第8章控制系统的综合与校正

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。

第一章 绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点.解答：1开环系统(1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。

用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。

(2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。

因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。

2 闭环系统⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调节的控制系统。

在实际中应用广泛。

⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。

1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。

解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。

闭环控制系统常采用负反馈。

由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。

例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？（1）22()()()234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+（2）()2()y t u t =+（3）()()2()4()dy t du t ty t u t dt dt +=+ （4）()2()()sin dy t y t u t tdt ω+=（5）22()()()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2()()2()dy t y t u t dt +=（7）()()2()35()du t y t u t u t dt dt =++⎰解答： （1）线性定常 （2）非线性定常 （3）线性时变 （4）线性时变 （5）非线性定常 （6）非线性定常 （7）线性定常1-4 如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。

《机械控制工程基础》习题及解答目录第１章绪论第２章控制系统的数学模型第３章控制系统的时域分析第４章控制系统的频域分析第５章控制系统的性能分析第６章控制系统的综合校正第７章模拟考试题型及分值分布第1章绪论一、选择填空题1。

开环控制系统在其控制器和被控对象间只有（正向作用）.P2A。

反馈作用 B.前馈作用 C。

正向作用 D。

反向作用2.闭环控制系统的主反馈取自（被控对象输出端）。

P3A.给定输入端B.干扰输入端 C。

控制器输出端 D。

系统输出端3。

闭环系统在其控制器和被控对象之间有（反向作用）。

P3A.反馈作用B.前馈作用 C。

正向作用 D.反向作用A。

输入量 B。

输出量 C。

反馈量 D。

干扰量4.自动控制系统的控制调节过程是以偏差消除(偏差的过程）。

P2-3A。

偏差的过程 B。

输入量的过程 C.干扰量的过程 D.稳态量的过程5.一般情况下开环控制系统是（稳定系统)。

P2A.不稳定系统B.稳定系统 C。

时域系统 D。

频域系统6.闭环控制系统除具有开环控制系统所有的环节外，还必须有（B)。

p5A.给定环节B.比较环节 C。

放大环节 D.执行环节7.闭环控制系统必须通过（C）。

p3A.输入量前馈参与控制 B。

干扰量前馈参与控制C。

输出量反馈到输入端参与控制 D。

输出量局部反馈参与控制8.随动系统要求系统的输出信号能跟随(C的变化)。

P6A。

反馈信号 B。

干扰信号 C。

输入信号 D。

模拟信号9。

若反馈信号与原系统输入信号的方向相反则为（负反馈）。

P3A。

局部反馈 B。

主反馈 C.正反馈 D.负反馈10．输出量对系统的控制作用没有影响的控制系统是（开环控制系统)。

P2A。

开环控制系统 B。

闭环控制系统 C.反馈控制系统 D.非线性控制系统11。

自动控制系统的反馈环节中一般具有（ B ）。

p5A。

.给定元件 B.检测元件 C．放大元件 D．执行元件12. 控制系统的稳态误差反映了系统的〔B 〕p8A. 快速性B.准确性C. 稳定性 D。

《工程控制基础》课程教学大纲一、课程名称中文名称：工程控制基础英文名称：Foundation of Project Control二、课程编码及性质课程编码：0820943课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：32学分：2.0四、先修课程复变函数、积分变换、电路理论、模拟电子技术五、授课对象机械类各专业六、课程教学目的本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。

它以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。

学习本课程的目的在于：1. 培养学生以动力学的观点（而不是以静态观点）去分析机械工程系统的能力；2. 掌握从整体和系统的角度，分析的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为的方法；3. 能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。

这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。

4. 熟练掌握机电系统的数学模型、有关数学工具（如Laplace变换等）的应用、传递函数与方框图的求取、简化与演算等。

对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以控制理论作为基础，本课程以讲述机械工程中的控制方法为重点；2）在全面了解与掌握控制原理和控制方法论的基础上，着重讲解建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等；3）课程详细介绍典型系统的时域和频域特性，判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据；4）学习掌握线性系统的性能指标、系统的综合与校正的常用方法，帮助学生对系统辩识问题应建立基本概念；5）重点学习的章节内容包括：第2章“系统的数学模型”（6学时）、第3章“时间响应与误差分析”（6学时）、第4章“系统的频率特性分析”（6学时）、第5章“系统的稳定性”（6学时）、第6章“系统的性能分析与校正”（4学时）。

《机电控制工程基础》教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质和任务控制工程基础是以控制理论为基础，密切结合工程实际的一门专业基础课，是机械设计制造及其自动化专业必修课程。

本课程的任务是使学生获得控制工程基本理论和基本知识；掌握系统数学模型的建立、动、静特性的分析计算方法；根据对机电一体化产品性能要求，具有初步分析设计系统的能力。

二、本课程与相关课程的关系学习本课程之前应具有一定的数学、力学、电工电子学及其机械工程知识。

三、课程的教学基本要求（1）了解控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识。

（2）掌握控制系统的时域和频域特性分析方法的基本概念。

（3）理解判别线性系统稳定性的基本概念，掌握线性系统稳定性的判据。

（4）了解系统的综合方法。

（5）了解采样系统的基本概念，系统特性的分析及综合方法。

四、教学方法和数学形式建议本课程内容理论性比较强，涉及面较宽。

课程教学形式建议以课堂讲授为生，辅助课堂练习，课堂讨论及自学。

有条件时可进行网上教学。

第二部分教学时数、教材、考试一、学时分配课内学时90（5学分），实验 6学时二、教材本课程教材分主教材和辅导教材各一册，主教材为教材基本内容，辅助教材包括各章节内容的导学、教学中重点难点内容的辅导、习题、课堂练习指导及学习自检内容。

教材名称、主教材：《机电控制工程基础》三、考试本课程采用闭卷考试，时间为2小时。

学生获得成绩由考试成绩及平时考查成绩组成，其中考试成绩占70%。

第三部分教学内容和教学要求一、教学内容(一 )控制系统的基本概念（2学时）1．开环控制系统与闭环控制系统2．自动控制系统的类型3．控制系统的组成与对控制系统的基本要求4．本课程的基本任务及特点、学习方法(二 ) 自动控制系统的数学模型（12学时）1．控制系统微分方程的建立2．非线性数学模型的线性化3．传递函数4．系统动态结构图(三) 自动控制系统的时域分析（12学时）1．自动控制系统的时域分析基础2．一阶系统的阶跃响应3．二阶系统的阶跃响应4．高阶系统的阶跃响应5．控制系统的稳定性分析6．控制系统的误差分析(四 ) 根轨迹法（14学时）1．根轨迹法的基本概念2．根轨迹法的绘制法则3．典型系统的根轨迹法4．广义根轨迹5．用根轨迹法分析系统的动态特性(五) 频率响应法（18学时）1．频率特性的基本概念2．典型环节的频率特性3．系统开环的频率特性4．系统开环频率特性图的绘制5．频率特性分析(六) 控制系统的校正与综合（8学时）1．概念2．串联校正3．基于频率法的串联校正4．基于根轨迹法的串联校正5．反馈校正6．前馈校正7. 系统设计中常遇到的一些二、教学基本要求(一) 控制系统的基本概念了解《机电控制工程基础》课程特点，初步建立控制系统概念。

清华大学822控制工程基础考研参考书目、考研真题、复试分数线822控制工程基础课程介绍本书是高等学校机械工程及自动化（机械设计制造及其自动化）专业系列教材之一，也是教育部新世纪网络课程的主要参考书。

内容简介全书共分8章：第1章控制系统的基本概念，第2章数学模型，第3章时域分析法，第4章频域分析法，第5章控制系统的设计和校正，第6章线性离散系统，第7章状态空间分析法，第8章控制系统的应用和分析。

书末附有5个附录。

每章附有习题，附录E有习题参考答案。

本书的特点是：淡化经典控制与现代控制的界限，突出方法论；重点阐述共性问题，适应拓宽专业口径的需要；不苛求严格的数学推证，从直观的物理概念出发分析问题、解决问题；特别重视工程应用，除每章附有较多机、电、液、气方面的例题外，还专辟一章介绍控制理论在工程中应用的成功实例；取材新颖，采用MATLAB等先进软件分析和设计系统；编写体系符合教学规律，好教易学；传授科学知识与培养创新能力并重。

内容简介本书以介绍工程上广为应用的经典控制论为主，使读者学会信息处理和系统分析与综合的基本方法。

同时，书中还简要介绍了非线性系统、计算机采样控制系统和控制系统计算机辅助分析的基本方法，以使读者建立起这方面的基本概念。

全书共九章，包括系统的数学模型、时域响应分析、频域响应分析、稳定性分析、误差分析、系统的综合与校正、非线性系统和计算机采样控制系统。

本书适合于机械设计制造及自动化专业、材料成型与控制工程专业。

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

本书主要介绍工程中广为应用的经典控制理论和现代控制理论中控制系统分析与综合的基本方法。

全书共分十章：前六章属于经典控制理论国的线性定常连续控制系统问题，阐明了自动控制的三个基本问题，即模型、分析和控制；第七章和第八章分别为非线性系统及机采样控制系统；第九章为现代控制理论基础；第十章为典型控制系统的分析与设计实例。

本书总结了编者多年教学经验，且参考国内外教材特点，精选内容；叙述透彻，易教易学；强调基本概念和工程背景，适应面宽；正文中穿插有较多的例题，附有大量的习题（部分有答案），便于读者自学。