自动控制原理知识点总结(共13页).doc
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精选优质文档-----倾情为你奉上第一章（概念题）1、 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（被控对象或控制器），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（被控量）自动地按照预定的规律运行2、 200年代，是系统和控制思想空前活跃的年代，1945年贝塔朗菲提出了《系统论》，1948年维纳提出了著名的《控制论》，至此形成了完整的控制理论体系——以传递函数为基础的经典控制理论，主要研究单输入单输出、线性定常系统的分析和设计问题3、 现代控制理论其中包括以状态为基础的空间状态法、贝尔曼的动态规划法和庞特里亚金的极小值原理，以及卡尔曼滤波器4、自动控制系统的分类（1）按控制方式：开环控制、反馈控制、复合控制；（2）按元件类型：机械系统、电气系统、液压系统、气动系统、生物系统；（3）按系统功能：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统；（4）按系统性能：线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统；（5）按输入量变化规律：恒值控制系统、随动系统、程序控制系统5、对每一类系统被控量变化全过程提出的共同基本要求都是一样的，且可以归结为稳定性、快速性和准确性，即稳、准、快的要求。
第二章（方框图化简、信号流图和梅森增益公式、电路图）2-1 控制系统的时域数学模型1、建立系统数学模型的两种方法是分析法和实验法2、实验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型去逼近，这种方法称为系统辨识3、时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等4、线性系统的重要性质是可以应用叠加原理叠加原理有两重含义，即具有可叠加性和均匀性（或齐次性）2-2 控制系统的复数域数学模型1、传递函数的定义：线性定常系统的传递函数，定义为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输出量的拉氏变换之比2、传递函数的性质：1）传递函数是复变量s的有理真分式函数，具有复变函数的所有性质；m<=n,且所有系数均为实数2）传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输出量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息3）传递函数与微分方程具有相通性4）传递函数G(s)的拉氏反变换是脉冲响应g(t)3、传递函数的零极点相当于化成首1的形式尾1形式算出来的增益K是开环增益首1形式算出来的增益K是根轨迹增益4、典型环节的传递函数：比例环节G(s)=K;积分环节G(s)=微分环节G(s)=s惯性环节G(s)= 一阶微分环节G(s)=Ts+1振荡环节G(s)= 二阶微分环节G(s)=T1s2+T2s+1延迟环节G(s)=e-τs2-3 控制系统的结构图与信号流图 1、结构方框图：（1）信号线：信号线是带有箭头的直线（2）引出点：引出点表示信号引出或测量的位置，从同一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。
3）比较点：比较点表示对两个以上的信号进行加减运算，“+”号表示相加，“-”号表示相减，“+”号可以省略不写4）方框：方框表示对信号进行的数学变换，方框中写入元部件或系统的传递函数5）串联、并联、反馈方框的简化和比较点和引出点的移动（计算传递函数）2、信号流图（1）源节点（输入节点）在源节点上，只有信号输出的支路，而没有信号输入的支路，它一般代表系统的输入变量，故也称输入节点2）阱节点（输出节点）在阱节点上，只有输入支路而没有输出支路，它一般代表系统的输出变量，故也称输出节点（3）混合节点 在混合节点上，既有输入支路，又有输出支路4）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，叫前向通路前向通路上各支路增益之乘积，称前向通路总增益5）回路 起点和终点在同一节点，而且信号通过每一节点不多于一次的闭合通路称为单独回路，简称回路回路中所有支路增益之乘积叫回路增益6）不接触回路 回路之间没有公共节点时，这种回路叫不接触回路7）梅森增益公式（计算）（8）电路图（看题2-13）第三章（时域分析一律用闭环传递函数；系统稳定性判据；动态性能和稳态性能的计算；从图上看出性能指标；和相关）3-11、动态性能（1）上升时间tr 指响应从终值10%上升到终值90%所需的时间；对于有振荡的系统，亦可定义为从零第一次上升到终值的时间。
上升时间是系统响应速度的一种度量上升时间越短，系统响应越快2）峰值时间tp 指响应超过终值到达第一个峰值所需的时间3）调节时间ts 指响应到达并保持在终值内所需的最短时间4）超调量 指响应的最大偏离量c(tp)与终值c()的差与终值c()比的百分数，即若c(tp)
如果在所有的闭环极点中，距虚轴最近的极点周围没有闭环零点，而其他闭环极点又远离虚轴，那么距虚轴最近的闭环极点所对应的响应分量，随时间的推移衰减缓慢，在系统的时间响应过程中起主导作用，这样的闭环极点就称为闭环主导极点系统稳定的充分必要条件：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均位于s左半平面2）设线性系统的特征方程为则使线性系统稳定的必要条件是：在特征方程中各项系数为正数判断系统稳定性的时候要先满足必要条件，然后用判据，如果系统不满足，可以直接写系统不稳定3）赫尔维兹判据：由特征方程各项系数所构成的主行列式及其顺序主子式全部为正，即，，，...，对于的线性系统，其稳定的充分必要条件还可以表达为如下形式：n=2:特征方程各项系数为正n=3:特征方程各项系数为正，且n=4:特征方程各项系数为正，且，以及（4）劳斯判据：劳斯表中第一列各值为正如果劳斯表第一列中出现小于零的数值，系统就不稳定，且第一列各系数符号的改变次数，代表特征方程的正实部根的数目劳斯表：劳斯判据中的特殊情况：1）劳斯表中某行的第一列项为零，而其余各项不为零，或不全为零，解决方法参照下：对于原特征方程当，则有第一列元素的符号发生两次变化；这表明系统有两个正实部的根。
2）劳斯表中出现全零行可用全零行上面一行的系数构造一个辅助方程F(s)=0,并将辅助方程对复变量s求导，用所得导数方程的系数取代全零行的元，便可按劳斯稳定判据的要求继续运算下去，直到得出完整的劳斯计算表当出现全零行时，如果没有发生变号，说明系统的特征方程有纯虚根，系统不稳定；如果发生变号，说明特征方程除了有纯虚根，还有具有正实部的特征根，变号的次数等于特征方程正实部根的数目，系统不稳定5、稳态误差：型别静态误差系数阶跃输入r(t)=R*1（t）斜坡输入r(t)=Rt加速度输入r(t)=Rt2KKpKKvKKa位置误差速度误差加速度误差0K00IK00IIK00III000系统的型别是指系统的开环传递函数分母上s的次数终值定理：第四章（根轨迹的绘制，首先确定零极点，其次画出实轴上的根轨迹，然后确定渐近线、分离点和汇合点、最后绘制余下的根轨迹）1、根轨迹：它是开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环系统特征方程式的根在s平面上变化的轨迹分析根轨迹时化成首1的形式2、根轨迹绘制：（1）法则1：根轨迹的起点和终点根轨迹起于开环极点，终于开环零点2）法则2：根轨迹的分支数、对称性和连续性根轨迹的分支数与开环有限零点数m和有限极点数n中的大者相等，它们是连续的并且对称于实轴（3）法则3：根轨迹的渐近线。
当开环有限极点数n大于有限零点数m时，有n-m条根轨迹分支沿着与实轴交角为、交点为的一组渐近线趋向无穷远处，且有 ，k=0,1,2...n-m-1 （4）法则4：根轨迹在实轴上的分布实轴上的某一区域，若其右边开环实数零、极点个数之和为奇数，则该区域必是根轨迹5）法则5：根轨迹的分离点与分离角两条或两条以上根轨迹分支在s平面上相遇又立即分开的点，称为根轨迹的分离点，分离点的坐标d是下列方程的解：式中，zj为各开环零点的数值；pi为各开环极点的数值；分离角为第五章 （要求会大致画出一个系统的奈奎斯特图，会使用奈奎斯特稳定判据；会看波特图，计算频域性能；除振荡环节、二阶微分环节和延迟环节，每一个环节对应的奈奎斯特图、波特图以及幅频特性、相频特性需记住）1、频率特性：幅频特性： 相频特性：2、频率特性的几何表示法：(1) 幅相频率特性曲线（奈奎斯特图）(2) 对数频率特性曲线（波特图）每一个典型环节对应的幅频特性、相频特性、奈奎斯特图和波特图需要掌握典型环节放大KK0积分-90°微分s90°惯性一阶微分振荡二阶微分延迟典型环节放大KK00积分0-90°-90°微分090°90°惯性100-90°一阶微分1090°振荡100-180°二阶微分10180°延迟110典型环节奈奎斯特图波特图放大积分微分惯性一阶微分振荡二阶微分延迟3、奈奎斯特图的绘制奈奎斯特图的绘制（只包含惯性环节的）0型系统I型系统II型系统4、 奈奎斯特稳定判据（书后5-14）：（1） 设N为系统开环半闭合曲线（需根据系统的型次补作无穷大半径圆弧）穿越（-1，j0）点左侧负实轴的次数，N+表示正穿越次数和（从上向下），N-表示负穿越次数和（从下向上）。
