总复习
第一章的概念
1、典型的反馈控制系统基本组成框图：
2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。
3、基本要求的提法：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。
第二章要求:
1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；
2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；
3、明确传递函数与微分方程之间的关系；
4、能熟练地进行结构图等效变换；
5、明确结构图与信号流图之间的关系；
6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；
例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数:)()(,)()(1211sRsCsRsC ，)()(,)()(2122SRSCsRsC。
串连补偿元件放大元件执行元件被控对象反馈补偿元件测量元件输出量主反馈局部反馈输入量－－43213211243211111)()(,1)()()(GGGGGGGsRsCGGGGsGsRsC
例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：)()(,)()(,)()(,)()(sNSEsRsEsNsCsRsC。
例3：
将上图汇总得到：
1()it2()it1()ut()ct()rt1R2R1C2C+_+_+_Ka11Cs21Cs21R1R()Rs()Cs1()Us1()Us1()Us1()Is1()Is2()Is2()Is2()Is()Cs(b)(t)iR(t)ur(t)111(t)]dti(t)[iC1(t)u2111(t)iRc(t)(t)u221(t)dtiC1c(t)22+_+_+-11Cs21R21Cs11R()Rs()Cs(s)H(s)(s)GG1(s)(s)GGR(s)C(s)2121(s)H(s)(s)GG1(s)G-N(s)C(s)212
iiissQsH)()(1)(第一章：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 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。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。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。被控制量成比例或与其导数成比例的信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件 用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整角机等。4．放大元件 对信号进行幅值或功率的放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件 用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件 用于改善系统的动态和稳态性能。根据被控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象 控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件 为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。
自动控制原理课程设计
评语：
考勤（10分） 守纪（10分） 过程（30分） 设计报告（30分）
答辩（20分） 总成绩（100分）
专 业： 自动化
班 级： 动1102班
姓 名： mzh
学 号： 201108662
指导教师： 李 军
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013 年 12月25日 自动控制原理课程设计报告
1 连续定常系统的频率法超前校正
1.设计目的
(1)了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；
(2)掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；
(3)掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；
(4)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性；
(5)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。
2.设计内容
已知单位负反馈开环传递函数为：
)1()(ssKsG
试设计一串联校正网络，要求系统在单位斜坡输入信号作用下，位置输出稳态误差1.0sse ，开环剪切频率sradwc/4.4，相位裕度45，增益裕度dBdBKg10。
3.基于频率法的超前校正器理论设计
用频率法进行超前校正是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统响应动态的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角m出现在校正后系统的剪切频率处。
(1)确定系统的开环增益K。
01)1(01lim0sssKs
得出：
第2章 控制系统的数学模型习题及解答
2-1 已知质量-弹簧系统如题2-1图所示，图中标明了质量和弹簧的弹性系数。当外力
F(t)作用时，系统产生运动，如果在不计摩擦的情况下，以质量m2的位移y(t)为输出，外
力F(t)为输入，试列写系统的运动方程。
解： 设 质量m1的位移量为x(t),根据牛顿第二定律有
ykyxk
dtydm2122
2-)(−= ①
)(122
1yxkF
dtxdm−−= ②
①式可以写作
ykkxkdtydm)(21122
2+−= ③
由①式也可以得到
ykdtydmyxk222
21)(+=− ④
③式两端同时求二阶导数，可得
22
2122
144
2)(dtydkkdtxdkdtydm+−= ⑤
将②、③式代入⑤式中，整理可得
Fmkymkk
dtyd
mkmkmm
dtydm
11
12122
12212144
2)(=−++++
2-2 求题2-2图中由质量-弹簧-阻尼器组成的机械系统，建立系统的运动方程。其中，
x(t)为基底相对于惯性空间的位移，y(t)为质量相对于惯性空间的位移。z(t)= y(t)- x(t)为基底
和质量之间的相对位移，z(t)由记录得到， x(t)和z(t)分别为输入量和输出量。
解：应用牛顿第二定律可得
dttdzfkz
dtydm)(
22−−=
将z(t)= y(t)- x(t)代入上式，整理可得
22
22
dtxdmkz
dtdzf
dtzdm−=++
)(tx
m )(tz
)(ty
kf
题2-2图
m1 F )t(y
题2-1图 )t(x
1k2k2-3 试求题2-3图所示无源RC电路的微分方程，其中ui(t)为输入量，uo(t)为输出量。
解：（a）引入中间变量uc(t)表示电容器两端的电压。根据基尔霍夫电流定律有
occu
Ru
RdtduC
2111=+
根据基尔霍夫电压定律有
oicuuu−=
联立消去中间变量，可得描述输入量ui(t)和输出量uo(t)之间关系的微分方程为
