四川大学自动控制原理资料

《自动控制原理》复习题一通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数()()C s R s 。

二 根据下图所示的RC 电路原理图，写出该系统以Ui 为输入量，Uo 为输出量的微分方程。

三 通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数()()C s R s 。

四 控制系统中的性能指标分为动态性能指标与静态性能指标。

动态指标中用--------评价系统的阻尼程度，用------------和--------------评价系统的响应速度，用--------------同时反映响应速度和阻尼程度。

静态指标用--------------描述，它反映了系统的-------------。

五 设单位反馈系统开环传递函数为()(0.21)(0.51)kG S s s s =++，①试绘制相应的闭环根轨迹图；②若对该系统增加开环零点，则根轨迹图会如何变化；③若增加该系统的开环极点，则根轨迹图如何变化。

六 已知系统开环传递函数为2()1G s s =+,试画出系统的对数幅频特性曲线图和对数相频特性曲线图。

七 简述奈氏稳定判据。

八 自动控制系统从控制的基本方式看可分为哪三种控制？并分别介绍每种控制。

九已知一单位反馈系统的开环传递函数为25()(6)G ss s=+，试计算其动态性能指标（σ%，t p ，t r和t s）。

十已知系统的闭环特征方程s4+2s3+3s2+4s+5=0，试用劳斯判据分析系统的稳定性。

若系统不稳定，指出不稳定根的个数。

十一简述线性系统的两个重要特性，并利用该特性计算下图所示输出量的拉氏表达式。

（已知R(S)=1/S,N(S)=1/S2）。

十二已知开环传递函数为10()(4)G SS S=+,若输入信号为r(t)=4+6t+3t2,求稳态误差。

十三简述控制系统稳态误差的含义，并给出其常有的两种定义方法。

十四试举出在控制系统中，常用的典型输入信号有哪几种。

十五简述系统的幅频特性、相频特性和频率特性的含义。

2016-871自动控制原理复习大纲（相对15的，红色为增加的，黄色为删除的）教材：高等教育出版社《自动控制原理》（第二版），上下册，作者黄家英。

第一章：绪论知识点：自动控制的有关名词术语；控制系统的类型；基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制、复合控制；自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化；典型输入信号。

基本要求：掌握反馈控制的基本原理；根据系统工作原理图能够绘制系统原理方块图，掌握典型输入信号。

第二章：线性控制系统的数学描述知识点：输入输出数学模型的分类及建立方法；传递函数的定义及性质；利用拉氏变换法解微分方程的方法；运动模态的概念；典型环节的传递函数；结构图的化简方法；应用梅逊公式求解控制系统的传递函数。

基本要求：利用复阻抗的概念建立无源网络的结构图；掌握控制系统结构图的绘制方法及等效变换方法；掌握闭环系统各种传递函数的定义；用等效变换方法或梅森公式求系统结构图或信号流图的各种传递函数。

第三章线性控制系统的运动分析知识点：控制系统时域动态性能指标的定义与计算；一阶二阶系统的动态性能分析与计算；高阶系统的性能估算；误差定义与稳态误差的计算；系统稳定性的定义与判据。

基本要求：掌握线性定常系统运动的稳定性判据；一阶二阶控制系统的响应及动态性能指标计算；主导极点与偶极子的概念及其应用；闭环零极点分布与系统特性之间的关系；静态误差系数、系统型别、跟踪稳态误差的定义及计算；扰动引起的误差的定义与计算方法。

第四章根轨迹法知识点：根轨迹的概念；根轨迹的模值条件与相角条件，根轨迹的绘制法则，广义根轨迹，系统性能分析，根轨迹校正的基本原则。

基本要求：掌握根轨迹（180度根轨迹、0度根轨迹、根轨迹簇、参数根轨迹）绘制方法；理解模值条件和相角条件；由根轨迹分析系统稳定性；分析参数变化对系统运动模态的影响；利用根轨迹分析零、极点分布与阶跃响应性能的关系。

第五章频率响应分析法知识点：线性定常系统的频率响应；典型环节的频率特性；系统开环频率特性曲线绘制；Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据；稳定裕度及计算；闭环系统的频域性能指标。

.四川大学自动控制原理1-1期末试题解答及评分标准(B卷)（2010—2011学年第1学期）1.（25分）已知某控制系统结构图如图1所示。

R(s)为给定输入，E(s)为系统跟踪误差。

a)求系统输入输出闭环传递函数；（13分）b)求系统的跟踪误差传递函数。

（12分）图1解：a) 13分求系统输入输出闭环传递函数；方法一：结构图化简法3分2分2分.2分4分方法二：梅逊公式法：2=n 1分)()()(211s H s G s G L = 1分 )()()(3212s G s G s G L -= 1分 13-=L 1分)(14s G L -= 1分 )()(325s G s G L -= 1分 )()()()()()()()()(221321321s H s G s G s G s G s G s G s G s G -+++=∆ 2分 )()()(3211s G s G s G P = 1分11=∆ 1分 )(12s G P = 1分 12=∆ 1分 )()()()()()()()()(2)()()()()()(213213213211s H s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s R s Y -++++=∴1分 b) 12分 求系统的跟踪误差传递函数。

方法一：结构图化简法.1分1分2分2分2分分2分方法二：梅逊公式法：1=n 1分)()()(211s H s G s G L = 1分 )()()(3212s G s G s G L -= 1分 13-=L 1分)(14s G L -= 1分 )()(325s G s G L -= 1分 )()()()()()()()()(221321321s H s G s G s G s G s G s G s G s G -+++=∆ 2分11=P 1分 )()()()()(221321s H s G s G s G s G -+=∆ 2分)()()()()()()()()(2)()()()()(2)()(2132132132132s H s G s G s G s G s G s G s G s G s H s G s G s G s G s R s Y -+++-+=∴1分2. （25分）已知测速反馈控制系统的结构图如图2所示。

自控实验报告郭倩茜1043031591 汪莎莎1043031451 卓小慧1043031488 何元利1043031471实验五 三阶串联校正一、实验目地1．知道系统开环放大倍数对系统稳定性地影响；2．根据要求,设计串联矫正环节.并适当地调整控制系统参数； 3．通过对控制系统参数地调整，熟悉控制系统中校正装置地作用.二．实验设备及仪器1．模拟实验箱；2．虚拟仪器（低频示波器）； 3．计算机；4．MA TLAB 仿真软件.三．实验内容设一单位反馈系统地结构图如下图所示：其中，k 是开环放大倍数，Gc(s)为串联校正环节.当该系统出现近似等幅震荡现象时（既系统出现不稳定现象），试采用下列三种校正方案时，分别以串联地形式加入系统，再测试系统地时域性能指标，是否稳定并加以比较（要Gc(S)11.0+s ks1 11+s求σ%<25%）.b5E2R 。

超前校正方案（摸拟电路图），要求用摸拟实验箱完成.()1121++=s T s T s G c ，T 1>T 212DCBAR0R1A1CR2R3R4c(t)r(t)滞后校正方案（摸拟电路图）用MA TLAB 仿真软件完成.()1121++=s T s T s G c ，T 2>T 121DCBR0R1A1R2R3C1c(t)r(t)滞后—超前校正方案（摸拟电路图），用MA TLAB 仿真软件完成.()()()()()11114321++++=s T s T s T s T s G c ，T 1>T 2 ，T 3>T 421DCR0R1A1C2R2R3R4C1R5R6c(t)r(t)四、实验原理1、串联超前校正1.1、超前校正装置1,11)(>++=ααTs Ts s G c (1)图(1)：超前校正装置零极点分布图相当于附加低通滤波地PD 控制器dd p d p K T Ts s T K K Ts s K K PD <+++=++=,11)()11(控制器α越大，校正（微分）作用越强.1.无源校正装置（RC 电路）图(2)：无源超前校正装置RC 电路无源超前校正装置地RC 电路如图(2)所示，其传递函数如下：CR R R R T R R R Ts Ts s G c 2121221 1式中,111)(+=>+=++⋅=ααα (2)2.有源校正装置（运放+RC ）有源超前校正装置电路如图(3)所示：r u (t)1R +-c u (t)2R 3R +-5R 5R C 4R 1i (t)2i (t)A u (t)B u(t)图(3)：有源超前校正装置电路，1)(1，其中11)()()(32432132>++=+=++==R R R R R R R R K Ts Ts K s U s U s G c cr c c αα (3))(s G c 地伯德图如图(4)所示：图(4)：有源超前校正装置)(s G c 地伯德图超前校正装置地作用：利用相角超前特性增大相角裕量，利用正斜率幅频特性提高截止频率，从而改善暂态性能.m c ωω=校正原则：使，产生最大超前角 1.2、超前校正校正思路 1、校正思路一，sin 1sin 1计算,确定，由要求的先试选mmm c ϕϕαϕγω-+=,确定)(lg 10由0c c L ωωα-=T c 满意后计算,校验由γω步骤：1) m γϕα由要求的估计，并求(其中计算m ϕ时注意设计余量)2) c ωγ确定实际的，并校验3) 求校正装置传递函数 2、校正思路二先试选c ω(m c ωω=)，令0010lg =-()L αω，再校验γ，满意后计算T 步骤：1) 由m c ωω=求α 2) 验证相角裕量γ3) 求解校正装置传递函数综上所述，超前校正是利用超前相角增大相角裕量，以此来改善平稳性；利用幅值提升作用提高截止频率，从而提高响应地快速性；所以超前校正可以同时改善响应地平稳性和快速性.p1Ean 。

第一章绪论1.机械系统：以实现一定的机械运动、输出一定的机械能和承受一定的机械载荷为目的。

激励（输入）：外界与系统的作用，如作用力（载荷）。

分为控制输入和扰动输入。

响应（输出）：系统由于激励作用而产生的变形或位移。

2.机械工程控制论的研究对象和任务是什么？机械工程控制论实质上是研究机械工程中广义系统的动力学问题。

具体地说，是广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历程，研究系统与其输入、输出三者之间的动态关系。

从系统、输入、输出三者之间的关系出发，根据已知条件与求解问题的不同，机械控制工程论的任务可以分为以下五个方面：（系统分析问题）已知系统和输入，求系统的输出。

（最优控制问题）已知系统和理想输出，设计输入。

（最优设计问题）已知输入和理想输出，设计系统（滤波与预测问题）已知输出，确定系统，以识别输入或输出中的有关信息。

（系统辨识问题）已知输入和输出，求系统的结构与参数。

3.控制系统的基本要求（稳、准、快）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。

稳定性是系统工作的首要条件。

准确性：在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差。

衡量系统工作性能的重要指标。

快速性：系统输出量与希望值之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。

控制的三要素：控制对象、控制目标、控制手段。

控制论的两个核心：信息和反馈需要解决的两大基本问题：控制系统的分析和控制系统的设计。

4.反馈：将系统的输出以一定的方式返回到系统的输入端并共同作用于系统的过程。

内反馈：系统或过程中存在的各种自然形成的反馈。

内反馈是造成机械系统存在动态特性的根本原因。

外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈。

正反馈：能使系统的绝对值增大的反馈。

负反馈：能使系统的绝对值减小的反馈。

5.自动控制的本质：闭环自动控制系统的工作过程就是一个“检测偏差并纠正偏差”的过程。

自动控制原理总复习资料(完美)总复第一章的概念典型的反馈控制系统基本组成框图如下：输出量串连补偿放大执行元被控对元件元件件象－－反馈补偿元件测量元件自动控制系统有三种基本控制方式：反馈控制方式、开环控制方式和复合控制方式。

基本要求可以归结为稳定性（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.掌握运用拉普拉斯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.熟练运用梅森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，求系统的传递函数。

C1(s)C2(s)C(s)C1(s)G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)R1(s)R2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C1(s) / [1 -G1(s)G2(s)G3(s)R1(s)R2(s)]例2：某一个控制系统动态结构图如下，求系统的传递函数。

C(s)C(s)E(s)E(s)R(s)N(s)R(s)N(s)C(s)G1(s)G2(s)-G2(s)传递函数为：C(s) = G1(s)C(s) / [1 + G1(s)G2(s)H(s)N(s)]例3：i1(t)R1 i2(t)R2R(s)+u1(t) c1(t)C1 C2 r(t)I1(s)+U1(s)112+I2(s)将上图汇总得到：R1I1(s)U1(s)C1s r(t)-u(t) = i(t) R U1(s)u(t) = [i(t) - i(t)]dt Cu(t) - c(t) = i(t)Rc(t) = i(t)dtCI2(s)R2KaC(s)1C2s(b)C(s) R(s)+R1C1sR2C2s1Ui(s)1/R11/C1sIC(s)1/R21/C2s10rad/s，试求系统的传递函数、特征方程、极点位置以及阻尼比和固有频率的物理意义。

四川大学自动控制原理871考研真题一（20年第一题）使用结构图化简求C(s)/R(s)二（19年第二题）系统结构图如图所示，求：1闭环传递函数C(s)/R(s);2.已知二阶系统的ωn =2rad/s,ζ=0.707,求k 与β。

3.此时的超调量以及调节时间。

4.求系统的稳态误差。

5求G n (s) 使干扰对输出无影响。

R(s)G 3(s)G 2(s)C(s)+G 1(s)H 2(s)H 1(s)H 3(s)G 4(s)--R(s)1sC(s)K sG n (s)βsR n (s)三、（18年第三题）直流电动机速度控制系统如图3所示。

对应图中的变量有下面的变量关系：ẏ+60y =600v −1500w 。

式中y 为电动机速度，v 为电枢电压，w 为负载转矩，假设用PI 控制规则计算电枢电压，即v =k P ⅇ+k 1∫ⅇⅆt t0 式中：e=r-y.(1)写出图中环节D(s), G 1(s), G 2(s), P(s)的传递函数；（2）计算k P 以及k i 的值，使其闭环系统的特征方程的根为-60±j60.估算此时系统的超调量及调节时间（Δ=5%）。

w图3控制系统结构图四、（17年第四题）已知单位反馈系统的闭环传递函数为：φ(s)=(2s+6)(s+6)(s 2+2s+2)(s+3.1)试估算系统的动态性能指标σ%和调节时间t s,并求该系统单位斜坡响应的稳态误差。

五、（16年第五题）采用系统结构图如图，采样周期T=0.1s.注：Z(1s+a)=z z−e −aT,1. 求该系统闭环脉冲传递函数；2. 确定使系统稳定的K 值范围；3. 当K=1时，求该系统单位阶跃响应的稳态值。

R(s)1 01− − s2Y(s)-TTT六、（15年第六题）已知非线性控制系统如图所示，设系统的初始条件为y(0)=2, y (0)=0.1.以y,y 为坐标轴，分别绘制τ=0、τ=1、τ=-1时的相轨迹图，要求写出非线性环节及线性环节的输入输出方程、开关线方程以及相轨迹图各区域的微分方程。