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自动控制原理知识点 The document was finally revised on 2021第一章自动控制的一般概念自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
测量元件：用以测量被控量或干扰量。
比较元件：将被控量与给定值进行比较。
执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
《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。
第一章自动控制原理的基本概念主要内容：自动控制的基本知识开环控制与闭环控制自动控制系统的分类及组成自动控制理论的发展§1.1 引言控制观念生产和科学实践中，要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。
同时，干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。
例如：卫星运行轨道，导弹飞行轨道，加热炉出口温度，电机转速等控制控制：为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。
控制任务可由人工控制和自动控制来完成。
§ 1.2 自动控制的基本知识1.2.1 自动控制问题的提出一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维持恒定。
当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。
当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量)，而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。
人工控制的例子。
这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件1. 自动控制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。
当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。
这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。
画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。
比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：测量元件与变送器（代替眼睛）自动控制器（代替大脑）执行元件（代替肌肉、手）这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。
下图是典型控制系统方框图。
完整版)自动控制原理知识点汇总自动控制原理总结第一章绪论在自动控制中，被控对象是要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，而被控量则是表征被控对象工作状态的物理参量或状态参量，如转速、压力、温度、电压、位移等。
控制器是由控制元件组成的调节器或控制装置，它接受指令信号，并输出控制作用信号于被控对象。
给定值或指令信号r(t)是要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。
干扰信号n(t)又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。
反馈信号b(t)是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。
偏差信号e(t)是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。
闭环控制的主要优点是控制精度高，抗干扰能力强。
但是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。
对控制系统的性能要求包括稳定性、快速性和准确性。
稳定性和快速性反映了系统的过渡过程的性能，而准确性则是衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
第二章控制系统的数学模型拉氏变换是一种将时间域函数转换为复频域函数的数学工具。
单位阶跃函数1(t)、单位斜坡函数、等加速函数、指数函数e-at、正弦函数sinωt、余弦函数cosωt和单位脉冲函数(δ函数)都有其典型的拉氏变换。
拉氏变换的基本法则包括线性法则、微分法则、积分法则、终值定理和位移定理。
传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为系统或元部件的传递函数。
动态结构图及其等效变换包括串联变换法则、并联变换法则、反馈变换法则、比较点前移“加倒数”和比较点后移“加本身”，以及引出点前移“加本身”和引出点后移“加倒数”。
梅森公式是一种求解传递函数的方法，典型环节的传递函数包括比例(放大)环节、积分环节、惯性环节、一阶微分环节、振荡环节和二阶微分环节。
第三章时域分析法时域分析法是一种分析控制系统时域特性的方法。
其中，时域响应包括零状态响应和零输入响应。
自动控制原理知识点总结第1篇频率特性分为两种，分别是A(ω) 幅频特性和 φ(ω) 相频特性。
对于一个一阶线性定常系统对正弦输入信号 Asinωt 的稳态输出 Ysin(ωt +ψ) ，仍是一个正弦信号，其特点：①频率与输入信号相同；②振幅 Y为输入振幅A的 |G(jω)| 倍；③相移为 ψ = ∠G(jω)。
振幅 Y 和相移 ψ都是输入信号频率 ω 的函数，对于确定的 ω 值来说，振幅Y和相移 ψ 都将是常量。
|G(jω)| = Y / A 正弦输出对正弦输入的幅值比—幅频特性∠G(jω) = ψ正弦输出对正弦输入的相移—相频特性理论上可将频率特性的概念推广的不稳定系统，但是，系统不稳定时，瞬态分量不可能消失，它和稳态分量始终同时存在，所以，不稳定系统的频率特性是观察不到的。
（1）幅相曲线：对于一个确定的频率，必有一个幅频特性的幅值和一个幅频特性的相角与之对应，幅值与相角在复平面上代表一个向量。
当频率ω从零变化到无穷时，相应向量的矢端就描绘出一条曲线。
这条曲线就是幅相频率特性曲线，简称幅相曲线。
（2）幅频特性曲线：对数幅频特性曲线又称为伯德图（曲线）。
对数频率特性曲线的横坐标是频率 ω ，并按对数分度，单位是[rad/s] .对数幅频曲线的纵坐标表示对数幅频特性的函数值，线性分度，单位是[dB]，此坐标系称为半对数坐标系。
对数相频特性曲线的纵坐标表示相频特性的函数值，线性分度 , 单位是 (0) 或（弧度），频率特性G(jω) 的对数幅频特性定义如下 L（ω） = 20lg |G(jω)| 对数分度优点：扩大频带、化幅值乘除为加减、易作近似幅频特性曲线图。
（3）对数幅相曲线（又称尼柯尔斯曲线）：其特点是纵、横坐标都线性分度，对数幅相图的横坐标表示对数相频特性的相角，纵坐标表示对数幅频特性的幅值的分贝数。
自动控制原理知识点总结第2篇一阶系统的数学模型（1）单位阶跃响应——输入 r(t) = 1(t)，输出 h(t) = 1 - e-t/T， t >0 特点：●可以用时间常数去度量系统的输出量的数值。
自动控制原理知识点总结第一章1、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、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、负反馈：反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
7、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。
8、自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制。
9、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。
10、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。
11、控制系统的性能指标主要表现在：（1）、稳定性：系统的工作基础。
（2）、快速性：动态过程时间要短，振荡要轻。
（3）、准确性：稳态精度要高，误差要小。
12、实现自动控制的主要原则有：主反馈原则、补偿原则、复合控制原则。
第二章1、控制系统的数学模型有：微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性。
2、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3、求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。
对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。
4、结构图的变换与化简化简方框图是求传递函数的常用方法。
自动控制原理知识点汇总2篇自动控制原理知识点汇总：第一篇自动控制原理是现代控制工程的基石之一，它涉及到控制系统的设计、分析与运行。
自动控制原理涵盖了许多重要的概念和理论，对于控制工程师和相关领域的研究人员来说，了解并掌握这些知识点是必不可少的。
1. 控制系统的分类控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两种类型。
开环控制系统只根据输入信号来控制输出信号，没有考虑反馈信息；闭环控制系统则通过从输出信号中提取反馈信息来调整输入信号，以实现对输出信号的精确控制。
2. 传递函数与状态空间模型传递函数是描述控制系统输入输出关系的数学模型。
它是输入信号和输出信号之间的转移函数，可以通过对传递函数的频域分析来了解系统的特性。
而状态空间模型则是描述系统动态行为的数学模型，可以通过矩阵运算来描述系统的状态和状态变化。
传递函数和状态空间模型是控制系统分析和控制设计的基础。
3. 系统稳定性系统稳定性是衡量控制系统性能的重要指标之一。
稳定系统指的是当系统达到稳定状态时，系统输出不会发生无限增长或无限衰减的情况。
常见的稳定性准则有极点位置判据和Nyquist稳定准则等。
4. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，它是通过比较目标值和实际值的偏差，根据比例、积分和微分三个部分计算出控制信号，从而实现对输出值的调节。
PID控制器可以通过合理的参数调整来达到系统的稳定性和快速响应。
5. 反馈控制反馈控制是指通过从输出信号中提取反馈信息，并比较反馈信息与目标值之间的差异来调节输入信号。
反馈控制可以提高系统的稳定性、精度和鲁棒性，常见的反馈控制方法有比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制和自适应控制等。
自动控制原理知识点汇总：第二篇6. 调节与跟踪控制调节控制是指控制系统根据设定值调整输出信号，使其逐渐达到设定值附近。
跟踪控制则是指控制系统根据跟踪参考信号，使输出信号与参考信号保持一致。
调节控制和跟踪控制是控制系统常见的两种工作模式。
自动控制原理整理第一章 绪论自动控制：自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置），使机器、设备或生产过程（控制对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。
自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
它是控制对象以及参与实现其被控制量自动控制的装置或元部件的组合，一般由控制装置和被控对象组成。
一般包括三种机构：测量机构、比较机构、执行机构。
反馈：把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。
反馈控制系统的基本组成：测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件 控制方式（1） 反馈控制方式（2）开环控制方式（3）复合控制方式控制系统的分类（1） 恒值系统和随动系统（按参考输入形式分类）（2） 线性系统和非线性系统（按照组成系统的元件特性分类） （3） 连续系统和离散系统（按照系统内信号的传递形式分类）控制系统的性能指标：稳定性、快速性、准确性，即稳准快。
第二章 控制系统的数学模型定义：数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。
建立方法：解析法、实验法线性系统：能够用线性数学模型(线性的代数方程、微分方程、差分方程等)描述的系统，称为线性系统。
重要性质：叠加原理，即具有可叠加性和均匀性。
单位阶跃函数1(t)单位阶跃函数的拉氏变换为{001)(1<≥=t t t 011()0st st F s e dt e s s ∞--∞==-=⎰单位脉冲函数单位脉冲函数的拉氏变换为传递函数的定义与性质定义：线性定常系统的传递函数为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与系统输入量的拉氏变换之比。
所谓零初始条件是指1）输入量在t>0时才作用在系统上，即在t=0- 时系统输入及各项导数均为零；2）输入量在加于系统之前，系统为稳态，即在 t=0-时系统输出及其所有导数项为零。
性质：• 传递函数是复变量s 的有理真分式函数，分子多项式的次数m 低于或等于分母多项的次数n ，所有系数均为实数；• 传递函数与微分方程有相通性，可经简单置换而转换； • 传递函数表征了系统本身的动态特性。
自动控制原理知识点总结
第一章
1、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、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、负反馈：反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
7、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。
8、自动控制系统的两种常用控制方式是开环控制和闭环控制。
9、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。
10、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。
11、控制系统的性能指标主要表现在：（1）、稳定性：系统的工作基础。
（2）、快速性：动态过程时间要短，振荡要轻。
（3）、准确性：稳态精度要高，误差要小。
12、实现自动控制的主要原则有：主反馈原则、补偿原则、复合控制原则。
第二章
1、控制系统的数学模型有：微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性。
2、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
3、求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。
对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。
4、结构图的变换与化简化简方框图是求传递函数的常用方法。
对方框图进行
变换和化简时要遵循等效原则：对任一环节进行变换时，变换前后该环节的输人量、输出量及其相互关系应保持不变。
化简方框图的主要方法就是将串联环节、并联环节和基本反馈环节用一个等效环节代替。
化简方框图的关键是解除交叉结构，即移动分支点或相加点，使被简化的环节中不存在与外部直接相连的分支点和相加点。
5、利用梅森(Mason)公式求传递函数。
7、系统的开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数系统的反馈量B （s ）与误差信号E （s ）的比值，称为闭环系统的开环传递函数。
系统的闭环传递函数分为给定信号R （s ）作用下的闭环传递函数和扰动信号D （s ）作用下的闭环传
第三章
1、上升时间r t ：r t 指系统响应从零开始，第一次上升到稳态值所需的时间。
2、峰值时间p t ： p t 指系统响应从零开始，第一次到达峰值所需的时间。
3、超调量%σ(平稳性)：指系统响应超出稳态值的最大偏离量占稳态值的百分比。
4、调节时间s t （快速性）：s t 指系统响应应从零开始，达到并保持在稳态值的±5%（或±2%）误差范围内，即响应进入并保持在±5%（或±2%）误差带之内所需的时间。
5、稳态误差ss e ：稳态误差指系统期望值与实际输出的最终稳态值之间的差值。
这是一个稳态性能指标。
6、一阶系统的单位阶跃响应： 从输入信号看，单位斜坡信号的导数为单位阶跃信号，而单位阶跃信号的导数为单位脉冲信号。
相应的 ，从输出信号来看，单位斜坡响应的导数为单位阶跃响应，而单位阶跃响应的导数是单位脉冲响应。
由此得出 线性定常系统的一个重要性质;某输入信号的输出响应，就等于该输出响应的导数；同理，某输入信号积分的输出响应，就等于该输入信号输出响应的积分。
7、二阶系统：ξ阻尼比，ξ值越大，系统的平稳性越好，超调越小；ξ值越小，系统响应振荡越强，振荡频率越高。
当ξ为0时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不稳定。
8、上升时间r t ：()()1sin 11t 2
r =+--
=-βωξ
ξωr d t t e C r n 由此式可得
21ξ
ωβ
πωβπ--=
-=n d r t 其中⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-=ξξβ2
1arctan 9、峰值时间p t ：根据p t 的定义，可采用求极值的方法来求取它，得
2d 1ξ
ωπ
ωπ-=
=
n p t
10、超调量%σ：%100%2
1/⨯=--ξξπσe
11、调节时间s t ：()68.03
<=
ξξωn
s t ±5%误差带
()76.03
<=
ξξωn
s t
±2%误差带
当ξ大于上述值时，可采用近似公式计算：()7.145.61
-=
ξωn
s t
12、稳态误差ss e ：n
ss e ωξ
2=
13、在系统稳定的前提下，主要分析系统的动态性能和稳态性能。
动态性能包括平稳性和快速性，稳态性能是指准确性。
14、平稳性：主要有ξ决定，↑ξ→↓%δ→平稳性越好。
当ξ=0时，系统等幅振荡，不能稳定工作。
ξ一定时，↑↑→d n ωω，系统平稳性变差。
15、快速性：当ωn 一定时，若ξ较小，则↓ξ→↑s t ，而当ξ>0.7之后又有↑ξ→
↓s t 。
即ξ太大或太小，快速性均变差。
16、准确性：ξ的增加和n ω的减小虽然对于系统的平稳性有利，但将使得系统跟踪斜坡信号的稳态误差增加
17、系统稳定的充要条件：系统的所有特征根的实部小于零，其特征方程的根部都在S 左半平面
18、劳斯判据：若特征方程式的各项系数都大于零（必要条件），且劳斯表中第一列元素均为正值，则所有的特征根均位于s 左半平面，相应的系统是稳定的；否则系统不稳定，且第一列元素符号改变的次数等于该特征方程的正实部根的个数。
19、系统的开环传递函数一般表达式为：()()()()
()m n T s K s H s G v
n j j v m
i i >++=
∏∏-==1111τ
K 为系统的开环增益，即开环传递函数中各因式的常数项为1时的总比例系数；
i τ、j T 为时间常数 ；v 为积分环节的个数，由它表征系统的类型，或称其为系统的无差度。
20、系统的稳态误差可表示为 v
N s ssr
S
K
S A s e +⋅=→1lim 0 21、给定信号作用下系统稳态误差ssr e
22、稳态误差是衡量系统控制精度的性能指标。
稳态误差可分为，由给定信号引起的误差以及由扰动信号引起的误差两种。
稳态误差也可以用误差系数来表述。
系统的稳态误差主要是由积分环节的个数和开环增益来确定的。
为了提高精度等级，可增加积分环节的数目；为了减少有限误差，可增加开环增益。
但这样一来都会使系统的稳定性变差。
而采用补偿的方法，则可保证稳定性的前提下减小稳态误差。
