北理工843控制工程基础复习大纲及试题汇总.ppt

2019/1/25,自动控制原理复习大纲,赵小梅 Email: zhaoxiaomei@ 第8教学楼613室,2019/1/25,第一章 自动控制系统的一般概念,2019/1/25,本章主要内容,基本概念（掌握） 反馈控制的基本原理（掌握） 控制系统的构成（掌握）及分类（了解） 控制系统的研究内容（掌握）,2019/1/25,1.自动控制发展历史,控制理论的发展: 经典控制理论 五十年代末形成完整的体系，以传递函数为基础研究单输入、输出系统（SISO）的反馈控制系统采用的方法主要有：时域分析法、根轨迹法和频率法 现代控制理论 以状态空间法为基础研究多输出输入(MIMO)系统，变参数、非线性、高精度等系统采用的方法主要有：状态空间分析法 智能控制技术 90年代开始发展 专家系统 、 模糊控制、神经网络 正在发展的各个领域 自适应控制、 大系统理论、 H∞鲁棒控制、 非线性控制 （微分几何，混沌，变结构）,2019/1/25,2. 术语,自动控制 对象 过程 系统 扰动 反馈控制 反馈控制系统 随动系统 自动调整系统 过程控制系统,2019/1/25,4.闭环控制与开环控制,反馈控制系统 开环控制系统 闭环与开环控制系统的比较,2019/1/25,反馈控制系统,反馈 把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。

若反馈的信号与输入信号相减，则称为负反馈；反之，则称为正反馈 反馈控制系统 能对输入量与被反馈量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统，称为反馈控制系统由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制 闭环控制 凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都称为闭环系统输入信号和反馈信号（反馈信号可以是输出信号本身，也可以是输出信号的函数或导数）之差，称为误差信号，误差信号加到控制器上，以减小系统的误差，并使系统的输出量趋于所希望的值，换句话说，“闭环”这个术语的涵义，就是应用反馈作用来减小系统的误差2019/1/25,反馈控制系统的基本组成,被控对象 控制装置 (由具有一定职能的各种基本元件组成 ) - 测量元件：其职能是测量被控制的物理量; - 给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量） - 比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差 - 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象 - 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。

- 校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能2019/1/25,闭环与开环控制系统的比较,闭环控制系统的特点 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 开环控制系统的特点 顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差结构简单、调整方便、成本低2019/1/25,反馈控制系统的方框图,系统方框图 为了清楚地表示控制系统的组成及各组成部分之间信号的传输关系，画出的控制系统元件作用图称为系统方框图共有四种图例： （1）装置用方框表示 （2）信号用带箭号的线段表示 （3）信号引出点 （4）信号相加点（比较点）,2019/1/25,第二章 控制系统的数学模型,2019/1/25,本章主要内容,时域数学模型——微分方程 的建立与求解（掌握） 频域数学模型——传递函数（掌握） 控制系统的结构图-等效变换 （掌握） 控制系统的信号流图与梅逊公式 （掌握） 脉冲响应（了解）,2019/1/25,微分方程 的建立与求解,系统微分方程的列写；（掌握） 线性方程的求解（用拉氏变换法）；（了解）,2019/1/25,传递函数,传递函数的基本概念；（掌握） 传递函数的列写（由微分方程和系统原理图出发）；（掌握）,2019/1/25,结构图-等效变换,结构图的概念和绘制方法； （掌握） 结构图的等效变换（环节的合并和分支点、相加点的移动）； （掌握） 闭环系统的传递函数（给定作用和扰动作用共同下）； （掌握） 特征表达式（特征方程） （掌握）,2019/1/25,信号流图与梅逊公式,信号流图的组成；术语； （掌握） 信号流图的绘制和等效变换； （掌握） 梅逊公式及其应用（掌握） 信号流图和结构图之间的关系 （掌握）,2019/1/25,历年试题2,【题】在下列RLC电路图中，输入量是电压u(t)，输出量是电容C上的电压uc(t)。

1、 试根据电路的基本原理，建立描述电路输入量与输出量间运动关系的微分方程 2、利用Laplace变换，求出该电路系统的传递函数模型2019/1/25,,答案,2019/1/25,历年试题2续,【题】下图电路中，输入量是电压v(t)，输出量为电容电压uc(t) 试推导出描述电路的输入量与输出量之间关系的微分方程，并求出系统的传递函数2019/1/25,,答案,,2019/1/25,历年试题2续,已知某系统的结构框图如下图所示，试求出该系统的输入输出传递函数C(s)/R(s),2019/1/25,,答案,2019/1/25,历年试题2续,求下图所示的系统的闭环传递函数，即C(s)/R(s),2019/1/25,,答：,,2019/1/25,,,2019/1/25,,答案：,2019/1/25,历年试题2续,线性动态系统传递函数的基本定义？ 系统在零初值条件下，输出量的Laplace变换象函数与输入量的Laplace变换象函数之比,2019/1/25,第三章 线性控制系统的运动,2019/1/25,本章主要内容,稳定性 Routh-Hurwitz判据 参数对稳定性的影响 静态误差分析 动态性能指标 动态性能分析,2019/1/25,稳定性,稳定性的概念（理解） 线性系统稳定的充要条件（掌握） 劳斯代数稳定性判据（掌握） —劳斯阵（各种特殊情况下劳斯阵的排列和判稳方法） 劳斯-胡尔维茨稳定性判据的应用（掌握） —判稳 —系统参数变化对稳定性的影响,2019/1/25,稳态误差分析（掌握）,系统误差、稳态误差的定义 给定输入值作用下系统的误差分析 —系统的型 —位置误差系数，速度误差系数，加速度误差系数 扰动输入作用下系统的误差分析 给定输入和扰动作用同时存在系统的误差分析 —系统的总稳态误差等于给定误差和扰动误差的迭加（误差点定义在同一点）,2019/1/25,动态性能分析（掌握）,瞬态过程的性能指标(有衰减振荡和单调变化之分) 典型一阶系统的瞬态响应和性能指标 典型二阶系统的瞬态响应 —二阶无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼系统的阻尼系数、特征根、极点分布和单位阶跃响应。

典型二阶系统的性能指标 —主要是超调量和调整时间；与系统参数之间的关系；速度反馈校正2019/1/25,历年试题3,,2019/1/25,,,,2019/1/25,,,,2019/1/25,历年试题3续,,2019/1/25,,,2019/1/25,历年试题3续,2019/1/25,2019/1/25,,,2019/1/25,历年试题3续,,2019/1/25,,,,2019/1/25,,,2019/1/25,,答案：,2019/1/25,,,2019/1/25,,答案：,2019/1/25,第四章 控制系统的频率法分析,2019/1/25,本章主要内容,频率特性的基本概念及表示方法 典型环节的频率特性 复杂系统频率特性的绘制 Nyquist稳定判据 稳定裕度 闭环系统的性能分析,2019/1/25,频率特性的基本概念（理解）,频率特性的定义 频率特性与传递函数之间的关系 各种数学模型之间的关系,2019/1/25,频率特性的对数坐标图（掌握）,基本环节的对数坐标图 开环系统对数坐标频率特性的绘制（绘制波德图）,2019/1/25,频率特性的极坐标图（掌握）,开环系统极坐标频率特性的绘制（绘制奈氏图） 奈魁斯特稳定判据 稳定裕度,2019/1/25,闭环系统的性能分析,通过频率特性曲线获得稳态性能指标（掌握） 频率域性能指标（了解） 频率域特性指标与时域瞬态指标的关系（了解）,2019/1/25,历年试题4,已知某最小相位系统的开环对数频率特性（Bode图）如图示。

2019/1/25,,（1）由图写出系统的开环传递函数和频率特性函数的表达式； （2）求出闭环系统在斜坡信号作用下的静态误差表达式； （3）由图判断系统的稳定性，并写出闭环系统的增益稳定裕量和相角稳定裕量表达式2019/1/25,,,,2019/1/25,历年试题4续,,2019/1/25,,,2019/1/25,,,2019/1/25,,,2019/1/25,谢谢！,。