经典：对控制系统的基本要求

学习好资料欢迎下载山东科技大学《自动控制原理》（经典部分）课程教案授课时间：2007－2008学年第1学期适用专业、班级：自动化2005－1、2、3班**人：***编写时间：2007年7月)())()m n s z s p --221)(1)21)(1)i j s s T s T s ζττζ++++++ 极点形成系统的模态，授课学时：2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图（1）备注教学目的和要求1、会绘制结构图。

2、会由结构图等效变换求传递函数。

重点难点重点：结构图的绘制；由结构图等效变换求传递函数。

难点：复杂结构图的等效变换。

教学方法教学手段1、教学方法：课堂讲授法为主；用精讲多练的方法突出重点，用分析举例的方法突破难点。

2、教学手段：以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）一、引入（约3min）从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。

二、教学进程设计（一）结构图的组成（约7min）1、信号线：表示信号的传递方向。

2、方框：表示输入和输出的运算关系，即C(S)=R(S)*G(S)。

3、比较点：表示两个以上信号进行代数运算。

4、引出点：一个信号引出两个或以上分支。

（二）结构图的绘制（约40min）绘制：列写微分方程组，并列写拉氏变换后的子方程；绘制各子方程的结构图，然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来，得到系统的结构图。

例题讲解。

（二）结构图的简化（约46min）任何复杂的系统结构图，各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。

方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点，进行方框运算后，将串联、并联和反馈连接的方框合并，求出系统传递函数。

1、串联的简化：12()()()G s G s G s=2、并联的简化：12()()()G s G s G s=±3、反馈连接方框的简化：11()()1()()G ssG s H sΦ=4、比较点的移动：移动前后保持信号的等效性。

控制的基本要求
1、控制工作要具有全局观点
由于组织的一切行为都应当围绕组织的目标实现展开，因此控制工作应当着眼于从组织发展的全局出发，有计划、有步骤地开展。

2、控制工作应面向组织的未来发展
组织应当在一个较长的历史时期不断发展壮，而不只是一时的发展，因此，控制工作一方面保证当前目标的实现；另一方面必须着眼于组织的长远发展。

3、控制工作应确立客观的标准
管理工作中有许多主观因素，但是对于各项工作的评价不能主要依靠主观来进行。

在需要凭主观评价来控制的那些地方，主管人员或下级的个性很可能会影响到判断评价结果。

因此，在控制过程中，主要采取客观标准，主观标准只能起辅助的作用。

只有当无法找到适当的客观标准时，再选择主观标准作为评价的基础。

4、控制工作应符合有关参与人员的要求
控制工作需要一定的人员来执行，建立的控钒系统，必须符合有关人员的实际情况，使他们能够理解并自觉地运用，推动控制过程的进行。

一：填空题1、控制系统的基本要求是（稳定性）、（快速性）、（准确性）。

2、线性定常控制系统的传递函数是零初始条件下，（输出变量）与（输入变量）的拉氏变换之比。

3、一个稳定的线性系统的稳态误差取决于（系统型别）、（开环增益）与（输入信号的类型和幅值）。

4、常用的校正方式有（串联校正）、（反馈校正）、(前馈校正)（复合校正）。

5、反馈控制原理是（利用偏差消除偏差）。

6、线性系统的基本特性是可以应用叠加原理，即具有（齐次性）与（可叠加性）。

7、一个线性定常控制系统稳定的充分必要条件是（闭环极点均严格位于s 左半平面）。

8、线性系统的频率特性包括（幅频特性）与（相频特性）。

9、若负反馈前向通道的传递函数为G （s ），反馈通道的传递函数为H （s ），则开环传递函数为（)()(s H s G ），闭环传递函数为（)()(1)(s H s G s G +）。

10、在斜坡函数的输入作用下，（0）型系统的稳态误差为无穷大。

11、在斜坡函数的输入作用下，（Ⅱ）型系统的稳态误差为零。

12、一阶惯性环节的传递函数11+Ts ，它的幅频特性的数学式是（2211T ω+），它的相频特性的数学式是（T ωarctan -）。

13、已知系统的开环传递函数为)23(33)(2+++=s s s s s G ,称之为（Ⅰ）型系统，系统的开环极点为（-1），（-2），（0），零点为（-1）。

14、惯性环节的传递函数表达式为G （s ）=（11+Ts ）。

15、一阶微分环节的传递函数表达式为G （s ）=（1+Ts ）。

16、积分环节的传递函数表达式为G （s ）=（s1）。

17、在斜坡函数的输入作用下，（0）型系统的稳态误差为无穷大。

18、函数t e t f 63)(-=的拉氏变换式是（63+s ）。

19、一阶微分环节的传递函数为1s τ+，它的幅频特性的数学式是，它的相频特性的数学式是（arctan ωτ）。

20、控制系统常用的校正方式（串联校正）、（并联校正）、（前馈校正）、（复合校正）。

自动控制原理教案经典控制部分第一章控制理论一般概念3学时 (2)第二章控制系统的数学模型9学时 (6)第三章控制系统的时域分析10学时 (15)第五章频率特性12学时 (26)第六章控制系统的校正与设计8学时 (36)第七章非线性系统8学时 (40)第八章离散控制系统8学时 (45)第一章控制理论一般概念3学时1．本章的教学要求1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。

2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。

3）使学生学会控制系统的基本分类方法，4）掌握对控制系统的基本要求。

2．本章讲授的重点本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。

3．本章的教学安排本课程讲授3个学时，复习学时3个。

演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。

[教案1-1]第一节概述1．教学主要内容：本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容。

2．讲授方法及讲授重点：本讲首先介绍控制工程研究的主要内容，给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机离心调速器为例，说明需要用控制理论解决控制系统的稳定、准确、快速等问题。

其次，在讲授控制理论的发展时，主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段，重点说明经典控制理论、现代控制理论研究的范围、研究的手段，强调本课程重点介绍经典控制理论。

另外，在介绍控制理论在工程中的应用时，应举出控制理论在军事、数控机床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、液压系统的动态特性分析、生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系，激发同学的学习兴趣。

一、填空题（每空 1 分，共20分）1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。

2、控制系统的 称为传递函数。

一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。

3、在经典控制理论中，可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。

4、控制系统的数学模型，取决于系统 和 , 与外作用及初始条件无关。

5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 ，横坐标为 。

6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 ，Z 是指 ，R 指 。

7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 。

%σ是 。

8、PI 控制规律的时域表达式是 。

P I D 控制规律的传递函数表达式是 。

9、设系统的开环传递函数为12(1)(1)Ks T s T s ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。

二、判断选择题(每题2分，共 16分)1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( )A 、 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 ；B 、 稳态误差计算的通用公式是20()lim 1()()ss s s R s e G s H s →=+；C 、 增大系统开环增益K 可以减小稳态误差；D 、 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。

2、适合应用传递函数描述的系统是 ( )。

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。

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为5(1)s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( )。

A 、(1)0s s +=B 、 (1)50s s ++=C 、(1)10s s ++=D 、与是否为单位反馈系统有关4、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( )A 、 ()()()E S R S G S =⋅B 、()()()()E S R S G S H S =⋅⋅C 、()()()()E S R S G S H S =⋅-D 、()()()()E S R S G S H S =- 5、已知下列负反馈系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是 ( )。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正第一章 自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节 控制系统的工作原理和基本要求 一、 控制系统举例与结构方框图例1． 一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C °,利用 表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图2例2． 图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图 和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

试题三一、填空题（每空 1 分，共20分）1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。

2、控制系统的 称为传递函数。

一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。

3、在经典控制理论中，可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。

4、控制系统的数学模型，取决于系统 和 , 与外作用及初始条件无关。

5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 ，横坐标为 。

6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 ，Z 是指 ，R 指 。

7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 。

%σ是 。

8、PI 控制规律的时域表达式是 。

P I D 控制规律的传递函数表达式是 。

9、设系统的开环传递函数为12(1)(1)Ks T s T s ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。

二、判断选择题(每题2分，共 16分)1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( )A 、 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 ；B 、 稳态误差计算的通用公式是20()lim 1()()ss s s R s e G s H s →=+；C 、 增大系统开环增益K 可以减小稳态误差；D 、 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。

2、适合应用传递函数描述的系统是 ( )。

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。

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为5(1)s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( )。

A 、(1)0s s +=B 、 (1)50s s ++=C 、(1)10s s ++=D 、与是否为单位反馈系统有关4、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( )A 、 ()()()E S R S G S =⋅B 、()()()()E S R S G S H S =⋅⋅C 、()()()()E S R S G S H S =⋅-D 、()()()()E S R S G S H S =- 5、已知下列负反馈系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是 ( )。

《自动控制原理》复习参考资料一、基本知识11、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。

2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。

3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。

4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。

5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。

6控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数,与外作用及初始条件无关。

7、两个传递函数分别为G i(s)与G2(S)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G i(s)+G2(s)，以串联方式连接，其等效传递函数为G i(s)*G2(s)。

8、系统前向通道传递函数为G(S)，其正反馈的传递函数为H (S)，则其闭环传递函数为G (s) /(1- G (s) H (s))。

9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G (s)，则闭环传递函数为G (s)/(1 +G( s))。

10、典型二阶系统中，£ =0.707时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为4.3%。

11、应用劳斯判据判断系统稳定性,劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳 ^定。

12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面。

13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。

14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。

15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。

16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。

仃、对于典型二阶系统，惯性时间常数T愈大则系统的快速性愈差。

18、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标t s越小，即快速性越好19最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。

20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、补偿校正与复合校正四种。

对自动控制系统的最基本要求
1.稳定性要求：自动控制系统中，系统的稳定性是最基本的要求之一。

系统的稳定性要求系统输出在一定时间内达到稳态，并且不发生不可控制的波动。

为了保证系统的稳定性，需要对系统进行合理的设计和控制参数的调整。

2. 可靠性要求：自动控制系统是一种高可靠性的系统，其运行过程中不能出现故障。

因此，要求系统在各种不同的工作环境下都能够正常工作。

要实现这个目标，需要对系统进行充分的考虑和设计，以保证系统的可靠性。

3. 灵活性要求：自动控制系统应该具有一定的灵活性，以满足不同的需求。

灵活性要求系统能够适应不同的工作环境和工作模式，使得系统能够具有更好的适应性和应用性。

4. 精度要求：自动控制系统的精度是非常关键的，其输出结果需要达到一定的精度和准确性。

这需要系统具有高质量的传感器和执行器，并且能够进行精确的数据处理和控制。

5. 维护性要求：自动控制系统在运行过程中需要进行维护和修理。

维护性要求系统能够方便进行维护和修理，并且能够快速定位故障，以确保系统的正常运行。

总之，对自动控制系统的最基本要求是稳定性、可靠性、灵活性、精度和维护性。

只有在这些方面都具备了良好的性能，系统才能够正常工作，并为各种不同的应用提供有效的支持。

- 1 -。

一、填空题（每空1分，共20分）1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。

2、控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。

3、在经典控制理论中，可采用劳斯判据（或：时域分析法）、根轨迹法或奈奎斯特判据（或：频域分析法）等方法判断线性控制系统稳定性。

4、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数，与外作用及初始条件无关。

5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为201gA(w)（或：L(w))，横坐标为Lgw。

6、奈奎斯特稳定判据中，Z=P-R，其中P是指开环传函中具有正实部的极点的个数，Z是指闭环传函中具有正实部的极点的个数，R指奈氏曲线逆时针方向包围（-1.j0）整圈数。

7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，ts定义为调整时间。

6%是超调量。

8、设系统的开环传递函数为KS(T,S+1)(T2S+1)，则其开环幅频特性为A(w) =相频特性为φ(w)=−900−tg−1(T1(w)−tg−1(T2(w))9、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。

10、若某系统的单位脉冲响应为g(t)=10e−02t+5e−05t，则该系统的传递函数G(s)为10s+0.2s +5s+0.5s。

11、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当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时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。

12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。

13、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。

14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值越频率对应时域性能指标调整时间ts。

机电控制工程基础第1次作业第1章一、简答1．什么是自动控制？是相对于人工控制而言的，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。

2．控制系统的基本要求有哪些？控制系统的基本要求：稳定性、快速性和准确性(稳态精度)，即稳、快、准3．什么是自动控制系统？指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。

它一般由控制装置和被控制对象组成。

4．反馈控制系统是指什么反馈？反馈控制系统是负反馈5．什么是反馈？什么是正反馈？什么是负反馈？从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈。

当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。

反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。

6．什么叫做反馈控制系统？从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这样的系统称为反馈控制系统7．控制系统按其结构可分为哪3类？开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统8．举例说明什么是随动系统。

如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等9．自动控制技术具有什么优点？⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。

在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用。

10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？单调过程、衰减振荡过程、持续振荡过程、发散振荡过程二、判断1．自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。

正确2．系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量，稳态性能指标为稳态误差。

自动控制原理总经典总结《自动控制原理》总复习控制线性非线连续离散描述函相平面建模－时域法串联(频率法)建模－求稳定性负倒描述函数曲线自振点振幅、频绘制相求奇点和极限环求运动校正第一章 自动控制的基本概念一、学习要点1. 自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。

2. 控制系统的基本方式：①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。

3. 自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。

4. 自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。

5. 对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。

6. 典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。

二、基本要求1. 对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。

2. 掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。

3. 了解控制系统的典型输入信号。

4. 掌握由系统工作原理图画方框图的方法。

三、内容结构图自动控制的由系统工作原对控制系统常用术语、基本控反馈控制系控制系控制系四、知识结构图第二章 控制系统的数学模型一、学习要点1．数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。

2．数学模型的图形表示（1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。

二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变 量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。

2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。

3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入 响应、零状态响应等概念有清楚的理解。