自动控制系统基本知识

自动控制理论知识点总结1.控制系统的基本结构：一个典型的控制系统由被控对象、传感器、执行器、控制器和连接它们的信号线组成。

传感器将被控对象的状态转化为电信号，控制器根据目标和实际状态的差异来产生控制信号，执行器根据控制信号来调整被控对象的状态。

2.控制系统的稳定性：稳定性是控制系统最重要的性能之一、控制系统稳定即表示系统输出能够在有界的范围内保持在稳定值附近，不会出现无限增长或无限衰减的情况。

稳定性的分析基于控制系统的传递函数，通过判断系统的特征根位置来确定系统稳定性。

3.控制系统的性能指标：控制系统除了要求稳定外，还需要满足一定的性能指标。

常见的性能指标包括超调量、调节时间、稳态误差、抗干扰能力等。

这些指标通常与控制系统的设计需求有关，不同应用领域的控制系统对性能指标的要求也有所不同。

4.PID控制器：PID控制器是自动控制中最常见的一种控制器。

PID控制器根据比例、积分和微分三个部分对误差进行调节，从而实现系统状态的稳定控制。

PID控制器结构简单、调节方便，并且在很多领域都有广泛应用。

5.系统辨识：系统辨识是指通过对已有数据进行分析和处理，确定出系统的数学模型。

系统辨识可以基于频域分析、时域分析等方法进行。

通过系统辨识，可以为控制系统的设计、分析和优化提供重要的基础。

6.线性系统与非线性系统：控制系统可以分为线性系统和非线性系统。

线性系统的特点是可以通过叠加原理进行分析，传递函数和状态空间模型可以直接应用于控制系统。

而非线性系统则需要利用非线性控制的方法进行分析和设计。

7.鲁棒控制：鲁棒控制是一种能够保证控制系统在不确定性和干扰的情况下依然能保持稳定性和性能的控制方法。

鲁棒控制通常使用基于频域设计的方法，能够有效地抑制外界不确定性和不良影响。

8.自适应控制：自适应控制是指能够根据系统动态特性和外界环境变化，自动调整控制器参数和结构的控制方法。

自适应控制可以有效地应对系统参数不确定性和变化的情况，有助于提高系统的稳定性和性能。

自动控制原理知识点总结咱们先来聊聊啥是自动控制原理哈。

这东西就像是一个神奇的魔法，能让各种机器和系统乖乖听话，按照咱们想要的方式工作。

比如说，家里的空调，它能自动调节温度，让房间始终保持舒适，这背后就是自动控制原理在起作用。

还有汽车的自动驾驶，飞机的自动导航，工厂里那些自动化的生产线，都离不开它。

那自动控制原理到底都有啥知识点呢？首先得说说控制系统的组成。

这就好比一个乐队，有指挥的（控制器），有演奏乐器的（执行器），有接收声音的（传感器），还有最终呈现音乐的（被控对象）。

传感器就像是人的眼睛和耳朵，能感知到外界的变化，然后把这些信息传给控制器。

控制器呢，就相当于大脑，它接收到信息后，经过一番思考，下达指令给执行器。

执行器就像是手脚，负责去执行这些指令，让被控对象做出相应的动作。

反馈也是个特别重要的概念。

就好比你学骑自行车，眼睛看到自己歪了，然后调整方向，这就是反馈。

在控制系统里，通过反馈能让系统更加稳定和精确。

比如说，一个温度控制系统，如果没有反馈，温度可能一会儿高一会儿低。

但有了反馈，就能根据实际温度和设定温度的偏差，不断调整加热或者制冷的力度，让温度稳稳地保持在设定值。

再说说控制系统的性能指标。

这就像是评价一个学生的成绩一样，有稳定性、准确性和快速性。

稳定性就好比你站在平衡木上不能掉下来；准确性呢，就是你考试的分数要接近满分；快速性就是你做题要又快又好。

还有系统的数学模型，这可是个关键。

就像给系统拍了个“X光片”，能让我们清楚地看到它内部的结构和工作原理。

常见的有微分方程、传递函数和状态空间表达式。

记得有一次，我去工厂参观，看到一个自动化的生产设备出了故障。

工人们急得团团转，后来技术人员来了，一番检查后，发现是控制器的参数设置出了问题。

经过重新调整，设备又欢快地运转起来了。

当时我就深刻体会到，掌握好自动控制原理是多么重要啊！控制系统的校正也是个重点。

如果系统性能不达标，就像一个偏科的学生，得给他补补课。

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。

自动控制原理知识点总结嘿，朋友们！今天咱来聊聊自动控制原理呀！这玩意儿就像是生活中的魔法一样神奇呢！你想想看，自动控制不就像是有个超级聪明的小精灵在背后默默地帮我们搞定一切嘛！比如说家里的空调，它能自己调节温度，让我们始终处在一个舒适的环境里，这不就是一种自动控制嘛。

它好像知道我们啥时候热了，啥时候冷了，然后悄悄地就把温度给调整好了，多厉害呀！再说说那些工厂里的大机器，它们能按照设定好的程序有条不紊地工作，这也是自动控制在发挥作用呀。

就好像是一支训练有素的军队，每个“士兵”都知道自己该干啥，而且干得特别棒！自动控制原理里有个反馈机制，这可太重要啦！就好比我们走路，眼睛看到前面有个坑，然后大脑就会告诉腿：“嘿，绕过去！”这就是一种反馈呀。

在自动控制系统里也是一样，系统会根据实际情况不断调整自己的行为，让一切都能保持在一个理想的状态。

还有那个稳定性，这可太关键了！要是一个系统不稳定，那可就乱套啦！就像一辆车开着开着突然失控了，那得多吓人呀！所以稳定性就像是房子的根基，一定要稳稳当当的才行呢。

控制系统的模型也很有意思呀，就像是给这个系统画了一幅画像，让我们能更清楚地了解它到底是怎么工作的。

这画像画得越准确，我们就越能掌握这个系统的脾气，更好地控制它呀！自动控制原理在好多地方都大显身手呢！交通信号灯不就是靠它来控制的嘛，让车辆和行人都能有序地通过路口。

还有卫星的轨道控制，那可是高科技呀，不也是靠自动控制原理来实现的嘛！哎呀呀，这么一讲，是不是觉得自动控制原理真的好神奇、好重要呀！它就像是我们生活中的隐形英雄，默默地为我们服务，让我们的生活变得更加便捷、高效、安全。

所以呀，我们可得好好了解它、掌握它，让这个神奇的魔法为我们创造更多的美好呢！你们说是不是呀！。

@~@自动控制原理知识点总结第一章1.什么是自动控制？（填空）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.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？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。

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。

掌握典型闭环控制系统的结构。

开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。

）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的e来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值ss第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。

即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。

将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。

（填空或选择）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5.动态结构图的等效变换与化简。

三种基本形式，尤其是式2-61。

主要掌握结构图的化简用法，参考P38习题2-9（a）、（e）、（f）。

（化简）等效变换，是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系，在变换前后保持不变。

热工自动控制系统的投运和优化一、自控基础知识1．手自动控制以电厂汽包炉的水位控制为例，控制的任务是保持汽包水位在正常值，使机组能安全运行。

为了维持汽包水位在正常值，就需要经常调整给水量的大小。

水位控制的任务可以用如下两种方法实现。

汽包水位自动控制汽包水位人工控制2．自控系统的分类按信号的结构特点，控制系统可以分为反馈控制系统、前馈控制系统和前馈—反馈复合控制系统。

反馈控制系统反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行控制，最终使偏差为零，达到被控量等于给定值的目的。

因为反馈控制系统是将被控量反馈到控制器的输入端，形成了闭合回路，所以反馈控制系统也一定是闭环控制系统。

一个复杂的控制系统，可能由多个反馈信号组成多个闭合回路，称为多回路反馈控制系统。

前馈控制系统前馈控制系统是根据可测量的扰动信号直接进行控制，扰动量是控制的依据。

由于它没有被控量的反馈信号，不形成闭合回路，所以这是一种开环控制系统，不能保证被控量的控制精度。

在实际生产过程的自动控制中，前馈控制系统通常不单独使用。

前馈与反馈的差别：1）调节的依据不同2）调节的效果不同3）系统的结构不同4）实现的可能性及经济性不同。

前馈-反馈复合控制系统 在反馈控制系统的基础上，增加了对于主要扰动的前馈控制，构成了前馈-反馈复合控制系统。

当扰动发生后，前馈控制器能及时消除外部扰动对被控量的影响。

另外，反馈控制器能保证被控量较精确地等于给3．自控系统的性能指标3.1动态过程单调过程被控量单调变化，缓慢地到达新的稳态值（即新的平衡状态）。

这是一种稳定的控制系统。

衰减振荡过程被控量的动态过程是一个振荡过程，但是振荡的幅度不断在衰减。

到过渡过程结束时，被控量能达到新的稳态值。

该系统也是一种稳定的控制系统。

不衰减振荡过程被控量持续振荡，始终不能达到新的稳态值。

称系统处于临界稳定状态。

如果振荡的幅度非常小，在生产过程允许的范围内，则认为是稳定的系统；如果振荡的幅度较大，生产过程不允许，则认为是一种不稳定的系统。

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。

自动控制知识一、自动控制原理的基本概念1、什么是自动控制。

自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置控制被控对象，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。

2、自动控制系统的分类按控制方式分：开环控制、闭环控制(反馈控制)和复合控制。

3、什么是开环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量不被引回到输入端来对系统的控制部分产生影响。

（即开环系统无反馈）特性：在保证系统动态特性的前提条件下，放大倍数越大越好；不能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响（即结构简单，调试方便，但精度低、无抗扰能力。

）4、什么是闭环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量通过反馈环节返回到输入端来对系统的控制部分产生影响。

（即闭环系统有反馈）特性：能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响，但系统稳定性变差。

（即偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。

精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

）5、对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求：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）。

（一）、稳定性：1）对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。

2）对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。

稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。

（二）、快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。

稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。

（三）、准确性：用稳态误差来表示。

在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。

显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。

二、直流调速系统1、调速范围与静差率调速范围：是指在额定负载（及一定的静差率要求）下，电动机所能达到的最高转速与最低转速之比。

专业理论课教案(首页)共 1 页方式检查人：检查时间：年月日1．1/1.2在工业生产过程或设备运行中，为了维持正常的工作条件，需要对某些物理量进行控制，使其维持在某个数值附近，或按一定规律变化，要满足这种要求，可用人工操作完成，又可用自动装置的操作完成，前者为手动控制，后者为自动控制。

自动控制和手动控制极为相似，自动控制系统只是把某些装置有机的组合在一起，代替人的职能。

任何一个控制系统，都由被控对象和控制器两大部分组成。

自动控制定义：自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（简称控制器）使整个生产过程或工作机械（被控对象）自动地按预定的规律运行，或使它的某些物理量（被控量）按预定的要求变化。

1．3根据信号传送的特点或系统的结构形式，控制系统分为开环控制和闭环控制。

开环控制系统：只有输入量Ugd 对n 的单向控制作用，而输出量n 对输入量Ugd 却没有任何影响和联系，即系统的输入与输出之间不存在反馈回路。

开环系统没有抵抗外部干扰的能力，故控制精度低。

但结构简单、造价低，所以在系统参数稳定、无干扰或小干扰的场合大量使用。

闭环控制系统：通过反馈回路使系统形成闭合环路，并按偏差ue 的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制系统。

闭环控制原理：负反馈：指反馈信号Uf 的正负极性必须与给定值Ugd 的极性相反，以便取得偏差值作为控制之用。

自动控制系统的特征：1、 系统必须具有反馈装置，并按反馈的原则组成系统。

2、 由偏差产生控制作用。

3、 控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控量尽量接近期望值。

1．4 自动控制系统的组成：由测量反馈元件、比较元件、校正元件、放大元件、执行元件以及被控对象等基本环节组成。

MfzzZz如图1-8 典型自动控制系统功能框图，各元件功能见P7页。

方框图的绘制：1）组成：由方框、带箭头的信号线、综合点和分支点组成。

方框代表设备或部件；信号线代表信号流动方向；综合点又称相加点，对信号作比较；分支点称引出点。

自动控制基础知识复习目录一、自动控制基本概念 (3)1.1 自动控制的基本原理 (4)1.2 自动控制系统的组成 (4)1.3 自动控制系统的分类 (6)二、自动控制系统的数学模型 (7)2.1 线性系统的数学模型 (9)2.1.1 微分方程 (10)2.1.2 积分方程 (11)2.1.3 非线性系统的数学模型 (13)2.2 传递函数 (14)2.3 状态空间表达式 (15)三、自动控制系统的时域分析 (16)3.1 典型输入信号 (18)3.2 系统的稳定性分析 (19)3.3 系统的稳态误差分析 (20)四、自动控制系统的频域分析 (22)4.1 频率特性 (23)4.2 相频特性 (24)4.3 系统的频域性能分析 (26)五、自动控制系统的校正与设计 (27)5.1 校正装置的选择 (28)5.2 串联校正 (30)5.3 并联校正 (31)5.4 反馈控制系统的设计 (32)六、自动控制系统的工程应用 (34)6.1 工业自动化系统 (35)6.2 交通运输系统 (36)6.3 生物医学控制系统 (37)七、智能控制基础 (38)7.1 智能控制的基本概念 (40)7.2 智能控制系统的类型 (41)7.3 智能控制算法简介 (42)八、自动控制系统的仿真与实验 (43)8.1 计算机仿真的基本概念 (45)8.2 自动控制系统的仿真方法 (46)8.3 实验技能与实验指导 (48)九、自动控制技术的发展趋势 (49)9.1 控制理论的发展 (51)9.2 控制设备的智能化 (52)9.3 控制系统的绿色化 (53)一、自动控制基本概念自动控制定义：自动控制是指通过某种装置或系统，使得某一过程或设备能够自动地按照预定的规律或程序运行，而无需人为的干预和调整。

在自动控制系统里，输入信号会激发反馈机制，系统会根据反馈调整其输出以达到预期目标。

系统组成：一个基本的自动控制系统通常由控制器、被控对象、执行器和传感器等部分组成。