自动控制原理期末复习知识点

自动控制原理期末复习

第二章 控制系统的数学模型

三．传递函数

设线性定常系统由n阶线性定常微分方程描述

在零初始条件下，系统的输出量C(t)的拉氏变换与输入量r(t)的拉氏变换之比。即

可表征控制系统的动态性能，并用以求出在给定输入量时系统的零初始条件响应。

1．传递函数的性质：

1）因果系统的传递函数是s 的有理真分式函数，具有复变函数的性质

2）传递函数取决于系统或元件的结构和参数，与输入信号的形式无关

3）传递函数与微分方程可相互转换,dppsdt。

4）传递函数的Laplace反变换是系统的脉冲响应。

2．传递函数的两种形式

五．信号流图

1．基本概念

信号流图是利用图示法来描述一个或一组线性代数方程式，由节点和支路组成的一种信

号传递网络。

节点：表示方程式中的变量。

支路：连接两个节点的定向线段，用支路增益表示方程式中两个变量的因果关系。支路相当

于乘法器。

信号在支路上，只能沿箭头单向传递。对于给定的系统，节点变量的设置是任意的。因

此，信号流图不唯一。

•源节点：输入节点。

•阱节点：输出节点。

•混合节点 ： 若从混合节点引出一条具有单位增益的支路可将混合节点变为阱节

点，成为系统的输出变量。

•前向通路： 信号从输入节点到输出节点传递时，每个节点只通过一次的通路。前

向通路上各支路增益之乘积，称为前向通道总增益，用 表示 。

•回路： 起点和终点同在一个节点上，而且信号通过每个节点不多于一次的闭合通路。

•不接触回路：回路之间没有公共节点时，该回路称为不接触回路。

2．信号流图的绘制

1

）由微分方程绘制信号流图：首先要对系统的每个变量指定一个节点，并按照系统中变量)()()()()()()()(

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自测题

第一章 自动控制的一般概念

1．自动控制是在人不直接 的情况下，利用外部装置使被控对象的某个参数（被控量）按 的要求变化。

2．由被控 和自动 按一定的方式连接起来，完成一定的自动控制任务，并具有预定性能的动力学系统，称为自动控制系统。

3．闭环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还有 控制作用。此种系统 高，但稳定性较差。

4．开环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间只有 作用，没有反馈控制作用。此种系统 低，但稳定性较高。

5．在经典控制理论中，广泛使用的分析方法有__________和__________。

6．温度控制系统是一种 控制系统，一般对系统的 指标要求比较严格。

7．对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：________、快速性和________。

8．火炮跟踪系统是一种 控制系统，一般对系统的 指标要求较高。

9．反馈控制系统是根据给定值和__________的偏差进行调节的控制系统。

第二章 自动控制的数学模型

1．数学模型的形式很多，常用的有微分方程、_____________和状态方程等。

2．线性定常系统的传递函数，是在__________条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。

3．传递函数只取决于系统的 参数，与外作用无关。

4．根据欧拉公式和拉普拉斯变换的线性法则，可以示出的拉氏变换为 ，的拉氏变换为 。

5．根据拉普拉斯变换的定义，单位斜坡函数t的拉普拉斯变换为 ，指数函数的拉普拉斯变换为 。

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。

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