制系统。

4、自动控制系统：按照预定要求，无需人工干预，用于完成一定任务的一些部件的组合为自动控制系统。

闭环控制系统（反馈控制系统）其控制器的输入信号中包含来自受控对象输出端得被控量的反馈信号。

偏差信号。

5、开环控制系统：结构简单、造价低，但控制水平和控制精度也低，抗干扰能力差。

闭环控制系统：结构较复杂、设计难度大，成本高，但控制水平和控制精度较高，系统抗干扰能力较强。

6、按信号的结构特点分类：1，反馈控制系统；2，前馈控制系统；前馈-反馈复合控制系统。

7、按给定值信号的特点分类：1，恒值控制系统；2，随动控制系统；3，程序控制系统。

8、按控制系统元件的特性分类：1，线性控制系统；2，非线性控制系统。

9、按控制系统信号的形式分类：1，连续控制系统（模拟量控制系统）；2，离散控制系统（数字量控制系统）。

自动控制系统被控量变化的动态特性：1，单调过程，2衰减震荡过程，3等幅震荡过程，4渐扩震荡过程。

对一个自动控制系统的性能要求可以概括为：稳定性、快速性、准确性。

数学模型：描述自动控制系统输入输出变量及内部各变量之间关系的数学表达式。

例如：微分方程，差分方程，传递函数，状态方程。

传递函数：线性定常系统的传递函数，在零初始条件下，系统输出信号的拉式变换与输入信号的拉式变换的比。

10、典型环节：1，比例环节；2，积分环节；3，微分环节；4，惯性环节；5，振荡环节；6，迟延环节。

自动控制原理概念最全整理要点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t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Nyquit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en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。

《自动控制原理》课程考试复习要点第1章控制原理绪论一、主要内容1、自动控制的概念，控制系统中各部分名称及概念2、开环控制于闭环控制的区别，负反馈原理3、系统的分类4、方框图绘制（原理图）5、对自动控制系统的一般要求（稳、准、快）二、自动控制概念中的基本知识点1、闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用。

2、典型闭环系统的功能框图。

自动控制在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。

自动控制系统由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。

被控制量在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。

控制量作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。

扰动量干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。

反馈通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。

反送到输入端的信号称为反馈信号。

负反馈反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。

负反馈控制原理检测偏差用以消除偏差。

将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。

然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。

开环控制系统系统的输入和输出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。

开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。

闭环控制系统凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。

自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。

复合控制系统复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。

它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。

自动控制系统组成组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件1．给定元件给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。

@~@自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）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，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。

2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。

闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。

主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。

掌握典型闭环控制系统的结构。

开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。

）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、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（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的e来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值ss第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。

即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。

将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。

（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比5.动态结构图的等效变换与化简。

三种基本形式，尤其是式2-61。

主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。

（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。

《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。

判断1、反馈控制系统具有任何抑制内外扰动对被控量产生影响的能力，能较好的控制精度。

对2、原函数经过拉氏变换后得到象函数。

对3、线性系统的（闭环）极点均位于左半s平面，系统稳定。

错4、根轨迹可用于分析系统稳态性能和动态性能。

对5、对数幅相曲线是以角频率w（lgw）为横坐标对数幅值与相角(φw)为纵坐标的。

错6、最小相位惯性环节和非最小相位惯性环节，其幅频特性相同，相频特性符号相反。

对7、一反馈控制系统，有五个开环正实部极点，半闭合曲线顺时针(逆时针)包围（-1，j0）点五圈，则系统稳定。

错8、相角裕度和截止频率属于开环频域性能指标。

对9、与连续控制系统一样，在离散控制系统中，变化前向通路中不同环节的相对位置，不会影响系统的开环脉冲传递函数。

错10、不同连续信号得到的采样信号一定不同。

错11、采用(负)反馈并利用偏差进行控制的过程称为反馈控制。

错12、通过拉普拉斯反变换可根据象函数得到原函数。

对13、线性系统在初始条件为零时，受到单位阶跃信号(脉冲信号)作用时，系统输出在t趋近于正无穷条件下趋于0，即说该系统稳定。

错14、根轨迹是指根轨迹增益(开环系统某一参数)从零变到无穷大时，系统闭环特征根大复平面上变化的轨迹。

错15、幅相曲线是绘制在以角频率w为横坐标幅值为纵坐标的复平面上的曲线错16、传递函数互为倒数的典型环节，其幅相曲线关于实轴(对数幅频曲线关于0db,相频关于0°线)对称。

错17、一反馈控制系统，有4个开环正实部极点，半闭合曲线从上向下穿越（-1，j0）点左侧实轴两次，则该系统稳定。

对18、截止频率和带宽频率(闭环)是两个常用的开怀频域性能指标。

错19、在离散控制系统中，采样开关位置的变化不影响系统的开环脉冲传递函数，但会影响系统的闭环脉冲传递函数。

错20.同一采样信号有可能对应不同的连续信号。

对简答题1,对控制系统的基本要求1．稳定性稳定性是系统正常工作的必要条件。

2．准确性要求过渡过程结束后，系统的稳态精度比较高，稳态误差比较小．或者对某种典型输入信号的稳态误差为零。

自动控制原理笔记齐**1稳定性取决于系统的固有特性给扰动后偏移越来越小则稳定偏移发散则不稳定数学表达稳定=脉冲函数t趋于无穷脉冲响应趋于0化简思路：输出相应=输入*传递函数拉变后输出拉变=1（脉冲函数拉变为1）*传递函数=传递函数将传递函数拆项后反拉氏变换脉冲响应归成指数和稳定情况1负实根稳定2有负实部共轭虚根可以化成指数和三角函数乘积稳定3共轭纯虚根变换后为三角函数不稳定4 原点常数不稳定5正实根不稳定6正实数共轭虚根不稳定口诀有负实部就稳定所以判断方法只需要判断是否有负实根就可以劳斯稳定性判据（确实系统是否稳定与稳定度）1稳定性的初步检查：特征方程所有系数同号且不缺项则稳定（必要条件）2正式判断步骤列Routh表前两行第一项和之后的不断进行（-行列式运算）/第二行第一个数字没有数字需要运算的地方0补齐判断若第一列均为正数则稳定否则不稳定且符号改变数为右半面s的根数特殊1若某行第一个数字为0但这行不全为0 可用小正数代替。

算完后取极限它本身算一个正数2一行全为0则用上一行构造辅助数列求导得出的系数最后解辅助数列根据是否稳定选出对的根想要有良好相应，常希望左半面系统特征根位置与虚轴有一定距离（稳定度）解具体问题思路：1写闭环传递函数2根据稳定度，对传递函数进行变换（闭环点全在a左则将s变成s1+a保证稳定度）过渡过程一个稳态到新稳态的变化过程单位阶跃信号tr上升时间0开始首次达到稳态时间（百分之10到百分之90）Tp 峰值时间超调量相应最大偏移量与终值之差的百分比太大会影响系统状态Ts调节时间保持在允许误差范围内，所需最短时间震荡次数延迟时间td 到终值一半的时间Tr tp （快慢）超调量（稳）Ts （综合性指标反应快慢）非阶跃无超调量ts只有稳态误差时域分析一阶系统。